试论水位与降雨量监测系统的开发

刘芳宇

摘 要：为实现对降雨量的实施监测，文章阐述了基于单片机技术的水位与降水量监测系统工作原理、功能及操作流程。该系统以低成本、操作方便、抗干扰能力强等特点获得认可。以89C51实时数据降水检测系统为例，具体分析了其数据查询、水位计降水量检测以及通讯和报警功能。由于我国大部分地区降水量，因此实现对雨量的实时监测有助于及时控制水库水位，以防止洪灾，促进社会稳定。

关键词：水位与降水量检测系统  自动检测  降水量  数据采集

中图分类号：TP274      文献标识码：A        文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0159-02

洪灾防治是确保农业、交通稳定的关键。现代水利工程应将重点放在对雨季到来时的水位监测和控制上。基于单片机技术的自动监测系统具有广泛应用，可实现对水位信息的记录和监测。在降水量的季节，该监测系统有效的完成了防洪调度，提高了洪水预报精度和处理效率，对于我国大型水库及江河流域的安全起到了积极作用。文章分析了以89C51单片机为主要控制系统的降水量监测系统设计。

1 水位与降水量检测系统的功能介绍

89C51单片机在工业检测系统中具有广泛应用。基于该技术的水位与降水量监测系统具有如下功能。

1.1 水位实时监测功能

89C51实时数据降水检测系统具有数据全局显示功能和实时列表显示功能，使用者可通过具体降雨地点的点击而查询当地的降水和水库水位情况。另外，该系统还具有数据统计和处理功能，使用者可任意设置时间段，并查询该时间段的数据报表或曲线，从而实现对江河、湖泊等水库的水位监测和控制。

1.2 降水警戒线自动报警和处理功能

89C51实时数据降水检测系统通过合理的警戒线的设置实现报警功能。汛期到来时，降水警戒线可及时显示降水地点的情况，并结合数据处理和打印功能出台合理的水位控制措施，对于汛期的洪水灾害起到积极的控制作用。如果工作人员利用实时定位功能，还可获得当地的降水记录，并通过液晶屏的方式显示处理后的结果。

1.3 通信功能

89C51实时数据降水检测系统的通讯功能是指其数据的内部传输功能，数据传输是系统功能实现的基础，主要途径为RS232 通信协议。互联网发达时代，实时数据的监测成为可能，计算机软件能够为实时监测提供有效的帮助，提高监测的准确性，解决了一些常人无法完成的任务。89C51实时数据降水检测系统强大的通讯功能及独特的设计保证了数据传输的及时性和正确性，其是降雨量监测的有效手段之一。

2 89C51水位与降水量检测系统结构及原理简析

89C51水位与降水量检测系统主要是由数据采集软件、数据传输器以及数据处理软件组成。该系统以单片机为核心技术，是目前较为先进的水位控制与降水量检测系统。其中。信息采集主要是由数据采集器完成，通过该过程获得某地的降水即时信息，通过数据传输器将采集的信息进行无线传输到主机。而单片机主机的主要功能为对其所接收的信息进行具体的分析和处理，以使观测者获得最直接的降水信息。在89C51水位与降水量检测系统主机通过RS-232C接口与Modem、PSTN（公用电话网）相连，而PSTN金额将经过该系统处理后的信息以数据包的形式传递至数据处理中心，提高传送速度和处理能力。

3 89C51检测系统主要软件的功能技术

3.1 数据采集器

数据采集器主要由硬件采集器与软体组成。其中硬件采集器主要包括80C51单片机、复位及“看门狗”电路、通信电路、时钟电路以及A/D转换器电路构成。电源另配，起主要是由于该系统主要工作于水下。水位传感器与降雨量传感器在设计上具有一定的出入，这里不具体介绍。

3.2 数据传送器设计

数据传送器同样是由相应的硬件系统和软件组成。通过二者的组合，实现降水量信号的收集获得准确的降水信息。其信息传送的方式为无线传送。其中，数据传送器的硬件主要包括微处理器监控芯片、无线发射模块以及供电电源组成。89C51检测系统的微处理器监控芯片为ADM695。信息传送则以无线发射模块为核心，无线发射模块的最大发射距离为1500 m、额定功率为500 mW、工作频率则为351 MHz。该硬件的电源要同时实现电源监控与切换功能，因此必须预备后备电池，ADM695可形成完整的电路，但单纯切换电路的最大输出电流无法满足硬件用电需求，因此在硬件系统设置时，多采用硬动三极管增大额定电流。数据传送器软件的抗干扰措施与采集器软件的抗干扰措施如出一辙，但在此基础上增加了中值数字滤波方法。从而降低了信息发射功率，延长系统电源的使用寿命。

3.3 采集点主机设计

采集点主机硬件的主要任务是水位和降水量相关数据的处理。通过对数据的分析以及报警的设置，使观测者了解降水信息，防止洪灾发生，或者制定洪灾的既定处理方案。PSIN电话网在这一过程中起到了数据传输桥梁的作用。与上述数据采集器和数据传输器相同，采集点主机的控制芯片复位时间为50 ms、看门狗溢出周期为1.6 s。采集点与上述两个子系统共同组成了完成的监控系统，可完成数据从收集、分析处理到显示的全部功能。CAT24WC64数据存储器具有以下特点：（1）2.7～6 V的宽工作电压范围、可擦写防护措施，通过这一存储器确保了数据收集和传输的有效性和安全性。按照每天1K存储空间计算，并预留2K的存储空间，其总空间为64K（2月62天）。存储管理方式为8K为一段的分段管理方式，其中部分空间用于段内基址表的空间放置，可通过查表的方式获得段内基址表，采集点主机打印机为PP40型，它具有成本低、携带轻便，安全系数高等特点，液晶显示屏是获得数据的最直接途径，要根据采集需求以及经济状况尽量选择高清显示屏。并同时兼备小体积、低能耗和低电压的模式。键盘为4×4键，键盘接口多为zlg7289A。最后。CSJ—R3无线接收模塊的额定功率为采500 mW、最大接收距离为1500 m、工作频率为351 MHz，配合X1203的时钟芯片，实现水位和降水量的全部建设过程。与其它设计不同，采集点主机软件的设计较为简单。核心设备为中断软件，帮助单片机CPU完成中断请求，为其显示水位和降水量的即时信息。

4 结语

我国很多地区低于多雨期，一旦汛期来临，不及时处理将造成积水过多甚至洪灾，带来严重的经济损失，甚至威胁人的生命。因此，对水库水位进行即时监测，通过信息提供制定基于降水量大小的处理措施，能够有效的确保当地安全。目前，在各地水位及降水量监测系统设计中，基于单片机技术的89C51监测系统应用广泛，该系统具有体积小、携带方便并且成本低等特点。在我国东部降水区应用更为广泛。89C51监测系统主要是由数据采集系统、数据传输系统和处理系统组成。通过数据收集系统获得最基本的水位信号，文章对89C51水位与降水量检测系统的结构及和原理进行了具体的分析，肯定了数据通信、实时监测和自动报警等功能。在软硬件的设计上逐渐完善其功能，该装置还设计了RS-232接口，其作用在于将数据进行合理处理后完成上传。

参考文献

[1] 段晓飞.水位与降雨量监测系统的研究[J].中国市场，2011（31）：136-138.

[2] 白玉洁.改进时间序列模型在降雨量预测中的应用研究[J].计算机仿真，2011（10）：141-145.

[3] 王晓云，史明昌，胡影，等.TRMM数据应用于降雨量和降雨侵蚀力估算的适宜性研究[J].干旱区资源与环境，2015（1）：129-133.