基于單片機(jī)的兩點(diǎn)投入式汛情預(yù)警系統(tǒng)

馬光宇

摘要：近年來(lái)由于氣候的急劇惡化，全球的天氣變得極端無(wú)常。在國(guó)內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)洪澇災(zāi)害。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，美國(guó)首先提出運(yùn)用現(xiàn)代化的管理手段和非工程性防洪措施盡可能減少災(zāi)害引起的損失和危害。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)即為非工程性防洪措施中重要的研究對(duì)象之一。基于此，本次設(shè)計(jì)提出了一款汛情預(yù)警裝置。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);2.4GHZ無(wú)線;水位傳感器;水位檢測(cè);汛情預(yù)警

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)提出了一款簡(jiǎn)單易用、輕便易攜的汛情預(yù)警系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有以下功能：一、檢測(cè)端采用兩個(gè)高精度投入式水位檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)采集兩個(gè)點(diǎn)的水位數(shù)據(jù);二、后臺(tái)接收端和檢測(cè)端分離，能通過(guò)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)地將檢測(cè)端采集的水位數(shù)據(jù)傳回后臺(tái)檢測(cè)端并通過(guò)智能數(shù)顯儀顯示;三、后臺(tái)接收端配備有聲光報(bào)警模塊和GSM短信模塊，當(dāng)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的水位在短時(shí)間內(nèi)快速上升或任一水位達(dá)到警戒值時(shí)則立刻驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警模塊并發(fā)送預(yù)警短信。

2.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，集成ROM 4K字節(jié)和RAM 256字節(jié)，具有EEPROM功能，理論上工作頻率為0～40MHz，正常工作頻率能達(dá)到48MHz，所以最終選擇了STC89C52單片機(jī)作為接收端的處理器。由于前端的檢測(cè)部分是需要用到AD采集功能，為了讓系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)完整的功能，本次設(shè)計(jì)最終決定選用STC12C5A60S2作為檢測(cè)端的處理器。

2.2液位傳感器

投入式液位傳感器，由于自身具有較大質(zhì)量，投入水中以后比較穩(wěn)定，不易上下浮動(dòng)，采用圓柱形外殼設(shè)計(jì)，消除傳統(tǒng)液位傳感器外部棱角對(duì)介質(zhì)流動(dòng)的干擾，防止介質(zhì)波動(dòng)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，抗干擾性強(qiáng)。投入式傳感器輸出信號(hào)多樣，同時(shí)采用高質(zhì)量集成電路板，具有高精度性、高穩(wěn)定性，適用多種測(cè)量環(huán)境，所以投入式液位傳感器非常適合用于本設(shè)計(jì)。

2.3顯示屏幕

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，接收端只有一個(gè)單片機(jī)，如果采用LED數(shù)碼管進(jìn)行靜態(tài)顯示，則面臨I/O口不足的問(wèn)題，而LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示又存在比較大的編程難度。而LCD1602可以同時(shí)顯示32個(gè)字符，具有更好的易用性。編程使用都比考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)的操作性，我決定采取LCD1602作為本設(shè)計(jì)的顯示屏幕。

2.4短信模塊

GPRS A6mini是有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的GSM模塊，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，支持語(yǔ)音通話、SMS短信、移動(dòng)和聯(lián)通2G等功能。尺寸大小為22.8mm×16.8mm×2.2mm;工作電壓在3.5V～4.2V之間;協(xié)議的串口復(fù)用功能支持2個(gè)串口，一個(gè)下載串口，一個(gè)AT命令口;單片機(jī)可以通過(guò)RS232串口與GPRS模塊相連，通過(guò)AT指令控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)各種基于GSM的通信功能。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

檢測(cè)端給單片機(jī)上電后，單片機(jī)就在晶振的頻率下開(kāi)始運(yùn)行，運(yùn)行程序從main（）函數(shù)開(kāi)始。首先要初始化程序，其中初始化包括了各個(gè)端口的初始化、AD轉(zhuǎn)化口的配置和無(wú)線模塊的初始化。初始化完畢后就進(jìn)入到循環(huán)體，判斷AD采集口是否采集成功，如果是則將采集到的水位數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端并等待發(fā)送完畢，如果不是則進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

同樣的接收端在上電后也是進(jìn)行初始化操作，但是接收端需要在初始化顯示器后再在顯示器上顯示預(yù)顯示的內(nèi)容，這樣做可以減少主循環(huán)中程序的復(fù)雜度。程序初始化完畢后進(jìn)入到主循環(huán)，主循環(huán)主要進(jìn)行等待無(wú)線模塊數(shù)據(jù)的接收。接收到無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，就將數(shù)據(jù)解析并顯示在顯示器上，然后判斷兩個(gè)水位值中是否有任何一個(gè)大于上限值或者在短時(shí)間內(nèi)水位值是否快速上升，如果是則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器警報(bào)和GSM發(fā)送預(yù)警信息;如果不是則關(guān)閉蜂鳴器。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

4.1設(shè)計(jì)各模塊介紹

本設(shè)計(jì)檢測(cè)端主要模塊有：

1.LM1117-3.3穩(wěn)壓模塊;2.AD采集口;3.NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊;4.STC12C5A60S2單片機(jī)。

本設(shè)計(jì)接收端主要模塊有：

1.LCD1602液晶顯示屏;2.STC89C52單片機(jī);3.NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊;4.LED燈;5.按鍵模塊;6.A6MINI短息模塊;7.蜂鳴器。

4.2KEIL調(diào)試

KEIL這個(gè)軟件是在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中是必然會(huì)被使用到的，其具有軟件編譯功能和調(diào)試功能。其最為強(qiáng)大的就是其模擬調(diào)試功能，可以在調(diào)試過(guò)程中調(diào)出各個(gè)界面，來(lái)查看單片機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)各個(gè)寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)、各個(gè)引腳高低電平狀態(tài)等參數(shù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)具有小巧靈活、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，可以投入到武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援行動(dòng)中去。本次設(shè)計(jì)的兩點(diǎn)投入式汛情預(yù)警系統(tǒng)的投入使用，不僅可以有效緩解武警部隊(duì)任務(wù)需求巨大和人員編制緊張的矛盾，而且將會(huì)大大提高汛情預(yù)測(cè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，從而更好地維護(hù)國(guó)家社會(huì)的穩(wěn)定，保證人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此本設(shè)計(jì)具有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。