智能水位监测系统控制电路的设计

｜工科技２０１　２年第３期　技术创新　智能水位监测系统控制电路的设计　张慧宁　朱海英　黄河水利职业技术学院自动化工程系摘要４７５００４河南开封　根据水情实时自动控制水利设备的需要，本文在智能水位监测系统中设计了语音控制电路和水利设备控制电路　监控仪　实时采集到水情信息后自动分析当前水情的状况，并根据上下限自动调控水利设备：当水文数据超过设定的上限、下限可进行声光报　警，通过上下限设定，控制仪根据水位或流速情况自动控制闸门电机转动　关键词语音控制电路水利设备控制电路实时监控　水文监控系统有现场和远程自动控制两类。控制可分为手工控制　和自动控制、半自动控制等，主要是对重要的闸门等的控制。本监控　系统的现场终端监控仪采用的处理器是ＳＴＣ单片机。系统处理速度　快，响应及时，任一时间发生超限事件都可以在３秒内上达管理者，　ＲＳ４８５模块接口：水文监控仪测量终端采用ＲＳ一４８５现场总线的结　构方式。水利设备采集的水文数据通过ＲＳ４８５模块转换为物理链路层　数据流，微控制器发送的命令也通过ＲＳ４８５模块输出给水利设备　ＲＳ４８５模块的电路原理如图３。　控制命令在实时得到执行。智能化系统在上传数据的同时如果发现可　疑（超限）情况，自动声／光报警。危险水文上限、下限数据可以由　使用者根据现场的实际需要通过网络或者监控仪自带键盘没定或修　改　监控系统根据设定的上下限智能判断。水文自动测控是为了满足　水利设备控制自动化建设的要求，进行实时的水文信息测报和自动控　制水利设备的建设是水文现代化建设的重要组成部分。　１　系统的总体构成　本监控仪用于检测水电站的水位高度（通过液位传感器传输的模　拟信号），根据设定的上下限进行报警和对闸门电机的控制并通过　图３　ＲＳ４８５模块电路原理图　转ＲＳ２３２串口模块设计：该接口模块采用ＮｅＰｏｒｔ—ＥＮ嵌入式设备　联网服务器，ＮｅＰｏｒｔ同时提供ＲＳ２３２／４２２／４８５接口可与任何串口设备　连接，也可以模拟ＭＯＤＥＮ可使目前已存在的网络应用设备与ＩＰ网络　连接。通常将它与设备内部的带有串行接口器件相联（ＭＣＵ、ＤＳＰ），　以便将本地串口、１０的数据与局域网／互联网相联接，实现设备到设　备（Ｍ２Ｍ）的数据服务。　ＴＣＰ／ＩＰ上传到主机。监控仪利用Ａ／Ｄ模块进行检测水位高度，利用　ＴＣＰ／ＩＰ模块走ＭＯＤＢＵＳ工业总线协议与主机电脑进行通信传输水文　情况和接收上下限设置命令。利用ＬＣＤ显示、声音、键盘输入模块　进行人机交互。系统原理框图如图ｌ所示。本监控系统的硬件电路包　括主控电路、数据采集前端电路、键盘、显示屏控制、流量检测电　路、ＴＣＰ／ＩＰ转ＲＳ２３２电路、抗干扰电路等．　．［至　ｒＬ＿Ｉ　——～］　…～ｌ＿卜［夏至　］　—　｝隶位监控仅ｌＬ　］　　Ｉ＝＝＝＝＝＿二＝＝：二＝　　　壤小糸缝ｆ—二　！　…～——／‘　…．　＝＝：…　　Ｉｒ—　ＬＣＤ醴　雄城　ｉ　　ｉ二＝＝：一／　图４　ＴＣＰ４￣ＲＳ２３２串口模块电路图　　ｆ焉　二＿：　　一～］　＼二二　二二　　！一一　一。一　！　一……　１　图Ｉ系统原理框图　３控制电路设计　２硬件设计与实现　（１）数据采集模块。该模块使用的是收ＴＬＣ１５４９的具有串行控　制、１（）位、开关电容、逐次逼近模数转换器。ＴＬＣ１５４９的三个控制　管啷与单片机Ｐｌ口的Ｐ１．５（数字信号的输出端）、Ｐ１．７（时钟）、　Ｐ１　６（片选）三个通用Ｉ／０相连，构成串行接口，由单片机内部程序　产生时钟，控制单片机与ＴＬＣ１５４９的数据传送。　（１）语音录放模块电路。本监控仪提供语音播放功能，当出现　某个水文信息超过设定的上限或下限时，监控仪将自动控制闸门电机　的运转，同时启动语音播放系统，进行广播告警。