毕业设计（论文）-水库雨水情监测及闸门控制系统--监控中心硬件设计.pdf

本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：论文（设计）题目：水库雨水情监测及闸门控制系统设计监控中心硬件设计学院：学院：电气工程学院专业：专业：电子信息工程班级：班级：电信081学号：学号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：2012年05月28日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期：目录贵州大学本科毕业论文（设计）第II页摘要.V关键词.VAbstract.VIKeywords.VI前言.1第一章系统论证.2第二章系统硬件设计.42.1雨量终端电路设计.42.1.1雨量传感器选择.42.1.2上电复位原理.52.1.3降雨量数据采集与显示原理.62.1.4无线通信模块MD-609G.72.1.5ISP原理.92.1.6时钟与波特率.102.2水位终端电路设计.102.2.1水位传感器选择.112.2.2格雷码转换.122.3闸门终端电路设计.142.3.1Intel8255A.152.3.2闸门电机控制.162.4监测中心硬件配置.18第三章系统软件设计.193.1雨量终端软件设计.193.2水位终端软件设计.19贵州大学本科毕业论文（设计）第III页3.3闸门终端软件设计.203.4上位机客户端设计.213.4.1上位机的功能框图.213.4.2上位机闸门控制程序流图.223.4.3上位机软件界面.22第四章闸门控制模型.254.1水库水位与库容.254.2闸门开启度与出流量计算.274.3库水出流总量计算.284.4入库水流量计算.284.5出库水流量与水位和闸门开启状态关系.29第五章闸门现场图像采集.31第六章通信的建立.346.1MD-609G的配置.346.2上位机中mServer架设.346.3通信的建立.34第七章系统安全.367.1供电安全.367.2异常处理.367.3系统防雷.36结论.37参考文献.38贵州大学本科毕业论文（设计）第IV页致谢.39附录.40附录一雨量站程序.40附录二水位站程序.46附录三系统软件流程图.54附录四系统硬件图.55附录五元件清单.56贵州大学本科毕业论文（设计）第V页水库雨水情监测及闸门控制系统设计监控中心硬件设计摘要介绍了基于MCS-51核心单片机的降雨量数据采集、远距离无线数据传输并在监测中心显示、存储降雨量数据的实时监测系统设计。本系统具有成本低廉、安装简便、工作可靠、抗干扰能力强、精度高，易维护等特点，便于水库、江河流域、气象部门进行实时降雨量数据的无人采集、无人记录和自动实时显示。另外，该系统还具有数据管理功能，因此具有较大的推广价值。关键词：89C51单片机水库，雨水情实时监测，无线数据传输贵州大学本科毕业论文（设计）第VI页ReservoirHydrologyMonitoringandGateControlSystemDesignHardwareDesignofMonitoringCenterAbstractIntroductionofasystemdesignofreservoirhydrologybasedontheMCS-51coremicro-controllerwhichincludesrainfalldatacollectionlong-distancewirelessdatatransmissionreal-timemonitoringanddisplayofrainfalldatastoredinthemonitoringcenter.Thesystemhasadvantagesoflow-costeasytoinstallreliablestronganti-interferenceabilityhighprecisioneasytomaintain.Thereforeitcanbeusedintheautomaticrainfalldataacquisitionrecordingandrealtimedisplayforreservoirriverandmeteorologicaldepartments.Inadditionthesystemalsohasadatamanagementfunctionandthereforehavegreaterpromotionalvalue.Keywords：89C51micro-controllerreservoirhydrologyreal-timemonitoringwirelessdatatransmission贵州大学本科毕业论文（设计）第1页前言我国江河流域发生洪涝与地质灾害频率逐年增加，抗洪防涝与水资源充分利用为治理江河湖泊的首要任务。