基于单片机控制的降雨量实时监测系统设计及实现

刘图 李棠 王晰

摘 要：當前，水安全和水资源问题已经成为社会和经济发展中的重要因素。相对而言，降雨量监控工作，对水安全、水资源都具有很大的影响。近几年，关于降雨量的实时监测讨论不断加深，引起了社会上的广泛关注。我国的国土面积相对辽阔，各个地区的降雨量存在较大的差异，如果能够实施有效的检测，对今后的水安全、水资源控制都具有较大的积极意义。为此，将单片机控制作为基础，设计出良好的降雨量实时监测系统，是很有必要的。日后，应进一步加强该系统的设计，积极落实到实践工作中。

关键词：单片机；降雨量；监测；设计；系统

1 系统组成

从客观的角度来分析，单片机控制的降雨量实时监测系统在设计和实现过程中，应首先在系统组成方面做出足够的努力。文章认为，基于单片机控制的降雨量实时监测系统，其最大的优势在于能够实时监测，为此，主要设计了两个智能雨量采集站RTU，设计了一个雨量数据接受显示装置，设计了配套的数据采集装置、通信装置、显示处理软件等。通过合理的搭配以及实施数据分析，完成对降雨量的预测、分析、总结，为实际的水资源调配、水安全管理，提供足够的依据和指导。

2 系统硬件

2.1 雨量采集站电路

对于单片机控制的降雨量实时监测系统而言，要想在实际的应用中取得较大的积极成果，硬件方面的设计，是最基础的部分，因为所有的功能都需要将硬件作为载体来实现，因此不能出现任何的差错。文章认为，雨量采集站电路作为比较基础和核心的硬件设备，应从以下几个方面出发：第一，雨量采集站的电路，必须将单片机控制作为基础，本次研究主要选择89C51单片机为基础，并且配合相应的控制器、数据发送模块、电源模块等等，完成雨量的采集工作，并且对数据和信息进行分析、总结。第二，雨量传感器的设计尤为重要。在使用过程中，如果出现了降雨情况，那么传感器的内部机械装置，会促使一个干簧管开关处于接通状态，或者是断开状态，电阻会在单片机的相应部位产生脉冲，单片机通过程序，对脉冲信号进行分析和处理，最终有效传送到基于单片机控制的降雨量实时监测系统当中。第三，在电路的设计方面，一般会采用两种电路来完成。考虑到雨量采集站的特殊性，因此在两种电路的设计上，无太大的差异。但传输数据时，会定义不同的地址。例如，一种电路会应用无交流的市电来完成，另一种电路则会采用太阳能电池板供电完成，确保电力的充足供应。

2.2 显示装置电路

单片机控制的降雨量实时监测系统的硬件方面，还应该在显示装置电路的设计、实现方面做出足够的努力。该装置电路，主要是将各种数据、信息、结果有效的呈现在操作人员的面前，并且根据指示来做出相应的防范、调配措施。结合以往的工作经验和当下的工作标准，认为在显示装置的电路设计上，可从以下几个方面出发：第一，该装置同样由型号为89C51的单片机进行核心控制，配合相应的控制器、电源模块、RS-232接口模块、显示模块等等。具体的工作方式，需与当地的工作有效结合。第二，在工作原理方面，主要是与雨量采集站电路高度相同。不同的是，在设计显示装置电路的过程中，应进一步加强电路的稳定性，加强抗干扰性。显示电路应长期处于无人值守的工作状态，以此来实现基于单片机控制的降雨量实时监测系统整体的提升。

3 系统软件

3.1 雨量采集站软件

基于单片机控制的降雨量实时监测系统在具体的工作中，软件的作用是不可忽视的。为了能够实现真正意义上的“实时监测”，必须在雨量采集站的软件设计方面，做出足够的努力。在本次研究中，考虑到单片机的重要意义，主要设计了两个比较大的模块，分别为主程序模块、T0定时数据发送中断服务子程序模块。两个模块在工作中，实现协调配合的效果，促使雨量采集站软件，可满足不同的工作环境，搜集到较多的数据、信息。主程序模块主要对雨量传感器在下雨时发出的脉冲进行计数，并将其值保存在指定的单元。而T0中断服务子程序模块主要是完成1s和20s定时，并负责每隔20s检查一次雨量计数单元，如其值不等于0，则向监测室的显示装置（上位机）发送一次数据，否则不发送数据；另外，每隔1s向“看门狗”电路发一个“喂狗”脉冲。由此可见，雨量采集站的软件设计，总体上并不是特别的复杂，今后的设计和研究工作，应集中在“单片机”和“实时”两个方面来完成，促使系统在具体的工作中，可以做出最正确的判断。

3.2 雨量接收显示装置软件

降雨量的监控系统设计、实现，除了在上述的几项工作中投入较多的精力外，还应该在雨量接收显示装置软件方面，完成相应的设计工作。我国近几年的降雨量发生了比较显著的变化，有些地区的降雨量比较特殊，有些地区的降雨量则比较突然。此时，需要利用雨量接收显示装置软件，更好的完成降雨量数据、信息的准确接收，并且以最快的速度显示出来，为工作提供足够的依据和指导。值得注意的是，在该方面的设计中，考虑到的具体影响因素是比较多的。我们在雨量接收显示装置软件的设计中，主要包括三个模块，分别为主程序模块、T0时钟定时中断服务子程序模块、串口中断服务子程序模块。

主程序模块负责时间的输入、显示和降雨量数据的显示以及对面板按键的监控。T0时钟定时中断服务子程序主要完成1s定时，在1s到时，改变时间显示数据并向“看门狗”电路发一个“喂狗”脉冲；另外，每天早上8点钟，把显示数据清0，并将头一天的降雨量累计值数据存入单片机内指定的历史数据保存区备用。串口中断服务子程序负责接收两雨量站发来的雨量数据，经变换后送显示缓冲区；当收到外部PC机请求传送数据指令时，将单片机内历史数据保存区的30天降雨量数据传给PC机，以作长期保存。

总结：文章对基于单片机控制的降雨量实时监测系统的设计、实现展开讨论。从现有的工作来看，我国在设计基于单片机控制的降雨量实时监测系统时，充分考虑到了国内的客观情况，并且在软件、硬件的设计上，均保持了高度的协调性。该系统在应用过程中，为相关单位、机构的水安全、水资源处理工作，提供了足够的参考和指导，促使我国在“水”方面的处理，相比以往提升了较高的工作水平。

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