專利名稱：遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。背景技術(shù)：
水文監(jiān)測過程中涉及到大量的模擬信號的采集，將這些信號進(jìn)行高
精確的采集測量，對于整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著決定性的作用。以測量深度為io米的投入
式液位變送器為例，水文上通常要求其測量誤差小于0. 5厘米，采用以前人工的手段，是根
本不可能達(dá)到的，而結(jié)合現(xiàn)代微型計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)通用智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將大量現(xiàn)場數(shù)
據(jù)進(jìn)行采集、處理、傳輸、存儲與顯示，則是很容易實現(xiàn)的。不僅如此，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的
發(fā)展，對水文信息不斷提出新要求，水文觀測項目和內(nèi)容不斷增加，對觀測手段和方法以及
水文監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求；現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和
計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了水文監(jiān)測技術(shù)自動化的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種測量精度、抗干擾能力強(qiáng)、成本較低、適合推廣使用的高遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括硬件，及與
之匹配的分析程序，硬件部分包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的操作端、可控電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯
片，數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及與外部存儲器連接的接口芯片，和進(jìn)行采集信號的壓力變送器。在
操作端內(nèi)安裝分析程序。通過與系統(tǒng)連接的投入式壓力變送器將采集信號傳輸給系統(tǒng)，再
由系統(tǒng)將采集信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，加以分析，實現(xiàn)對水文資源的實時監(jiān)控。 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有測量精度高、測點多、價格低廉、實用性強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)的
特點，可滿足環(huán)境復(fù)雜的水文現(xiàn)場生產(chǎn)需要，其不僅能夠記錄、傳輸數(shù)據(jù)，而且能對數(shù)據(jù)進(jìn)
行智能化管理，將各種數(shù)據(jù)信息按照使用者的要求進(jìn)行處理，進(jìn)一步的滿足測量要求。本系
統(tǒng)長時間使用運(yùn)行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)精度高，存儲的數(shù)據(jù)量大。
四

本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的附圖和實施例給出 圖1是遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的框圖； 圖2是USB接口圖； 圖3是16路數(shù)據(jù)采集電路圖； 圖4是分析程序?qū)Σ杉盘柼幚淼牧鞒虉D。
五具體實施例方式
本發(fā)明不受下述實施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實際情況來確定具體的實施方式。 實施例如圖1、3所示，遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括硬件，及與之匹配的分析程序。硬件部分包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的操作端、可控電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及與外部存儲器連接的接口芯片，和進(jìn)行采集信號的壓力變送器。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與之還連接有基準(zhǔn)電源模塊。在操作端內(nèi)安裝分析程序。 本系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，優(yōu)選STC89C58RD單片機(jī)，該MCU芯片是STC公司生產(chǎn)的一款新型的單片機(jī)，它不僅兼容89C51單片機(jī)，還增加了很多功能，包括其內(nèi)部RAM區(qū)大，達(dá)到了 1280個字節(jié)，32K的FLASH供用戶存儲程序，還有16K的EEPR0M可以存儲大量的關(guān)健數(shù)據(jù)，并且內(nèi)部還集成了看門狗復(fù)位電路。這不僅使得下位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，也大大降低了成本。 為了滿足系統(tǒng)采集精度要求，系統(tǒng)采用了 16位的AD7715模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和高精度的基準(zhǔn)電源模塊AD780與之配合，AD7715是美國ADI公司生產(chǎn)的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具有0. 0015%的非線性、片內(nèi)可編程增益放大器、差動輸入、三線串行接口、緩沖輸入、輸出更新速度可編程等特點，適用于單通道低速小信號的采樣應(yīng)用。本設(shè)計要求較高精度的電壓控制信號，位數(shù)達(dá)到16位，而單片機(jī)數(shù)據(jù)口只有8位，如果用單緩沖在水位測試系統(tǒng)中AD7715完全能滿足系統(tǒng)要求的精度和速度。另外為了實現(xiàn)16路數(shù)據(jù)采集，設(shè)計了由兩片ADG508多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，MAX232為數(shù)據(jù)傳輸模塊，其與上位機(jī)的串行通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有線或無線的傳送。雖然AD7715輸入采樣電壓范圍是0-2. 5V的，但是通過反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓在0. 5V以下時，讀取的數(shù)字量誤差較大，而在0. 5-2. 5V的電壓測量范圍時，其輸出現(xiàn)行度比較理想。標(biāo)準(zhǔn)的液位壓力變送器均為4-20mA的電流信號，因此只要在液位壓力變送器輸出端串行接入高精度的125電阻(0. 1% )，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過CPU的軟件程序處理，即可實現(xiàn)與液位壓力變送器量程相匹配的高精度液位參數(shù)采集讀取。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7715用于單端采樣時的采出碼為OOOOH-FFFFH之間的十六進(jìn)制數(shù)。其中Pl.O為CLK信號輸出，Pl. 1與DIN引腳相連，Pl. 2與D0UT引腳相連，P1. 3與DRDY相連，片選信號直接接地。 用于自動化監(jiān)測的水位傳感器主要采用投入式壓力變送器等，只要能轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的二次測信號的變送器和智能儀表均可以直接連接到本系統(tǒng)中，與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。