充分掌握和利用河流、水库的水文特征，预测汛期的到来，做好充分防洪准备，水文实时监测的作用显得至关重要。开发一套基于无线通信的分布式远程实时水文监测系统不仅可以节约管理成本，提高水利社会效益，还可以避免人工监测中的各种弊端。本系统是利用先进的GPRS无线通信、嵌入式微控制器及其它技术，为水网管理实现数字化，自动化，智能化提供了完整的解决方案，具有实时监测与报警、历史数据本地和远程查询管理、水文趋势分析与预测等功能。设计以贵阳市南明河支流小车河上的阿哈水库为参考对象，它坝址以上控制面积为190平方公里，距市中心8千米。水库设计标准为百年一遇设计，两千年一遇校核，万年一遇保坝。该水库是以城市供水和防洪为主的中型水库，汛期拦蓄南明河支流小车河上的来水，缓解城区的防洪压力，同时也是贵阳市城市供水的主要水源地之一。阿哈水库形状参考如右图，在阿哈水库周围岸边的A、B、C、D四点分别设置一个雨量站，水库中间的Y点设立水位站，G处的大坝共安置四个闸门。各站采集的雨量水位信息传送至贵阳市中心某地建立的贵阳市库监控中心。湖贵州大学本科毕业论文（设计）第2页第一章系统论证系统主要由上位机数据处理服务器和下位机水文传感器终端两部分构成，通过无线方式进行数据传输。本系统常用的处理器芯片是PLC（可编程逻辑控制器，ProgrammableLogicController）或单片机。PLC编程较单片机简单，但我们对其还不够了解，而且通常PLC价格较单片机高得多，较考虑成本因素单片机为首选控制器。目前无线数据传输可以采用的主要有802.11bg、GSM、GPRS和CDMA等几种形式，若采用GPRS公网通信则需无需再架设通信设施，同时几乎可以不受地域的限制，而且费用低廉。从传输的性价比考虑，我们选用GPRS公网通信方式进行无线数据传输。GPRS是公网传输，延时极小，在可以接受的范围内。我们系统实现的框架如图1所示。尽管实现的功能比较单一，但它解决了水文监测系统中关键的传输部分的问题，其他拓展功能都是在此架构基础上的延伸，可根据管理者的需求进行软硬件定制。上位机系统即PC机电脑和嵌入式开发板分别通过9针串口和一台GPRS无线通信收发模块相连，每个模块需要一块有效的SIM卡。图1系统结构框图贵州大学本科毕业论文（设计）第3页系统工作流程如下：系统上电后，嵌入式开发板运行事先已烧写至FLASH内的程序，自带的LCD显示器显示菜单，菜单内容包括水雨情表、水情形势图、雨量、水位、闸门高度等，等待管理者选择。一旦确认，即可向含有固定号码的SIM卡服务器端发送短消息。已运行上位机软件的服务器端接收到短消息后，即可在窗口显示收到的信息，并自动输入数据库，以便查询，至此完成一次监测操作。本系统结构较为复杂，但总体可以分为以下四个部分：雨量终端、水位终端、闸门终端、上位机检测中心。从经济，实用以及现阶段掌握的知识等方面综合考虑，终端控制芯片我们采用AT89C51RC2单片机1，它自带看门狗，具有ISP接口，便于程序升级更新。1AT89C51RC2单片机：自带看门狗，含32KB程序存储器，3定时器。贵州大学本科毕业论文（设计）第4页第二章系统硬件设计2.1雨量终端电路设计雨量终端由AT89C51RC2单片机，翻斗式雨量传感器NX08-JDZ05-1，GPRS（MD-609G型）数传模块，TTLRS232电平转换电路，ISP编程下载接口，地址设置器，LED七段显示数码管，工作状态指示灯等组成。雨量站电路原理图如图2.1。2.1.1雨量传感器选择设计采用的核心元件之一的翻斗式雨量传感器是一种水文、气象仪器，用以测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。国内首先研制成功翻斗式雨量传感器NX08-JDZ05-1是0.5mm翻斗式雨量计，可用于国家水文、气象站网雨量数据长期收集。