系统采用　ＩＳＤ４００３录放芯片。ＩＳＤ４００３单片录放音时间４至８分钟，音质好，该　器件将声音以原始的模拟形式直接存储片内的ＥＥＰＲＯＭ存储器中，不　需要进行Ａ／Ｄ转换盒压缩处理，这样可大大提高录放质量，并且具有　抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、不需要专用的开发工具、　能随意修改内容和低功耗等优点。但是该器件的音频信号的输出功率　很小，不能够直接驱动扬声器工作。因此，本系统中增加了音频功率　放大单元，设计中采用了ＬＭ４８６。　图２单片机与ＴＬＣ１５４９的接０　。　一　士　。ｒ　　　。一　：　（２）采集端口的设计。本监控仪中ＴｃＰ／ＩＰ转换模块是将计算机　（主机）通过ｍｏｄｂｕｓ总线协议与控制器连接的桥梁，实际上是完成　计算机串口电平到单片机ＲＳ２３２电平的转换电平，而本监控仪有　ＲＳ４８５连接端口，及支持有ＲＳ４８５接口的采集模块。若采用这些端口　和采集模块连接进行其它水文信息的采集，需要将ＲＳ４８５转换　ＲＳ２３２模块　¨｝　＋　图５语音电路　由于该器件送出的信号直流分量直接加载ＬＭ４８６上，会使它饱　和，所以；ｉｆ￣ＬＭ４８６的输入端增加一个０．１ＵＦ的耦合电容，（转１８４页）　职业教育　南Ｊ　科技２０１　２年第３期　与编排要考虑学员的健康水平、体能与技能、接受能力、身体素质　等，从而使其跟上教学节奏并完成教学内容。③提高心率原则。有氧　练习的主要任务是提高心肺功能，改善心血管系统，因此要求练习者　的心率达到一定的目标范围。④合理搭配和连接原则。根据人体生理　解剖结构，动作搭配科学合理、衔接自然流畅　。⑤运动负荷合理性　原则。有氧健身课的目的是增强体质、增进健康，促进机体全面发　展，因此训练负荷合理化是最重要的。有效的负荷是每次ｌ小时为　宜，１小时后，脂肪消耗比例比前１小时减少，同时机体会因疲劳而增　加运动损伤的机率。运动负荷可用运动时的心率来确定，最高极限心　率应是：２２０次／分一年龄＝最高极限心率　。⑥音乐选择的准确性原　则。音乐是健美操的灵魂。其形式繁多，但必须符合动作的性质和要　业突出、综合素质高、富有感染力的教练员才会得到广大健身者的喜　爱。教练员本身要不断努力完善教学艺术和设计编排，丰富理论知识　和充分发挥自身的独特魅力才能适应我国健身事业的发展，从而促进　大众健身的普及与发展。　（２）建议。健身教练员在教学上除对动作认真剖析外，还应在　日常工作中认真观察学员的差异，做到因人而异、区剐对待，针对不　同学对象用不同的教学方式。如：对素质好的学员要提高要求和目　标，激发学员锻炼的信心和热情；对新的学员悉心指导和多用激发性　的语言，并对其取得的进步进行肯定。认真与学员交流，了解、掌握　学员的思想状况使他们因感受到关怀而努力的去了解授课意图。要不　断提高理论水平，将所学的知识灵活运用到实践中去；学习新的技术　并创新，才能在健身事业中处于不败之地。另外，健身教练员在健身　的范围内要忠实地为顾客服务，以赢得顾客的信任．从而成为真正成　功的健身操教练员。　参考文献　ｌ１杜万庆，杨红当前群众健身存在的问题与对策Ｕ】成都体育学院　１１学报，２００６，３２（１）：５８—６０　【２］姜秀芝，王盛国．论健美操教学的文化创新『Ｊ】＿体育学刊，２００６　１３（４）：１０４—１０６　求　。合理的音乐不仅会使课堂气氛生动有趣，还使学员通过音乐的　旋律亲自去感受音乐内在情感与精神。　４．３独特的艺术风格　在健美操教学中如何运用声音语言和肢体语言，是优秀教练员的　重要表现之一。声音语言是指导员在教学中运用口令、提示等方式进　行健美操教学活动。