一種基于單片機(jī)的水位監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龍文峰 袁夢(mèng)鑫

武警警官學(xué)院 四川 成都 610213

1 引言

自然災(zāi)害救援任務(wù)是部隊(duì)非常重要的任務(wù)之一,其中抗洪搶險(xiǎn)是發(fā)生最多且出動(dòng)最多的一項(xiàng)任務(wù)。那么提高抗洪搶險(xiǎn)的能力顯得極其重要,水位監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)λ贿M(jìn)行自動(dòng)顯示、監(jiān)測(cè)和報(bào)警,為預(yù)防水災(zāi)、及時(shí)進(jìn)行防汛決策提供大量可靠的數(shù)據(jù)資料,提高部隊(duì)?wèi)?yīng)急反應(yīng)和處置能力,目前,國(guó)內(nèi)許多水文監(jiān)測(cè)水位仍采用人工方法。該方法不但存在測(cè)量的人身安全問題,而且還存在數(shù)據(jù)測(cè)量難準(zhǔn)確、監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等問題,這會(huì)嚴(yán)重影響正常的工作效率。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)于水位預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求分析,系統(tǒng)除了要實(shí)現(xiàn)最基本的水位檢測(cè)功能外,還需要預(yù)警功能以和無線傳輸?shù)墓δ芗八婚撝翟O(shè)置功能。水位預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示:

如圖2-1所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,本系統(tǒng)主要包括水位檢測(cè)模塊、按鍵模塊、顯示模塊、無線模塊、報(bào)警模塊等。水位監(jiān)測(cè)模塊主要運(yùn)用超聲波傳感器對(duì)當(dāng)前水位進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給從機(jī)單片機(jī),完成數(shù)據(jù)的采集。按鍵模塊設(shè)定報(bào)警閾值,當(dāng)水位超出報(bào)警閾值時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào)。顯示模塊對(duì)監(jiān)測(cè)的水位以及水質(zhì)進(jìn)行數(shù)字顯示,并顯示當(dāng)前報(bào)警等級(jí)。無線模塊主要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳送和接收。系統(tǒng)的主要作用是將超聲波傳感器、濁度傳感器、光敏電阻采集到的信息經(jīng)過從機(jī)單片機(jī)先期處理后傳送給主機(jī),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。報(bào)警模塊經(jīng)過主機(jī)的分析計(jì)算之后,對(duì)接收的數(shù)據(jù)做出回應(yīng)。

圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 超聲波水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波傳感器,實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)距的功能,超聲波傳感器測(cè)量較精準(zhǔn),并且測(cè)量量程可達(dá)600cm。超聲波傳感器的TRIG和ECHO兩個(gè)引腳分別接單片機(jī)的P2.1口和P2.2口,VCC連接5V電源,GND連接水位預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的地。超聲波檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖3-1所示。

圖3-1 超聲波水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

水位預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用超聲波傳感器對(duì)水位是否超高進(jìn)行檢測(cè),超聲波傳感器檢測(cè)的原理是利用回聲探測(cè)的方法,超聲波發(fā)射器向需要檢測(cè)的物體的方向發(fā)送超聲波信號(hào),在信號(hào)發(fā)射完畢之后就會(huì)開始計(jì)時(shí),在檢測(cè)到被測(cè)物體時(shí)超聲波信號(hào)就會(huì)馬上反射回來,此時(shí)接收器就會(huì)停止計(jì)時(shí),由此實(shí)現(xiàn)距離的計(jì)算。

4 實(shí)物功能展示

水位預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的模塊有SX1278無線傳感器、超聲波傳感器、LCD1602液晶顯示屏、光敏傳感器、濁度傳感器、蜂鳴器報(bào)警模塊及按鍵模塊等。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖4-1所示。

圖4-1 系統(tǒng)實(shí)物展示

超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理。濁度傳感器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),并將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)將處理完的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送到顯示屏,顯示屏顯示當(dāng)前水位、水質(zhì)情況,蜂鳴器實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的報(bào)警,通過按鍵模塊可以調(diào)節(jié)報(bào)警水位的閾值。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于單片機(jī)的水位監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過程。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和水質(zhì)檢測(cè),通過設(shè)置報(bào)警水位閾值實(shí)現(xiàn)水位報(bào)警。本設(shè)計(jì)可有效節(jié)約人力和物力資源,在抗洪搶險(xiǎn)決策指揮中有著重要作用。