它与无线水情自动测报系统配套，作为专设站雨情遥测报汛的传感器。NX08-JDZ05-1广泛用于全国各水文站，并且批量出口东西方国家，1996年经水利部鉴定，性能达到国际先进水平。该型雨量传感器经中国气象局产业发展与装备部选型试验、考核，证明性能稳定性较好，可直接用于中小尺度自动气象站。NX08-JDZ05-1由承雨器部件和计量部件等组成，图2.1雨量站电路原理图贵州大学本科毕业论文（设计）第5页承雨口采用国际标准口径200mm。计量组件是一个翻斗式机械双稳态秤重机构，其功能是将以mm计的降雨深度转换为开头信号输出。主要技术指标：承雨口内径：200mm仪器分辨力：0.5mm（型）降雨强度测量范围：0.014mmmin翻斗计量误差：4%输出信号方式：磁钢干簧管式接点开关通断信号开关接点容量：DCV12V，I120mA接点工作次数：1107次工作环境温度：-10+50特点：NX08-JDZ05-1翻斗部件支承系统制造精良，摩阻力矩小，因而翻斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差小。仪器外壳用不锈钢制成，防锈能力强，外观质量佳。集成电路U2、电容C4、C5、C6、C7组成TTLRS232电平转换电路，P1.0P1.2拨码开关构成雨量站站址设置器，最多可以设置23=8个站址。P1.5P1.7为ISP接口，便于程序调试与日后升级。P0.0，P0.1分别为工作正常状态指示灯和串口通信指示灯。P3.2输入翻斗式雨量传感器NX08-JDZ05-1传来的计数脉冲（经晶体管光耦器件光电隔离，以增强可靠性）。2.1.2上电复位原理上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。本图采用的手动复位和上电复位的原理：手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST贵州大学本科毕业论文（设计）第6页端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。上电复位AT89C51RC2上电复位时只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容C3的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，VCC的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图示的复位电路中，当VCC掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。2.1.3降雨量数据采集与显示原理降雨时当收集的雨量达到翻斗式雨量传感器NX08-JDZ05-1一次动作时（0.5mm），磁钢干簧管式接点输出脉冲信号进入P3.2计数。单片机定时发送累计雨量数据至上位机存档，同时从P2口输出显示出来。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的IO端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用IO端口多，如果驱动3个数码管静态显示则需要3824根IO端口来驱动，已知道一个89C51单片机可供用户使用的IO端口才16个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，还需要扩展IO口线，因此增加了硬件电路的复杂性。动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划abcdefgdp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的IO线控制，贵州大学本科毕业论文（设计）第7页当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的IO端口，而且功耗更低。基于以上，设计应用的显示电路采用3个七段数码显示管共阴极动态显示。