低功耗嵌入式水情遙測終端的設計
發布時間：2010-3-26 15:20
發布者：我芯依舊
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引言 隨著水資源越來越緊缺，生態水文的建設也越來越受到重視。水情測報是水文信息化基礎項目之一，也是生態水文建設的一個重要環節。它通過現場傳感器采集到的水位、雨量、流速等信息，利用無線或有線通信方式，在監測中心站實現對現場水情狀況的實時監測。水情遙測終端(RTU)在水情測報中起著及其重要的作用，性能穩定可靠、低功耗、功能完善、通用性強的水情遙測終端，才能滿足水文信息化、生態水文建設對水情信息采集的要求。 在現有的水情測報RTU產品中，比較多的是用單片機系統來實現，也有一些是采用基于ARM和μCOS操作系統來實現的，但存在系統性能不穩定、功耗過高、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，在水情自動測報站點中的使用達到水文信息化的技術要求。 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、看門狗以及實時時鐘電路組成。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，其它外圍電路部分處于斷電狀態，此時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要求．以及未來發展趨勢，在RTU上設計了RS485、RS232、超短波電臺=三種通信接口。從模塊通過這三種通信接口與RTU進行通信。實現了RTU的靈活擴展和通用性增強。 通過RS485可以掛接一些水情采集類模塊等；通過RS232可以和自由串口類模塊進行通信(比如GPRS、GSM、無線射頻模塊等)，使RTU滿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，以滿足在使用超短波電臺發送數據的地區使用。 由于AT89S8252芯片只有一個UART口，所以在三種通信接口前增加了一個片選電路，通過片選電路來實現三種通信方式的不同應用場合，增加了RTU使用的靈活性。 2．3編程器電路設計 鍵盤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進行通信。系統設置的參數存儲在AT89S8252芯片的2K的EEPROM中。編程器也通過片選電路和RTU通信，采用串口通信方式。編程器通過握手信號使RTU從掉電模式進入工作模式，從而實現對RTU進行參數設置、數據顯示、發送數據等功能。 3 軟件設計 RTu低功耗的特性，主要通過軟件控制來實現，軟件流程圖如圖2所示。
圖2軟件流程圖 RTU平時工作在掉電模式，通過外部中斷方式喚醒進人工作狀態。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進入工作狀態，發送完雨量信號后立即又使BTU進人值守狀態。 RTC每秒中斷一次喚醒CPU，使CPU進入工作模式，判別是否有編程器握手信號，若有則通過串口和編程器通信：1．參數設置模式時，受控電源電路關閉，外圍電路不工作，僅僅只有編程器和CPU通信進行參數設置；2發送、顯示數據模式時，受控電源電路開啟．RTU進入工作狀態，采集水情參數并通過串口發送到編程器上顯示并發送到上位機。然后判別系統定時工作時間是否到達，若到達則開啟受控電源電路，RTU進入工作狀態。 4 結束語 本文作者的創新點：設計了受控電源電路，實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，實現了RTU的靈活擴展和通用性增強，滿足了不同通訊方式的應用場合。 建湖水情自動測報項目采用該RTU，在實際的運用中，取得了良好的效果。該水情自動測報項目中給該RTU配備的蓄電池為100Ah，太陽能為15W，采用超短波通信方式進行數據傳輸。在值守狀態下RTU值守電流 低功耗水情遙測終端的研制，完全滿足目前水情自動測報的技術要求，該水情遙測終端已經應用于江蘇、廣東、福建等一些水利部門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揮著應有的作用，產生的經濟效益已達百萬元之多。由于其功耗低和擴展的靈活性，在未來的無線通信技術發展下也有著廣闊的應用前景。 作者：江偉國 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第6-2期 |
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