闸门开度荷重监控系统

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1、摘要闸门作为水利系统的核心机构，实现数字化、智能化、自动化己经变得十分迫切。 随着自动控制、通信及计算机技术的不断发展，把遥测遥控、通信及计算机技术应用于 闸门及水位等参量的自动测量、计算、控制和调节，就是水闸监控系统的主要内容和目 标。闸门开度荷重测控仪是一种用于现场测量、控制闸门开度及荷重的智能化仪表。老 式的闸门开度测量仪的测量精度低，可靠性差，并且，目前我国大多数的闸门控制系统， 都是将载荷监控与开度测控分开设计。本系统就是在这样的实际要求下，在认真研究了 国内外相关产品的优缺点的基础上，在整个设计过程中充分考虑到了用户的需求，设计 出的一套使用灵活、通用性强、自动化程度较高的闸门开度

2、荷重测控仪，使得设计出的 产品能应用于各种规模的水电站及水利系统。本文所述的闸门开度荷重测控仪是以单片机 AT89C52 为核心部件的工作系统，通过 C 语言编制的软件程序支持;对从传感器采集到的开度信号和荷重信号进行计算、判断处 理;人机交互主要由按键来完成;显示闸门的开度、载荷状态并在故障时报警;驱动继电 器工作;可以对闸门开度测控仪的各参数通过按键和汉字液晶显示器进行控制与管理; 并且该系统还可以和远程监控（PC机）之间进行通信，数据传输采用485总线，依靠自主 设计的通信协议来保证。具有很好的安全冗余度和良好的人机界面，实现了更高的智能 水平。结果表明:系统整体设计合理、性能可靠，实现

3、了预期的目标。关键词:闸门;单片机;开度;荷重;测控仪器AbstractAs the core part of water conservancy system,it becomes much important to achieve the digital,intelligence and automation of the gate.With the development of auto-control,telecommunication and computer technology,it has applied remote control and measurement, tele

4、communication and computer technology on the measurement,calculation,control and adjustment of the gates and water levels parameter in order to attain the main content and aim of this gate monitor system.The gates open degree monitor is an intelligent instrument mainly used in scene measuring,gates

5、open degree and load controlling.The traditional gates open degree monitor is bad in measurements accuracy and dependability.Whats more,it is common to measure and monitor was designed on the basis of clients,this monitor can be used in various scale water-electricity station for its flexible,wide a

6、daptation and high automotive degree.This gates open degree monitor is a system mainly bases on AT89C52,with the help of software of C.Through calculation of the open degree signal and load signal of the sensor,signal judging and treating,communication between people and system by key,this system ca

7、n display the state of open degree and load.It can alert when there are some problems,drive relay work,control and manage the various parameters of this monitor through key and LCD.It can also communicate with PC by 485 bus.This self design agreement assured the accuracy and security of this communi

8、cation.It has a perfect redundant degree and man-machine interface which is more intelligent than before.With the adjustment ,the result indicate:this design is reasonable and reliable.It has been made into production.Key Words: gate, Single-Chip Microcomputer, open degree, load value, measure and c

9、ontrol instrument目录摘要Abstractii第一章 绪 论 1.1 概述 - 1 -1.2 设计的主要内容- 2 -1.3 闸门开度荷重监控系统的国内外研究概况- 3 -第二章 总体方案的设计- 5 -2.1 闸门自动化控制系统结构- 5 -2.2 闸门开度荷重测控仪工作原理- 6 -2.3 总体方案- 6 -第三章 硬件系统设计 - 8 -3.1 整体设计思想- 8 -3.2 单片机的选择- 8 -3.3 荷重传感器的选择- 10 -3.4 荷重信号输入接口- 12 -3.5 系统调零、调满参数信号输入接口- 12 -3.6 A/D转换以及A/D转换模块TLC2543- 1

10、3 -3.7 旋转编码器接口电路- 15 -3.8 D/A转换及D/A转换模块MAX518- 16-3.9 V/I转换电路-18-3.10 继电器触发控制电路- 19-3.11 LED显示接口电路-20-3.12 键盘接口电路- 21-3.13 液晶显示接口- 22-3.13.1 液晶的选型- 22-3.13.2 液晶接口电路- 23-3.14 直流稳压电源的选用- 24-第四章 软件系统设计 - 26-4.1 系统主程序设计- 26-4.1.1 软件设计概述- 26-4.1.2 编程语言的选用- 27 -4.2 系统的程序- 27 -4.2.1 系统主程序- 27 -4.2.2 前向通道中的

