應用電話網(wǎng)絡的各地自來水成分自動監(jiān)控系統(tǒng)

引言

您的家庭是否遇到：自來水中出現(xiàn)鐵銹、泥沙等物質?自來水燒開后形成頑固的水垢? 自來水有一股異味?原來清澈的自來水現(xiàn)在變得越來越混濁了? 隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴重，飲用水的污染尤為突出，水中含有多種成分，如：硫、硫酸等污染物，如能及時掌握，對環(huán)境保護非常重要，到目前為止，我國的自來水檢測方法依然人工采樣、試驗分析，這種方法頻率比較低，不能準確反映實際水質情況，且不易形成監(jiān)控網(wǎng)絡統(tǒng)一管理。目前，網(wǎng)絡通訊迅速發(fā)展，組網(wǎng)技術已多樣化，成熟化，但同時考慮監(jiān)控系統(tǒng)分布點多，并且傳輸數(shù)據(jù)量不大以及性價比要求高等特點，我們開發(fā)了一種基于電話網(wǎng)絡的自來水成分自動監(jiān)控系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)組成及功能

本系統(tǒng)主要有三部分組成：現(xiàn)場監(jiān)測、通訊網(wǎng)絡(電話網(wǎng))、中央測控單元。下圖1是系統(tǒng)總體結構。

圖1 系統(tǒng)結構圖

現(xiàn)場監(jiān)測模塊安放在各個需要檢測的地方，他由各種傳感器和微處理器組成，用來采集水的各項指標，如色度、PH值、混濁度、總硬度、硫含量等，采集后的各種數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理分別存在相應的存儲單元，并以定時方式通過電話網(wǎng)絡向中央測控單元傳送，也可以依中央測控單元傳送指令進行適時傳送。

現(xiàn)場監(jiān)測模塊和中央測控單元之間的通訊借助于普通存在的電話網(wǎng)來完成，電話線路中數(shù)據(jù)以DTMF信號方式傳輸，現(xiàn)有按健電話多使用DTMF撥號方式，DTMF選號方式選用8個頻段，其中低音頻組有4個頻率：679HZ、770HZ、852HZ、941HZ，高音頻組也有4個頻率：1209HZ、1336HZ、1477HZ、1633HZ。每個鍵號對應于一種低音頻和一種高音頻正弦波之和。

中央測控單元的主要作用是：第一，管理各地信息，以及傳感器的類型。第二，對現(xiàn)場監(jiān)測模塊的一些參數(shù)進行設置，如傳感器的采樣頻率，數(shù)據(jù)上傳方式。第三，完成現(xiàn)場監(jiān)測模塊上傳數(shù)據(jù)的分析，存儲、顯示報表的生成、打印、輸出等功能。

2、系統(tǒng)的硬件及軟件實現(xiàn)

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測模塊的硬件實現(xiàn)

現(xiàn)場監(jiān)測模塊的主要組成部分是多路傳感器，DTMF信號收發(fā)器以及以89S51為核心的微處理器，如圖2

圖2 現(xiàn)場監(jiān)測模塊硬件原理圖

多路傳感器實現(xiàn)對水指標的采集,傳感器的類型用代號01,02,03 表示,如01代表色度,02代表PH值、03代表總硬度等。為適應地區(qū)可以采用不同的傳感器類型。

傳感器采集到的電壓信號經(jīng)過信號調理電路，多路開關，并經(jīng)過A / D轉換成數(shù)字信號，經(jīng)CPU處理存儲到存儲器AT45DB011中，AT45DB011是ATMEL公司生產(chǎn)的串行FLASH存儲器，它具有1M的存儲空間。傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分區(qū)存放便于CPU讀取。

微處理器選用AT89C51。它是ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗高性能的處理芯片，片內帶有4K的存儲器。工作頻率范圍寬。

2.2 中央測控單元的硬件實現(xiàn)

中央測控單元由DTMF信號收發(fā)器、AT89C51、上位機組成，如圖3所示：

圖3 中央測控單元硬件原理圖

AT89C51與上位機的通訊采用RS-232接口，它的主要任務是接受并分析現(xiàn)場監(jiān)測模塊上傳的數(shù)據(jù)并以可視化界面的方式顯示，對傳感器的參數(shù)進行設置。

2.3 DTMF信號的傳輸及軟硬件實現(xiàn)

利用MITEL公司生產(chǎn)的MT8880可實現(xiàn)DTMF數(shù)據(jù)收發(fā)、信號音的判斷，它具有如下基本功能：

1、提供完整的DTMF發(fā)送或接受功能。

2、具有接受信號音和帶通濾波的功能。

3、能與微處理器直接接口。

CPU采用AT89C51芯片，它可以對MT8880的發(fā)送、接受及工作模式進行控制。

現(xiàn)場檢測模塊以DTMF方式向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)的格式如表1所示。

例如:“#05101809080212*”代表：05年10月18日9時8分傳感器02采集到某一地區(qū)降雨量為12毫米。

中央測控單元以DTMF方式向現(xiàn)場監(jiān)測模塊發(fā)送控制指令的格式如表2所示。

不同的指令代碼代表上位機向現(xiàn)場監(jiān)測模塊發(fā)送不同的控制指令，不同的控制指令具有不同的指令值格式。

MT8880發(fā)送子程序：

SEND：MOV DPTR，#2100H

SETB P1.0

MOV A ,#0CH

MOVX @DPTR,A

MOV A,#00H

MOVX A,R0

MOV DPTR,#2000H

MOVX @DPTR,A

CLR P1.0

S1:MOV DPTR,#2100H

MOVX A,@DPTR

JB ACC.1,W_1

RET

RECEIVE:MOV DPTR,#2100H

SETB P1.0

MOV A,#0CH

MOVX @DPTR,A

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A

MOVX DPTR,#2100H

CLR P1.0

R_1: MOVX A,#

64;DPTR

JNB ACC.2,R_1

SETB P1.0

MOV DPTR,#2000H

MOVX A,@DPTR

ANL A,#0CH

MOV R0,A

RET

3 總結

通過上述方案，利用電話網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)分布的各地水成分的適時、在線監(jiān)測。本系統(tǒng)具有組網(wǎng)方便、安全、性價比高等特點。使環(huán)境工作者及時、準確地了解各地水的情況，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。

參考文獻：

1、李朝青.單片機原理及接口技術. 北京: 北京航空航天大學出版社,2002

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