為了實現(xiàn)CPU能夠在野外長期工作，借助蓄電池，利用潔凈的太陽能，與單片機(jī)連接一個小功率的太陽能充電電源(充電功率《20W)。這樣系統(tǒng)便可選擇外接交流充電或太陽能電池板充電。同時具備蓄電池過充電和過放電保護(hù)功能。充電時，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到一閥值時，充電回路可自動關(guān)閉，避免蓄電池過充電，過放電保護(hù)是由于意外原因造成蓄電池充電不足或不能充電，設(shè)備耗電使蓄電池電量不斷降低，當(dāng)蓄電池過度放電會造成蓄電池永久損壞。本系統(tǒng)具有時刻監(jiān)視蓄電池電壓的功能，當(dāng)其電壓低于一閥值時，保護(hù)電路會關(guān)閉給負(fù)載的供電，從而保護(hù)蓄電池。 如圖2所示，在水文監(jiān)測系統(tǒng)中，常常需要對眾多的水位點進(jìn)行實時監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的保存，并借助便攜式大容量的存貯器進(jìn)行歷史的數(shù)據(jù)記錄和保存，作為現(xiàn)場監(jiān)測和宏觀調(diào)控的依據(jù)。本系統(tǒng)為滿足以上要求，在單片機(jī)上連接有接口芯片，優(yōu)選CH375，其可保證外部讀、存設(shè)備均可與本系統(tǒng)連接使用。 CH375是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的 一 種USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。CH375還內(nèi)置了處理Mass-Storage海量存儲設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的USB存儲設(shè)備(包括USB硬盤/USB閃存盤/U盤)。 如圖4所示，在A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和CPU的字長均已很高，測量算法已經(jīng)較完善的情況下，電氣測量的誤差主要存在于變換器和模擬預(yù)處理電路環(huán)節(jié)中?；ジ衅鞯恼`差具有非線性的性質(zhì)，但在有效的要求范圍內(nèi)非線性度已經(jīng)很低，在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的，所以這兩部分的誤差主要由元器件參數(shù)和材料特性的離散性造成。由此分析可知，雖然通過完善硬件電路、精選元器件特性和利用可調(diào)元器件進(jìn)行調(diào)整等方法可抵消誤差，但需要較大的硬件開銷、繁瑣的參數(shù)測試和調(diào)試，顯然不適合于批量生產(chǎn)，因此，本系統(tǒng)采用軟件方法來補(bǔ)償這些誤差，既可使電度表的精度達(dá)到設(shè)計要求，又可避免利用硬件進(jìn)行誤差補(bǔ)償所帶來的弊端。 在操作端內(nèi)安裝分析程序。采樣時，先寫通訊寄存器，然后是寫設(shè)定寄存器，接著將采集信號輸入，隨后選擇工作模式，工作模式分為定時發(fā)送和自報式兩種，定時發(fā)送將采集信號轉(zhuǎn)換為ASCII16進(jìn)制，并發(fā)往緩沖區(qū)；自報式將采集信號轉(zhuǎn)換為ASSCI16進(jìn)制，并發(fā)往緩沖區(qū)。分析程序查詢DRDY信號，DRDY信號變低后可寫入讀數(shù)據(jù)寄存器命令，如果這時DRDY仍為低電平，可以將本次采樣的16位結(jié)果分兩次讀出，每次8位。
以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的最佳實施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和最佳實施效果，可根據(jù)實際需要增減非必要技術(shù)特征，來滿足不同情況的需要。
權(quán)利要求
一種遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括硬件，及與之匹配的分析程序，硬件部分包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的操作端、可控電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及與外部存儲器連接的接口芯片，和進(jìn)行采集信號的壓力變送器，在操作端內(nèi)安裝分析程序。
2. —種遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片連接有本基準(zhǔn) 電源模塊和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。
3. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸模 塊與上位機(jī)的串行通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有線或無線的傳送。
4. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于與數(shù)據(jù)傳輸 模塊相連接的投入式壓力變送器輸出端串行接入高精度的125電阻。
5. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7715用于單端采樣時的采出碼為OOOOH-FFFFH之間的十六進(jìn)制數(shù)，其中PI. 0為CLK 信號輸出，Pl. 1與DIN引腳相連，Pl. 2與DOUT引腳相連，Pl. 3與DRDY相連，片選信號直接 接地。
6. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于單片機(jī)連接 有太陽能充電電源。
7. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于采樣時，先寫 通訊寄存器，然后是寫設(shè)定寄存器，接著將采集信號輸入，隨后選擇工作模式，工作模式分 為定時發(fā)送和自報式兩種，定時發(fā)送將采集信號轉(zhuǎn)換為ASCII16進(jìn)制，并發(fā)往緩沖區(qū)；自報 式將采集信號轉(zhuǎn)換為ASSCI16進(jìn)制，并發(fā)往緩沖區(qū)，分析程序查詢DRDY信號，DRDY信號變 低后可寫入讀數(shù)據(jù)寄存器命令，如果這時DRDY仍為低電平，可以將本次采樣的16位結(jié)果分 兩次讀出，每次8位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程水文水資源數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括硬件，及與之匹配的分析程序，硬件部分包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的操作端、可控電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及與外部存儲器連接的接口芯片，和進(jìn)行采集信號的壓力變送器。其通過與其連接的投入式壓力變送器將采集信號傳輸給系統(tǒng)，再由系統(tǒng)將采集信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，加以分析，實現(xiàn)對水文水資源的實時監(jiān)控。本系統(tǒng)具有測量精度高、測點多、價格低廉、實用性強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定的特點，可滿足環(huán)境復(fù)雜的水文現(xiàn)場生產(chǎn)需要，其不僅能夠記錄、傳輸數(shù)據(jù)，而且能對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化管理，將各種數(shù)據(jù)信息按照使用者的要求進(jìn)行處理，進(jìn)一步的滿足測量要求。
文檔編號G05B19/042GK101782387SQ20091011345
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者努爾買買提, 張立杰, 程志江, 閆學(xué)勤, 陳志軍 申請人:新疆大學(xué)