基于AT89S8252單片機的水文纜道測驗系統(tǒng)設計
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經過近50年的發(fā)展，水文測流已形成以纜道測流為主，特別是纜道測流技術，近幾年發(fā)展迅速，基本可形成標準化建設的條件，如纜道架設已從多樣化發(fā)展到基本采用開口游輪省力方式;水文絞車已從手搖、皮帶聯(lián)連到滑差調速電動驅動、直流伺服電機驅動到與交流變頻調速配套使用的普通交流異步電機驅動絞車;纜道信號從直流有線、交流有線、交流無線和無線電信號發(fā)展到纜道綜合信號的地回路傳輸方式;流速測算已從電鈴、音響記數(shù)和自記計數(shù)、計時計數(shù)和流速直接測算到直接整算流量成果報表;起點距和入水深測量已從繩結測量、繩長計數(shù)測量到具有垂弧度自動修正的實距測量;行車控制也由手動、電動、滑差調速到直流可控硅調速發(fā)展打今天的交流變頻調速;總的繞道測流系統(tǒng)也由手動到半自動發(fā)展到全自動控制測流系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)構成
系統(tǒng)框圖如圖1所示。
采用AT89S8252單片機。由于河道測驗的數(shù)據量大且運算比較復雜，而單片機內部的存儲器容量有限。故增加外部存儲器RAM6116和ROM6264.外部信號的輸入采集接口是以多路A/D片ADC0809為核心，將纜道信號和水位信號送到單片機P1口和P3口承擔其他輸入、輸出信號的接口。下面根據水文測驗的特點，介紹主要的接口電路和工作過程。
1.1 ADC0809接口電路
ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，ADC0809的主要特性：
1.它是具有8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出功能的A/D轉換器。
2.轉換時間為100μs.
3.模擬輸入電壓范圍為0V~+5V,不需零點和滿刻度校準。
4.低功耗，約15mW.
他將電傳水位計的水位變化信號和纜道送來的流速、偏角、水面水底信號經變換后傳送到單片機。該接口具有電路簡單、穩(wěn)定可靠、抗干擾強等特點。
1.1.1 水位信號的獲取
電傳水位計是用來監(jiān)測水位的變化，為了獲取水位信號對電傳水位計的傳感器部分進行了改造。在傳感器內部增加了干簧繼電器J3,J4,J5,取消內部電池而直接由系統(tǒng)供電。電阻R5~R8組成分壓器，分壓器輸出到ADCIN2口電路如圖2所示。當水位變化時浮子隨之升降，浮子升降3 cm,傳感器內部的磁鋼旋轉一周，即每變化1 cm有一個干簧繼電器會通斷一次。J3,J4,J5分別吸合時IN2口的電壓分別為1.6 V,2.5 V,3.2 V左右，無繼電器吸合時IN2口電壓為+5 V.根據ADCIN2口的電壓數(shù)值可以判斷是哪個干簧繼電器通斷，由IN2端電壓變化規(guī)律可以知道水位的上升或下降如圖3所示，圖3中(a)為上升，(b)為下降。
1.1.2 水面水底信號的獲取
進行垂線水深測量時，鉛魚運行到河道斷面的指定垂線位置后開始下降，一旦鉛魚接觸水面則啟動水深計數(shù)器開始水深計數(shù)，當鉛魚繼續(xù)下降接觸水底時，水底開關閉合停止計數(shù)，該計數(shù)值即為本條垂線的水深初值。工作過程如下：在鉛魚下降過程中單片機不斷地讀取ADCIN1口電壓，鉛魚入水前繼電器J1,J2處于常閉位置，ADC0809輸入端IN1的電壓是由R3,R4分壓決定為2.5 V,一旦鉛魚接觸水面+5 V電壓通過水下極板→河水→鉛魚→副索1→ADC0809使IN1端電壓上升到3 V以上。單片機根據IN1口的電壓判斷鉛魚已接觸水面啟動水深計數(shù)，同時令P3.4輸出高電平繼電器J1接通常開觸點，由電路圖可知河水電阻與R4并聯(lián)使IN1口的電壓為1.5 V左右。當鉛魚繼續(xù)下降直到接觸河底，河底開關K2被壓通，鉛魚內部4.5 V電池E1接入電路中ADCIN1口電壓下降到0 V以下，單片機判斷已達到河底停止水深計數(shù)并通過P1口輸出信號使水深電動機停止運行。
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