无线数字水位监测系统的设计

第 5期 (总第150期) 2008年 10月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION No．5 0ct． 文章编号 ：1672—6413(2OO8)O5。01l6一O2 无线数字水位监测系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 张建国，张英梅 (太15．理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024) 摘要：自主设计开发了一种移动式、数字化、智能型，并可实现太阳能供电、无线数据收发的水位监测系统。 该系统携带运输方便、即装即用，可广泛应用于水库大坝、河道、水资源管理、汛情汛期快速布站、设测点等 水位监测场合，特别适用于偏远、无可靠供电条件地区的水位监测。 关键词：检索式数字水位传感器；监测系统；无线 中图分类号 ：TP23 文献标识码 ：A 0 引言 水位监测在水文、水资源测报领域占有重要的地 位。水位监测的自动化、信息化、高效化是水情测报 发展的方向，但是目前水位监测站建测井投资大、成 本高、施工周期长，测站的传输线路容易受大风、洪。 水、雷击等自然灾害或人为的破坏从而导致信息传输 中断，且 5O 以上的水位监测站和监测井分布在交通 不便、地理位置偏僻、无可靠供电条件的地区，许多 地区采用的还是人工看标杆、放测绳的方法进行水位 检测 ，根本无法实现 自动化连续监测与水文数据的自 动管理，所以解决水利信息 自动化是当前水文水利行 业的重要任务和发展方向之一。本文设计开发了一种 移动式无线数字水位监测系统 ，可广泛用于水库大坝、 河道、水资源管理、汛情预报等水文监测场合，特别 适用于偏远、无可靠供电条件地区的水位监测。 1 设计思路 系统设计的主要 目的之一是要摒弃传统水位监测 站建测井投资成本高、施工周期长的弊端，设计开发 一 种建设成本低、系统安装简单、便于快速普及建站 的监控设备；其二是要实现水位检测的智能化与数字 化、数据的无线收发、太阳能供电等功能。 2 系统原理设计 整个系统分上位机电路和下位机电路两部分，其 中，下位机电路主要由主控电路、太阳能供电电路、无 线信号传输电路和水位传感器 4部分组成。系统工作 原理见图 1。其中，太阳能供电部分由太阳能电池板、 太阳能充电控制电路和蓄电池组成，由太阳能电池板 吸收太阳光能转化成电能，输送给太阳能充电控制电 路，再由太阳能充电控制电路给蓄电池充电并向外输 出 6V 的直流电压信号。 F位机电路 上位机电路 图 1 电路 系统结构原理图 太阳能充电控制电路采用PHI IPS公司的8位单 片机P87LPC767，它内含有 4kB的EPROM存储器和 一 个 8位的A／D转换器，结构简单、功耗低，比较适 合用作充电器的控制芯片，蓄电池采用铅酸蓄电池，电 池容量为 6Ah。蓄电池和主控电路、传感器及无线射 频模块电路连接 ，作为其工作电源。 无线传输部分由无线射频芯片电路、天线和无线 国家 “863”计划项 目资助 (2006AA04Z170) 收稿 日期 ：2008—06-04 作者简介：张建国(1979一)，男，山西保德人，助教，硕士，主要研究方向：新型传感器与智能控制。 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年第 5期 张建国，等：无线数字水位监测系统的设计 ·117· 接收装置组成。无线射频芯片电路选用北欧集成电路 公司的多 频段无 线 收发芯 片 nRF905，它采 用 优化 GMSK调制解调技术，可在 155．6kHz的有效带宽下 以最高达 76．8kb／s的速度传输数据，其通道、频段、 输出功率和输出时钟频率等参数可以通过一个 14位 寄存器进行设置。无线射频芯片电路通过 SPI总线与 主控电路连接，通过 MSP430单片机对其完成必要的 初始化配置和数据接收、发送等控制。射频天线接口 采用差分天线。 传感器使用检索式数字水位传感器，详细原理见参 考文献 i-3-]，它的功能是实现数字化水位数据的采集。 主控模块是整个下位机电路的核心，控制数据 的 无线收发和数据的采集，完成数据处理与通讯控制任 务。选用 MSP430F1611芯片，其工作电压为 1．8V～ 3．6V、电流为 0．1 A～4OO A，具有微功耗 、微型化 特点 。MSP430F1611芯 片具 有 16个 中断 源，可 将 CPU 置于省电模式 ，也可在 6 s时间内将 CPU 唤醒， 其高效的查 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 处理方法和较高的数据处理速度 ，完全 满足传感器和无线传输电路的数据采集及数据传输要 求，且对于太阳能蓄电池供电系统也是有利的。 上位机电路结构较为简单 ，主要 由天线 、无线射 频接收装置和 PC机组成 。其 中无线射频接收装置也 是在 nRF905芯片基础上设计的，为了方便与上位机 连接，装置预留了RS232串行总线接口。 整个系统的工作原理如下：当下位机电路得到上位 机电路的数据调逆指令后，将传感器采集的数据经无线 射频芯片电路发送，无线信号经由无线射频接收装置接 收后 ，提取出数据 ，再经 RS232接口传送给 PC机 。 3 系统工作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 设计 下位机电路上电后 ，首先对 MSP430F1611的片 内模块寄存器(如基础时钟、看门狗定时器、各应用端 口等)和nRF905的工作频率、工作模式等进行设置， 完成初始化工作后，系统进入 “休眠”状态。当下位 机电路接到上位机的水位采集命令时，产生中断，系 统被 “唤醒”，检索式数字水位传感器开始采集水位数 据 ，数据经单片机控制器整理打包等处理后，通过无 线方式发送给上位机，待上位机收到正确的数据后，向 下位机电路发出确认信息，如果一定时间内没有接到 上位机的确认信息 ，下位机电路将再 次发送数据 ，直 到收到确认信息。接到确认信息后系统进人“休眠”状 态等待，当再次接到上位机水位采集命令时，系统被 再次 “唤醒”，重复上述过程。在 “休眠”状态，主控 电路 MSP430F1611设置为低功耗模式。主程序流程 图见图 2。 4 系统的功能特点 无线数字水位监测系统的主要创新点在于传感器 使用 自主专利技术 “检索式数字水位传感器”。检索式 数字水位传感器的结构分为 A、B、C 3节(见图3)，其 中B节可根据测量范围任意级联，使用时可按测量深 度选择 B节数 ，即插即用 ，测量范围为 Om～30m。 无线数字水位监测系统中的下位机部分可安装在 任意测量位置，而上位机部分一般安装于监测管理中 心或远方水文工作站，无线信号传输的设计距离为 5km，有效距离会随着障碍物的尺度、数量而发生变 化 ，当通讯能力不够时，下位机部分与上位机部分之 间可设置若干通讯中继点，以接力通讯的方式延长通 讯 的有效距离 。 