共阴极显示09的代码表为：0 x3f，0 x06，0 x5b，0 x4f，0 x66，0 x6d，0 x7d，0 x07，0 x7f，0 x6f。P2口接38数码管段选端，用于显示日累积降雨量（mm），P0.5P0.7分别接位选端。2.1.4无线通信模块MD-609GMD-609G是基于ARM平台，嵌入式操作系统，内置工业级GPRS无线模块，提供标准RS232485数据接口，支持（多）点到多中心应用。主要参数：供电：536V宽电压输入；电源接口：内正外负；最大工作电流360mA+5VDC；待机电流80mA+5VDC；工作温度：2570；工作相对湿度：95%+40；尺寸：1036424mm（不包括天线和安装把手）；内置软硬件看门狗；内置TCPIP协议栈另支持UDP协议；数据接口波特率可设；支持串口硬流控。本设计使用串口对串口连接：贵州大学本科毕业论文（设计）第8页MD-609G提供与外设的RS232接口，在RS-232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronousstart-stop）格式，它使用一个起始比特后面紧跟7或8个数据比特（bit），然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。在RS-232标准中定义了逻辑1和逻辑0电压级数，规定逻辑1的电平为-3-15V逻辑0的电平为+3+15V，以及标准的传输速率和连接器类型。实际信号大小在正的和负的315V之间，RS-232规定接近零的电平是无效的，逻辑1规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号marking，它的功能意义为OFF，逻辑0规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号spacing，它的功能意义为ON。根据设备供电电源的不同，5、10、12和15这样的电平都是可能的，宽广的逻辑电平范围可使信号传输更加稳定可靠。由于单片机使用的为TTL逻辑电平，其中C51系列为兼容CMOS逻辑电平的单片机系列。CMOS的输出0电平（实际电压为00.4V），输出1电平（实际电压为3.55V），而TTL的输入0电平（实际电压为00.8V），1电平（实际电压为25V）。单片机中的UART2和MD-609G设备串口RS232的区别仅在于电平的不同，数传模块MD-609G串口采用RS232电平，而单片机UART则采用TTL电平，如果不进行电平转换，单片机跟电脑串口就不能进行直接通信，RS232是UART的一种就意味着通信协议的格式是一2UART：UniversalAsynchronousReceiverTransmitter的简称翻译为通用异步收发传输器UART协议作为一种低速通信协议，广泛应用于通信领域等各种场合是一种通信协议的总称其中包括RS232485等具体的通信协议。图2.1.1MD-609G点对点连接图贵州大学本科毕业论文（设计）第9页样的，只要电平统一了，两者之间就可以直接通信，因此设计中应用了MAX232这一芯片。MAX232对两者之间通信的数据没有任何作用，仅仅是中介而已，而其只是负责将两者之间的电平进行统一，使两者之间没有通信障碍。AT89C51RC2单片机其内部都是在标准80C51的基础上额外设计了一个实现“串行编程接口逻辑”硬件功能，支持单片机芯片在系统编程(ISP)。2.1.5ISP原理ISP是系统在线可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，对于已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。ISP的实现比较简单，通常的做法是芯片内部的程序存储器可以由上位机的软件通过同步串行通信接口SPI来进行改写，对于单片机来说可以通过SPI或其他的串行接口接收上位机传来的数据并写入程序存储器中。ISP技术的优势是不需要编程器也可以进行单片机的实验和开发，节省了单片机开发的成本，又免去了调试时频繁插拔芯片的麻烦。AT89C51RC2单片机ISP原理：在RST引脚处在高电平的情况下，利用P1.7MOSI(串行数据输入端)，P1.5MISO(串行数据输出端)，P1.6SCK(同步时钟信号输入端)三个引脚的数据设置和传送实现程序下载更新的功能。