在领操过程中，优秀的健美操指导员常用一些积　极、鼓励、提示性的语言，使课堂气氛保持愉快，使学员更加积极、　自信。肢体语言是指用部分、整个身体或面部表情来表达思想和传递　信息。肢体语言一般与声音语言相结合，肢体语言用于引起学员的注　意力，帮助声音语言的表达，增强教练员的说服力与感染力。上课过　程不仅是认知过程，还是情感表达的过程。　５结论与建议　［３１国家体育总局办公厅健身健美操教练员指导员培训教材　［Ｍ】２（）０５（１）：５８—５９　５４ｌ健美操运动概述　：　Ｃｊ：￡　：￡　【５】刘金娣音乐…健美操教学效果的关键ｌ　Ｊ】ｌ北京体育大学学报，　２００５（４）：５３２—５３４　（收稿日期：２０１２－０２—０３）　（１）结论。现贺州市健身指导员多为有偿指导，这是市场经济　体制的必然结果，这对提高健身指导员的积极性有一定的促进作用。　随着国民健身意识的提高健美操教练员越来越受社会的关注，只有专　（接１０７页）用于隔断直流。在音频放大模块ＬＭ４８６的Ｖｏｕｔ端接一个　８欧姆的扬声器就可以清楚地昕到语音播放的内容了。　该芯片提供了７种工作模式，使用方便、编程简单。在１Ｓｔ）／ＳＤＯ　最高位地址都为高电平时，地址端就作为操作模式选择端（高电平有　效）。所有操作模式下的操作都是从０地址开始，以后的操作根据模　式的不同，而相应的地址开始工作，当电路中录音转放音或进入省电　状态时，地址计数器复位为０。操作模式不加锁定，可以在　ＳＤＩ／ＳＤＯ地址位为高电平时，ＣＥ电平变低的任何时间执行操作模式　操作。如果下一片选周期ＭＳＢ地址位中有一个（或两个）变为低电　平，则执行信息地址，从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状　态丢失。在分段录音应用方面，只要在分段录放音操作前赋值，录音　及放音功能均从设定的起始位置开始，录音结束由停止键操作决定，　芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（ＥＯＭ），而放音时　芯片遇￣ＩＪＥＯＭ标志即自动停止放音。　图７继电器控制电路　（２）水利设备控制电路。当水位数据超过上限时，控制仪通过　继电器电路来控制外接的闸门电机运转状态。由于外界系统情况非　常复杂，为了保证系统工作稳定可靠，主控电路需要和外界被控设备　隔离，以实现输入与输出之间的电隔离，本监控仪中选用高速的光耦　ＴＬＰ５２１，通过光耦将信号隔离，这样就可以彻底消除共模电压的影　响。光耦隔离电路如图６所示，继电器接口电路如图７所示。　４结束语　准确及时的采集实时水文信息，并根据实际需要自动控制水利设　备运行的自动监控系统，有利于减少工作强度、提高安全性。同时，　对于水库工程的调度运用，保障工农业生产、合理开发利用水资源等　方面都具有十分重要的意义。　参考文献　ｌ１＿孟祥锦水情测报系统数据采集和传输的设计及研究Ｕ　Ｊｌ四川：四川　大学，２００６　ｆ２】光电耦合器在数字开关电源中的应用，网，３￣ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．１８ｉｃ　ｃｏｍ　【３］严一岩，李卫华，杨林武．ＩＳＤ４００３语音录放电路及通用开发板的应　用，器件与元件・语音电路专栏　【４】姚金生元器件ｌＭ］北京：电子工业出版社，２００４　［５】张毅自动检测技术及仪表控制系统［Ｍ］北京：化学工业出版社，　２００４　’　作者简介图６光耦隔离电路　张慧宁（１９８１一）。女，黄河水利职业技术学院自动化　（收稿日期：２０１２－０２—０６）　工程系助教。研究方向：建筑电气工程技术。