图 2 主程序流程图 A节 B节 [I=] C节 图 3 检 索式 数字水位传感器结构 图 5 结语 目前，该系统已经过若干次工程现场试验，在长 期工作状态下 ，系统运行正常 ，数据报送稳定、准确、 可靠，达到了理论设计水平，所测数据与人工标杆测 量数据比较，准确率达 96％以上。另外，系统安装简 单快捷，特别适用于偏远、无可靠供电条件的测点或 汛情汛期临时建站；测站无需土建施工，其投资是传 统测站的几十分之一 。由此可见，该系统有极大的推 广应用价值。 (参考文献和英文摘要转第 122页) 维普资讯 http://www.cqvip.com ·122· 机 械 工 程 与 自 动 化 2008年第 5期 以考虑将图像处理算法 “软件硬件化”，即将算法用专 用的硬件逻辑实现(如FPGA)，这样可以更进一步地 提高系统的实时性。 [2] 参考文献 ： [1] 周杰，陈伟海，于守谦．基于 ARM 的嵌入式系统在机器 E33 人控制系统中的应用l-J]．微计算机信息，2007(2)：271— 274． 张连明，霍迎辉．嵌入式系统的设计与开发[J]．国外电子 元器件，2004(1)：20—21． 雷亚平，沈春林，杨忠．嵌入式系统的组成、设计与调试 [J3．航空计算技术，2003(3)：67—69． Design of Robot Vision Navigation System Based on ARM YANG Hui ，YANG Rui—feng ，W U Sai—yah (1．College of Information and Communication Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China；2．Department of Electrical Engineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China) Abstract：The research is chosen at the connection of machine vision and embedded system,aimed at combining them and designing machine vision system based on embedded system．In the paper，the hardware and software of the system are built．Because we have used modular method in course of system design and implementation，the system is open in structure and easy to update and extend． The experimental result shows that the system can perform properly and reliably． Key words：embedded system；robot vision；image matching (上接第 117页) 参考文献 ： ~13 沈建华，杨艳琴，翟骁曙．MSP430系列 16位超低功耗单 片机原理及应用I-M]．北京：清华大学出版社，2004． [23 马福昌 ．感应式水位传感器 ：中国，ZL96110735．9[P]． 1997一O6 25． [3] 马 福 昌 ．数 字 检 索 式 水 位 传 感 器 ：中 国 ， [4] Es-I ZL200310109631．9[P]．2005—08—31． 马福 昌 ．数字 检索 式水 位传 感器 的 制备 方法 ZL200310109630．4[P]．2005—08—31． 马福昌 ．数字检索式水位传感器的使用方法 ZL200310109632．3[P]．2005—08—31． Design of W ireless Digital W ater。-level M onitoring System ZHANG Jian—guo·ZHANG Ying—mei ： 中国 ， ： 中国 ， (Key Lab of Advanced Transducers and Intelligent Control System of Ministry of Education，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024’ China) Abstract：The wireless digital water—level monitoring system with solar energy is designed to overcome the difficulties in remote areas whieh cannot afford traditional monitoring system．The newly invented system can be easily transported and installed and can be widely applied tO the flood alarming system in dams and rivers as well as to water resource management，especially in remote areas with neither electricity supply nor enough fund． Key words：digital retrieval water—level sensor；monitoring system ；wireless (I-接第 119页) 参考文献 ： ’ [1] 崔坚，李佳．西门子工业网络通信指南[M]．北京：机械工 业出版社 ，2004． E2] [3] 倪星．工业控制组态软件的产品对比及发展趋势[J-I．测控 技 术 ，2001(4)：13-16． 赵仕健．基于 OPC的监控软件设计口]．计算机工程与应 用 ，2002(9)：22-23． Design of Tobacco Leaf Bake Pretreatment Control System W ANG Ze，ZHENG Sheng (College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China) Abstract：This article introduced the process of tobacco leaf bake pretreatment，described stressfully the weighing unit control of the feeder and the temperature control of the warm—wind wetting roller，and designed a distributed control system based on the PROFIBUS network． ． Key words：PLC；control system ；tobacco leaf bake pretreatment 维普资讯 http://www.cqvip.com