AT89C51RC2单片机40引脚双列直插式封装串行编程接口如图2.1.2所示。图2.1.2AT89C51RC2单片机ISP原理图贵州大学本科毕业论文（设计）第10页2.1.6时钟与波特率本设计对于需要进行串口通信的单片机，均使用使用11.0592MHZ的晶振，而不选用12MHZ，虽然12MHZ晶振定时准确，但是它提供的波特率会产生误差，特别是在UART中可能导致积累误差，而11.0592MHZ的晶振能够准确地划分成时钟频率，与UART(通用异步接收器发送器)常见的波特率相关。特别是较高的波特率(19600，19200)，不管对于多么古怪的值，这些晶振都可以提供准确的波特率，是串行通信中常被使用的。当定时器1被用作波特率发生器时，波特率工作于方式1和方式3是由定时器1的溢出率和SMOD的值(PCON.7-双倍速波特率)决定：方式1、3波特率=(定时器1的溢出率)特殊时，定时器被设在自动重装模式(模式2，TMOD的高四位为0100B)，对于11.0592MHZ晶振的一些典型波特率见表2.1.1。波特率SMODTH11920010FDH960000FDH480000FAH240000F4H120000E8H30000A0H2.2水位终端电路设计水位终端由AT89C51RC2单片机，WFY型水位计传感器，GPRS（MD-609型）数传模块，TTLRS232电平转换电路，ISP编程下载接口，LED七段显示数码管，工作状态指示灯等组成。状态检测口、通信口、复位电路、显示电路、ISP口同雨量站设计基本相同，主要不同在于此处P0口作为双向IO口使用：输入时作为WFY型水位计传感器格雷码数据输出的高八位，输出时经由74LS373数据锁存器送入48数码管段选端。P2口低四位作为WFY型水位计传感器格雷码数据输出的低四位，高四位为48数码管段位选端。水位终端电路原理图如图2.2。表2.1.1对应11.0592MHZ典型波特率表贵州大学本科毕业论文（设计）第11页2.2.1水位传感器选择水位终端采用的核心部件之一为水位计，常见的水位计有如下几种。浮子式水位计浮子式水位计其原理是由浮子感应水位的升降。有用机械方式直接使浮子传动记录结构的普通水位计，有把浮子提供的转角量转换成增量电脉冲或二进制编码脉冲作远距离传输的电传、数传水位计，还有用微型浮子和许多干簧管组成的数字传感水位计等。应用较广的是机械式水位计。应用浮子式水位计需有测井设备，只适合于岸坡稳定、河床冲淤很小的低含沙量河段使用。跟踪式水位计跟踪式水位计又称接触式水位计，利用重锤上的电测针接触水面发出电信号，使电机正转或逆转，随时跟踪水面点的位置，从而测定水位。一般在较陡岸坡上架设铁管，悬锤和悬索在管道中升降，驱动记录或讯号装置。铁管进水口需有沉沙和静水设施。压力式水位计压力式水位计它的工作原理是测量水压力，推算水位。其特点是不需建静水测井，可以将传感器固定在河底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。压力式水位计有两类。一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。另一类为电测型，它应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力图2.2水位终端原理图贵州大学本科毕业论文（设计）第12页转变成电压模量或频率量输出，用导线传输至岸上进行处理和记录。声波式水位计声波式水位计是反射式水位计的一种，应用声波遇不同介面反射的原理来测定水位。分为气介式和水介式两类。气介式以空气为声波的传播介质，换能器置于水面上方，由水面反射声波，根据回波时间可计算并显示出水位。仪器不接触水体，完全摆脱水中泥沙，流速冲击和水草等不利因素的影响。水介式是将换能器安装在河底，向水面发射声波。声波在水介质中传播速度高，距离大，也不需要建测井。两种水位计均可用电缆传输至室内显示或储存记录。其中浮子式水位计具有机械编码式水位仪、光电编码式水位仪、全量型机械式编码抗干扰、抗雷击、无功耗，独有的专利防悬索打滑装置，工作更可靠的优点。因而我们设计采用了WFY型浮子式水位计。WFY型遥测水位传感器用于观测江河、湖泊、水库以及其它明渠的水位变化。在水情测报系统、水利工程管理自动化系统及水位固态存贮系统中作传感器使用。