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引言 隨著(zhù)水資源越來(lái)越緊缺，生態(tài)水文的建設也越來(lái)越受到重視。水情測報是水文信息化基礎項目之一，也是生態(tài)水文建設的一個(gè)重要環(huán)節。它通過(guò)現場(chǎng)傳感器采集到的水位、雨量、流速等信息，利用無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)通信方式，在監測中心站實(shí)現對現場(chǎng)水情狀況的實(shí)時(shí)監測。水情遙測終端(RTU)在水情測報中起著(zhù)及其重要的作用，性能穩定可靠、低功耗、功能完善、通用性強的水情遙測終端，才能滿(mǎn)足水文信息化、生態(tài)水文建設對水情信息采集的要求。 在現有的水情測報RTU產(chǎn)品中，比較多的是用單片機系統來(lái)實(shí)現，也有一些是采用基于ARM和μCOS操作系統來(lái)實(shí)現的，但存在系統性能不穩定、功耗過(guò)高、通用性不強、可靠性不強等缺陷。本文采用AT89S8252芯片設計了一款功耗低、性能穩定可靠、通用性強的水情測報遙測終端，在水情自動(dòng)測報站點(diǎn)中的使用達到水文信息化的技術(shù)要求。 1 系統總體設計 系統在硬件電路設計采用主從結構，即：主模塊(RTU)滿(mǎn)足水情測報終端的基本功能要求；從模塊是基于不同水情測站的技術(shù)要求而擴展的一些功能模塊，從而提高了RTU擴展靈活性和通用性。 2 硬件設計 低功耗水情遙測終端采用AT89S8252芯片，它帶有8K的FLASH和2K的EEPROM。硬件邏輯結構上由水位接口電路、雨量接口電路、電源電路、編程器電路、通信接121電路(RS485、RS232和超短波電臺電路)、片選電路、看門(mén)狗以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路組成。硬件邏輯結構圖如圖1所示。 系統采用浮子式WFH-2型全量機械編碼水位計和翻斗式JDZ-05型雨量計，水位接口電路和雨量接121電路分別與它們相匹配。 
圖1 硬件結構圖 2．1電源電路設計 為實(shí)現系統低功耗功能，在電源電路上分為值守電源電路和受控電源電路進(jìn)行設計。 值守電源電路向WDT、RTC、雨量接口電路以及CPU供電；受控電源電路向通信接口電路(RS485、RS232和超短波電臺電路)、片選電路及水位接口電路供電。 遙測終端在值守狀態(tài)下，CPU處于掉電工作模式，只有WDT、RTC以及雨量接口電路處于工作狀態(tài)，其它外圍電路部分處于斷電狀態(tài)，此時(shí)數傳終端的值守電流 2．2通信接口電路設計 根據目前水情測報的技術(shù)要求．以及未來(lái)發(fā)展趨勢，在RTU上設計了RS485、RS232、超短波電臺=三種通信接口。從模塊通過(guò)這三種通信接口與RTU進(jìn)行通信。實(shí)現了RTU的靈活擴展和通用性增強。 通過(guò)RS485可以?huà)旖右恍┧椴杉?lèi)模塊等；通過(guò)RS232可以和自由串口類(lèi)模塊進(jìn)行通信(比如GPRS、GSM、無(wú)線(xiàn)射頻模塊等)，使RTU滿(mǎn)足不同通信要求的應用；超短波電臺通信方式目前還使用比較廣泛，所以單獨設計超短波電臺接口電路，以滿(mǎn)足在使用超短波電臺發(fā)送數據的地區使用。 由于A(yíng)T89S8252芯片只有一個(gè)UART口，所以在三種通信接口前增加了一個(gè)片選電路，通過(guò)片選電路來(lái)實(shí)現三種通信方式的不同應用場(chǎng)合，增加了RTU使用的靈活性。 2．3編程器電路設計 鍵盤(pán)以及顯示電路都設計在編程器電路中，以從模塊的結構方式和RTU進(jìn)行通信。系統設置的參數存儲在A(yíng)T89S8252芯片的2K的EEPROM中。編程器也通過(guò)片選電路和RTU通信，采用串口通信方式。編程器通過(guò)握手信號使RTU從掉電模式進(jìn)入工作模式，從而實(shí)現對RTU進(jìn)行參數設置、數據顯示、發(fā)送數據等功能。 3 軟件設計 RTu低功耗的特性，主要通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現，軟件流程圖如圖2所示。
圖2軟件流程圖 RTU平時(shí)工作在掉電模式，通過(guò)外部中斷方式喚醒進(jìn)人工作狀態(tài)。AT89S8252CPU的中斷0分配給雨量電路，中斷1分配給RTC。 雨量接口電路信號中斷喚醒CPU，使R11J進(jìn)入工作狀態(tài)，發(fā)送完雨量信號后立即又使BTU進(jìn)人值守狀態(tài)。 RTC每秒中斷一次喚醒CPU，使CPU進(jìn)入工作模式，判別是否有編程器握手信號，若有則通過(guò)串口和編程器通信：1．參數設置模式時(shí)，受控電源電路關(guān)閉，外圍電路不工作，僅僅只有編程器和CPU通信進(jìn)行參數設置；2發(fā)送、顯示數據模式時(shí)，受控電源電路開(kāi)啟．RTU進(jìn)入工作狀態(tài)，采集水情參數并通過(guò)串口發(fā)送到編程器上顯示并發(fā)送到上位機。然后判別系統定時(shí)工作時(shí)間是否到達，若到達則開(kāi)啟受控電源電路，RTU進(jìn)入工作狀態(tài)。 4 結束語(yǔ) 本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)：設計了受控電源電路，實(shí)現了水情遙測終端的低功耗，穩定性可靠；設計了RS485、RS232、超短波電臺j=種通信接I=1，實(shí)現了RTU的靈活擴展和通用性增強，滿(mǎn)足了不同通訊方式的應用場(chǎng)合。 建湖水情自動(dòng)測報項目采用該RTU，在實(shí)際的運用中，取得了良好的效果。該水情自動(dòng)測報項目中給該RTU配備的蓄電池為100Ah，太陽(yáng)能為15W，采用超短波通信方式進(jìn)行數據傳輸。在值守狀態(tài)下RTU值守電流 低功耗水情遙測終端的研制，完全滿(mǎn)足目前水情自動(dòng)測報的技術(shù)要求，該水情遙測終端已經(jīng)應用于江蘇、廣東、福建等一些水利部門(mén)和水庫的綜合項目中．系統性能可靠穩定，在這些綜合項目中發(fā)揮著(zhù)應有的作用，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益已達百萬(wàn)元之多。由于其功耗低和擴展的靈活性，在未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展下也有著(zhù)廣闊的應用前景。 作者：江偉國 來(lái)源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第6-2期 |