11、数据采集子程序- 29 -4.3 系统仿真- 33 -第五章 毕业设计总结 -35-参考文献 -37-附 录- 39 -致 谢- 48 -第一章 绪 论1.1 概述水是人类的一种十分宝贵的资源，如果没有水，整个世界都将走向灭亡。现在很多 国家都在为水的再利用，开发和回收付出了大量的人力、物力和财力。中国河流众多， 水系庞大而复杂。全国大小河流总长42万km,流域面积在lOOOmk以上的河流有1500 多条，众多水系构成中国水力资源蛛网密布的格局。要合理的利用水资源，离不开对水资源的有效调度。在我们国家的一些大江、大河、 湖泊上，己经建立了一套有效的水资源调度系统，但在广大的中小江河、湖泊、水库

12、上， 水资源调度系统并未建立。对这些中小江河、湖泊、水库的水资源调度、监控，对于我 国水资源的合理利用，对于解决我国将来的水资源短缺问题具有更为重要的战略意义。 随着自动控制、通信及计算机技术的不断发展，把遥测遥控、通信及计算机技术应用于 闸门及水位等参量的自动测量、计算、控制和调节，就是水闸监控系统的主要内容和目 标。我国先后兴建了许多不同规模的水库与电站，因而闸门控制系统被广泛应用于水 利、水电建设。目前水闸自动化监控系统在全国的河流、水库上的应用还很少，应用水 平参差不齐。鉴于水资源在我国国民经济、人民群众生活中的重要性，对用来调度这些 水资源的闸门、水位数据进行全天候监控是完全必要的。

13、首先，可以实时跟踪、监控江河闸门开度、水位高度的数据，为合理调度水资源提 供第一手数据资料。根据闸门上、下游水位高度，以及闸门的当前开度，再根据水资源 调度的具体需求，从而确定出当前闸门的具体控制方案。上游水位高了，而此时上游的 用水量也呈现增长趋势，那么此时不要急于提升闸门，而要等到上游用水量需求趋减， 而下游需求呈现增加趋势时，则可以考虑提升闸门;当下降闸门时，情况与上述相反。因 此，通过闸门微机监控系统，可以及时掌握闸门、水位的实时数据，为水资源调度提供 第一手数据。其次，闸门微机监控系统在泄洪抗灾、水利发电等方面具有不可替代的作用。闸门 作为水利系统最基层的工程之一在防洪抗灾中扮演了重

14、要角色，除了满足水利部门的用 水需求外，在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发 挥了巨大的积极作用。为了进一步发挥泵站的综合利用效益，尽可能减少洪涝灾害的损 失，提高调度管理的决策水平，建设闸门综合自动化监控信息系统是必不可少的。由于闸门所处工作环境恶劣、电磁场噪声干扰大，使闸门的实时控制很难准确进行。 而其中载荷监控仪器是大中型水库、水电站中保证闸门安全运行的重要条件。同时，由 于水中杂物或机械故障造成闸门启闭机超载，会导致断缆、启闭机损坏等重大事故，若 在汛期发生会带来严重后果，因而可以说闸门启闭及载荷监控仪器是不可缺少的配套设 备。但是，仅有载荷监控是不够的，

15、闸门的开度测量仪器是提高整个系统灵活性的必要 条件，由于不同时期的水位不同或者不同操作的条件，系统所需的开度是多样化的，因 而闸门启闭机的开度测量仪器也是非常重要的配套设备。1.2 设计的主要内容本设计立足于单片机控制系统，运用先进的单片机芯片及外围扩展设备，设计具有 良好性能的集成电路，使最终研制的产品做到体积小、精度高、功能齐全、操作方便， 达到同类产品国内较先进的水平。该智能仪表的设计是在认真研究了国内外相关产品的 优缺点的基础上进行的，在整个设计过程中充分考虑到了用户的需求，力争将该测控仪 的设计达到最优。要求在产品设计时，要吸收现有产品的优点，同时将其不足之处的影响减少到最低， 不仅如此，我们还应该在不影响仪器先进性的前提下，尽虽提高产品的可移植性，提高 产品的适应性，最终使该仪器既可以作为一个独立的单片机控制系统，也可以与其他控 制器相连，共同组成智能化控制系统。本文将重点讨论以下儿个方面:1）系统总体方案的设计;2）闸门开度荷重测控仪的硬件电路研制;3）系统软件程序设计。该产品设计的主要技术性能及参数如下：1）测量范围：位移（开度）:099.99m；荷重：0400T；2）综合精度：位移（开度）：0.5cm；荷重：W0.5%F.S；3）有线遥测距离（传感器至显示仪）W2 km；4）LCD 汉字液晶显示器显示闸门开度、荷重、偏载