该传感器由浮子感应以及编码器两部分组成，浮子感应部分由浮子、穿孔不锈钢带，水位轮及传动构成。主要计数指标：浮子直径：25cm仪器分辨力：1cm测量范围：40m测量误差：10m范围内绝对误差小于2cm适应最大水位变率：40cmmin编码数字范围：04095数字信号可循环配套编码器：UKQ型全量编码器，格雷码制平均无故障工作次数：106次工作环境温度：-10+50（井内水面不结冰）2.2.2格雷码转换由于水位传感器输出为12位格雷码不便于处理，我们有两种选择变格雷码为进制码：软件实现方式和硬件实现方式。硬件实现方式如图2.2.1。贵州大学本科毕业论文（设计）第13页依据原理，考虑到节约成本及提高系统可靠性，我们最终选用软件方式实现这个变换过程。变换函数为：功能：格雷码转换二进制码入口参数：格雷码x出口参数：二进制码yuintGrayToBinary(uintx)uinty=xwhile(x=1)y=x格雷码x与自身右移一位异或得y，继续右移与结果异或至x=0returny图2.2.112位格雷码转二进制码硬件原理图贵州大学本科毕业论文（设计）第14页考虑溢出因素，此函数可将最多32位格雷码转换为二进制码。设计中我们用软件方式在单片机内转为12位二进制码，据此可知可测水位动态范围为：mmcm96.4001.040961212即可测水位的动态范围约为40m。水位端数据采集原理：将12位格雷码水位数据转二进制码后（过程见软件部分），设为01234567891011bbbbbbbbbbbb，将其按：相对水位30123456788910112bbbbbbbbbbbb折算为十进制送48数码管显示（4095cm），即此处数码管显示的是以cm为单位的相对水位数据。2.3闸门终端电路设计闸门终端无需显示电路，主要由AT89C51RC2单片机，GPRS（MD-609型）数传模块，TTLRS232电平转换电路，ISP编程下载接口，8255A芯片IO口扩展电路，位置传感器，三相交流电机控制电路，铃声报警电路等组成。由于位置传感器有1644个，闸门控制另需824口，单片机IO口必须扩展，这里我们使用的是一74LS373锁存器和8255A扩展AT89C51RC2的P0口，恰好24口满足要求。闸门电路的主电路图如图2.3。3相对水位：设立一基准水位，如海拔1000米为相对水位的零水位，则相对水位20米的实际海拔水位为1000+20=1020米。贵州大学本科毕业论文（设计）第15页由于8255A芯片内部无地址锁存能力，所以图中8225A的片选信号CS以及口地址选择线A0，A1分别由51单片机的P0.7、P0.1和P0.0经地址锁存器后提供。如果把没有参与选址的地址线都看作“1”状态，则8255A的A、B、C以及控制口的地址分别是FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255A的复位端与51单片机的复位端相连，都接到51单片机的手动-上电复位电路上。2.3.1Intel8255AIntel8255A是一种通用的可编程并行IO接口芯片，也是应用最广泛的并行IO接口芯片。8255A的结构：(1)数据总线缓冲器(2)三个8位端口PA、PB、PC，其中PC口可分为两个4位端口，可分别同端口A和端口B配合使用，可以用作控制信号输出等。(3)A组和B组的控制电路。(4)读写控制逻辑。8255A的工作方式：图2.3闸门控制主电路图贵州大学本科毕业论文（设计）第16页(1)方式0基本输入输出在此工作方式下，每个口都作为基本的输入输出口，C口的高4位和低4位以及A口和B口都可独立地设置为输入口和输出口。在此工作方式下输出的数据被锁存，而输入的数据不被锁存。(2)方式1选通输入输出此工作方式下，三个端口分为A、B两组，A、B两个口仍用作数据输入输出口，而C口分成两部分，分别作为A口和B口的联络信号。在8255A中，联络信号是3位，两个数据口，共用去C口的6位，剩余的两位仍可作为数据位使用。(3)方式2双向选通输入输出此工作方式只限于A组使用，它用A口的8位数据线，用C口的5位进行联络工作时输入输出都能被锁存。当A口工作在方式2时，B口可以在方式0或方式1工作。8255A的初始化：在使用8255A时，首先要由CPU对8255A写入控制命令字。有两种控制命令字：方式选择控制字和C口按位置位复位控制字。