基于A(yíng)T89S8252單片機的水文纜道測驗系統設計
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經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，水文測流已形成以纜道測流為主，特別是纜道測流技術(shù)，近幾年發(fā)展迅速，基本可形成標準化建設的條件，如纜道架設已從多樣化發(fā)展到基本采用開(kāi)口游輪省力方式;水文絞車(chē)已從手搖、皮帶聯(lián)連到滑差調速電動(dòng)驅動(dòng)、直流伺服電機驅動(dòng)到與交流變頻調速配套使用的普通交流異步電機驅動(dòng)絞車(chē);纜道信號從直流有線(xiàn)、交流有線(xiàn)、交流無(wú)線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電信號發(fā)展到纜道綜合信號的地回路傳輸方式;流速測算已從電鈴、音響記數和自記計數、計時(shí)計數和流速直接測算到直接整算流量成果報表;起點(diǎn)距和入水深測量已從繩結測量、繩長(cháng)計數測量到具有垂弧度自動(dòng)修正的實(shí)距測量;行車(chē)控制也由手動(dòng)、電動(dòng)、滑差調速到直流可控硅調速發(fā)展打今天的交流變頻調速;總的繞道測流系統也由手動(dòng)到半自動(dòng)發(fā)展到全自動(dòng)控制測流系統。
1 系統構成
系統框圖如圖1所示。
采用AT89S8252單片機。由于河道測驗的數據量大且運算比較復雜，而單片機內部的存儲器容量有限。故增加外部存儲器RAM6116和ROM6264.外部信號的輸入采集接口是以多路A/D片ADC0809為核心，將纜道信號和水位信號送到單片機P1口和P3口承擔其他輸入、輸出信號的接口。下面根據水文測驗的特點(diǎn)，介紹主要的接口電路和工作過(guò)程。
1.1 ADC0809接口電路
ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，ADC0809的主要特性：
1.它是具有8路模擬量輸入、8位數字量輸出功能的A/D轉換器。
2.轉換時(shí)間為100μs.
3.模擬輸入電壓范圍為0V~+5V,不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準。
4.低功耗，約15mW.
他將電傳水位計的水位變化信號和纜道送來(lái)的流速、偏角、水面水底信號經(jīng)變換后傳送到單片機。該接口具有電路簡(jiǎn)單、穩定可靠、抗干擾強等特點(diǎn)。
1.1.1 水位信號的獲取
電傳水位計是用來(lái)監測水位的變化，為了獲取水位信號對電傳水位計的傳感器部分進(jìn)行了改造。在傳感器內部增加了干簧繼電器J3,J4,J5,取消內部電池而直接由系統供電。電阻R5~R8組成分壓器，分壓器輸出到ADCIN2口電路如圖2所示。當水位變化時(shí)浮子隨之升降，浮子升降3 cm,傳感器內部的磁鋼旋轉一周，即每變化1 cm有一個(gè)干簧繼電器會(huì )通斷一次。J3,J4,J5分別吸合時(shí)IN2口的電壓分別為1.6 V,2.5 V,3.2 V左右，無(wú)繼電器吸合時(shí)IN2口電壓為+5 V.根據ADCIN2口的電壓數值可以判斷是哪個(gè)干簧繼電器通斷，由IN2端電壓變化規律可以知道水位的上升或下降如圖3所示，圖3中(a)為上升，(b)為下降。
1.1.2 水面水底信號的獲取
進(jìn)行垂線(xiàn)水深測量時(shí)，鉛魚(yú)運行到河道斷面的指定垂線(xiàn)位置后開(kāi)始下降，一旦鉛魚(yú)接觸水面則啟動(dòng)水深計數器開(kāi)始水深計數，當鉛魚(yú)繼續下降接觸水底時(shí)，水底開(kāi)關(guān)閉合停止計數，該計數值即為本條垂線(xiàn)的水深初值。工作過(guò)程如下：在鉛魚(yú)下降過(guò)程中單片機不斷地讀取ADCIN1口電壓，鉛魚(yú)入水前繼電器J1,J2處于常閉位置，ADC0809輸入端IN1的電壓是由R3,R4分壓決定為2.5 V,一旦鉛魚(yú)接觸水面+5 V電壓通過(guò)水下極板→河水→鉛魚(yú)→副索1→ADC0809使IN1端電壓上升到3 V以上。單片機根據IN1口的電壓判斷鉛魚(yú)已接觸水面啟動(dòng)水深計數，同時(shí)令P3.4輸出高電平繼電器J1接通常開(kāi)觸點(diǎn)，由電路圖可知河水電阻與R4并聯(lián)使IN1口的電壓為1.5 V左右。當鉛魚(yú)繼續下降直到接觸河底，河底開(kāi)關(guān)K2被壓通，鉛魚(yú)內部4.5 V電池E1接入電路中ADCIN1口電壓下降到0 V以下，單片機判斷已達到河底停止水深計數并通過(guò)P1口輸出信號使水深電動(dòng)機停止運行。
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