8255A的各种工作方式都要由控制命令字来设定，这个设置过程称为：“初始化”。2.3.2闸门电机控制图2.3.1为电机控制部分电路之一。贵州大学本科毕业论文（设计）第17页考虑到安全因素，以及闸门不能自动控制的意外情况，设计中补充了人工手动控制电路。自动控制原理：PC6=1，PC7=0时，U9耦合导通正常工作，继电器RL1、RL2、RL3线圈通电220V，各自触头受吸引致电机接通正向转动；PC6=0，PC7=1时，U11耦合导通正常工作，继电器RL4、RL5、RL6线圈通电220V，各自触头受吸引，由于此时三项线已反相，电机接通将反向转动；PC0=0，PC1=0时，U12耦合导通正常工作，继电器RL7、RL8、RL9线圈通电220V，各自触头受吸引致电机三相电断电，电机停止转动。手动控制原理：手动控制采用双互锁控制电路，这种电路根据控制的需要，将若干个继电器作为一组，在同一组中的继电器同时只准许其中一个吸合，而且必须将其余的继电器锁定在释放状态，这就是所用到的互锁电路。图2.3.1所示电路是一个典型的互锁电路。图中有两个启动按钮：正程和逆程，以及两个继电器KM1和KM2。KM1和KM2的常开触点正程、逆程按钮接成自锁状态，而常闭触点接成互锁状态。互锁电路又称为先动作优先图2.3.1电机控制部分电路图贵州大学本科毕业论文（设计）第18页电路，即以先按下的启动开关所控制的继电器吸合，而后按下的启动开关所控制的继电器被锁定在释放状态。若同时按下两个启动开关，则动作快者有效。当工作结束后，按动停止按钮发出终止信号，使电路停止工作。在各个闸门的0，13，23，1位置高处设置了位置传感器。当闸门运动到相应位置，传感器发送一脉冲信号（图2.3.2以开关模拟），光耦合器导通其输出端由射级跟随器输出对应信号至PA0。2.4监测中心硬件配置中心室应至少具备以下条件：计算机一台，服务器一台，打印机一台。计算机用于处理和管理数据下位机发来的数据，发送中心室控制命令，打印机用来打印报表。图2.3.2位置传感器电路原理图贵州大学本科毕业论文（设计）第19页第三章系统软件设计3.1雨量终端软件设计雨量终端由主程序模块，INT0雨量计数脉冲中断服务子程序模块，T0定时器数据发送中断服务子程序模块，串口接收中断服务子程序模块四个基本模块组成。无降雨时雨量站不发送数据，只显示当日累计降雨量，在有降雨时以20s为周期向上位机发送数据。主程序首先完成定时器T0、串口、看门狗、全局变量的初始化，然后进入主程序大循环喂狗，显示雨量等待中断。上位机若发来状态检测指令触发串口接收中断则下位机发工作正常代码至上位机，开INT0中断并返回。T0定时器数据发送中断服务子程序为：定时20s，判断雨量计数单元是否为零，是则直接重置时间常数并返回再次定时，否则打包并发送其数据给上位机开T0中断并返回。详细流程图如图3.1。3.2水位终端软件设计水位终端由主程序模块，T0定时器数据发送中断服务子程序模块，串口接收中断服务子程序模块三个基本模块组成。图3.1雨量站程序流图贵州大学本科毕业论文（设计）第20页水位站要完成以1s为默认周期的水位数据采集上传，接收到上位机发来的周期变更指令后更改采集周期的功能。主程序首先完成定时器T0、串口、看门狗、全局变量的初始化，然后进入主程序大循环喂狗，显示水位等待中断。上位机若发来周期变更指令触发串口接收中断则下位机更改周期变量并发处理正常代码至上位机，开INT0中断并返回。T0定时器数据发送中断服务子程序为：定时一个周期到，则读取水位数据经转码，打包等处理后发送给上位机，否则开T0中断重置时间常数继续返回和定时。详细流程图如图3.2。3.3闸门终端软件设计闸门软件设计流图如图3.3。图3.2水位站程序流图贵州大学本科毕业论文（设计）第21页主程序首先完成定时器T0、串口、看门狗、8255A、全局变量的初始化，进入主程序大循环后等待中断。T0定时器一分钟定时子程序由串口接收中断服务子程序引用，每次应用最多定时一分钟。串口接收中断服务子程序流图处理闸门的动作。大致流程为：串口中断后，关T0定时器中断，读取上位机指令包，若为状态检测指令则返回工作正常代码至上位机，否则继续检测是否为控制指令，是则开关闸门，检测闸门开启状态，一分钟后若检测不到闸门运动到位就报警。3.4上位机客户端设计3.4.1上位机的