远程水文水资源数据采集处理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种远程水文水资源数据采集处理系统，包括硬件，及与之匹配的分析程序，硬件部分包括单片机，与单片机相连的操作端、可控电源、模数转换芯片、数据传输模块，以及与外部存储器连接的接口芯片，和进行采集信号的压力变送器。其通过与其连接的投入式压力变送器将采集信号传输给系统，再由系统将采集信号转化为数字信号，加以分析，实现对水文水资源的实时监控。本系统具有测量精度高、测点多、价格低廉、实用性强和抗干扰能力强、运行稳定的特点，可满足环境复杂的水文现场生产需要，其不仅能够记录、传输数据，而且能对数据进行智能化管理，将各种数据信息按照使用者的要求进行处理，进一步的满足测量要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种远程水文水资源数据采集处理系统。
技术介绍
水文监测过程中涉及到大量的模拟信号的采集，将这些信号进行高精确的采集测量，对于整个系统的正常运行起着决定性的作用。以测量深度为io米的投入式液位变送器为例，水文上通常要求其测量误差小于0. 5厘米，采用以前人工的手段，是根本不可能达到的，而结合现代微型计算机技术实现通用智能数据采集系统，将大量现场数据进行采集、处理、传输、存储与显示，则是很容易实现的。不仅如此，随着我国经济社会的发展，对水文信息不断提出新要求，水文观测项目和内容不断增加，对观测手段和方法以及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要求；现代电子技术、传感技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，也促进了水文监测技术自动化的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种测量精度、抗干扰能力强、成本较低、适合推广使用的高远程水文水资源数据采集处理系统。本专利技术的目的是这样实现的远程水文水资源数据采集处理系统包括硬件，及与之匹配的分析程序，硬件部分包括单片机，与单片机相连的操作端、可控电源、模数转换芯片，数据传输模块，以及与外部存储器连接的接口芯片，和进行采集信号的压力变送器。在操作端内安装分析程序。通过与系统连接的投入式压力变送器将采集信号传输给系统，再由系统将采集信号转化为数字信号，加以分析，实现对水文资源的实时监控。 本数据采集系统具有测量精度高、测点多、价格低廉、实用性强和抗干扰能力强的特点，可满足环境复杂的水文现场生产需要，其不仅能够记录、传输数据，而且能对数据进行智能化管理，将各种数据信息按照使用者的要求进行处理，进一步的满足测量要求。本系统长时间使用运行稳定，采集数据精度高，存储的数据量大。四附图说明本专利技术的具体结构由以下的附图和实施例给出 图1是远程水文水资源数据采集处理系统的框图； 图2是USB接口图； 图3是16路数据采集电路图； 图4是分析程序对采集信号处理的流程图。五具体实施例方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。 实施例如图1、3所示，远程水文水资源数据采集处理系统包括硬件，及与之匹配的分析程序。硬件部分包括单片机，与单片机相连的操作端、可控电源、模数转换芯片、数据传输模块，以及与外部存储器连接的接口芯片，和进行采集信号的压力变送器。模数转换芯片与之还连接有基准电源模块。在操作端内安装分析程序。 本系统的核心是单片机，优选STC89C58RD单片机，该MCU芯片是STC公司生产的一款新型的单片机，它不仅兼容89C51单片机，还增加了很多功能，包括其内部RAM区大，达到了 1280个字节，32K的FLASH供用户存储程序，还有16K的EEPR0M可以存储大量的关健数据，并且内部还集成了看门狗复位电路。这不仅使得下位系统结构简化，也大大降低了成本。 为了满足系统采集精度要求，系统采用了 16位的AD7715模数转换芯片和高精度的基准电源模块AD780与之配合，AD7715是美国ADI公司生产的16位模数转换器。它具有0. 0015%的非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点，适用于单通道低速小信号的采样应用。本设计要求较高精度的电压控制信号，位数达到16位，而单片机数据口只有8位，如果用单缓冲在水位测试系统中AD7715完全能满足系统要求的精度和速度。另外为了实现16路数据采集，设计了由两片ADG508多路转换开关电路，MAX232为数据传输模块，其与上位机的串行通信，以实现数据的有线或无线的传送。虽然AD7715输入采样电压范围是0-2. 5V的，但是通过反复测试，发现当输入电压在0. 5V以下时，读取的数字量误差较大，而在0. 5-2. 5V的电压测量范围时，其输出现行度比较理想。标准的液位压力变送器均为4-20mA的电流信号，因此只要在液位压力变送器输出端串行接入高精度的125电阻(0. 1% )，再进行数据采集，通过CPU的软件程序处理，即可实现与液位压力变送器量程相匹配的高精度液位参数采集读取。 模数转换芯片AD7715用于单端采样时的采出码为OOOOH-FFFFH之间的十六进制数。其中Pl.O为CLK信号输出，Pl. 1与DIN引脚相连，Pl. 2与D0UT引脚相连，P1. 3与DRDY相连，片选信号直接接地。 用于自动化监测的水位传感器主要采用投入式压力变送器等，只要能转换成标准的二次测信号的变送器和智能仪表均可以直接连接到本系统中，与数据传输模块相连接。 为了实现CPU能够在野外长期工作，借助蓄电池，利用洁净的太阳能，与单片机连接一个小功率的太阳能充电电源(充电功率《20W)。这样系统便可选择外接交流充电或太阳能电池板充电。同时具备蓄电池过充电和过放电保护功能。充电时，当蓄电池电压达到一阀值时，充电回路可自动关闭，避免蓄电池过充电，过放电保护是由于意外原因造成蓄电池充电不足或不能充电，设备耗电使蓄电池电量不断降低，当蓄电池过度放电会造成蓄电池永久损坏。本系统具有时刻监视蓄电池电压的功能，当其电压低于一阀值时，保护电路会关闭给负载的供电，从而保护蓄电池。 如图2所示，在水文监测系统中，常常需要对众多的水位点进行实时监测和历史数据的保存，并借助便携式大容量的存贮器进行历史的数据记录和保存，作为现场监测和宏观调控的依据。本系统为满足以上要求，在单片机上连接有接口芯片，优选CH375，其可保证外部读、存设备均可与本系统连接使用。 CH375是南京沁恒电子有限公司生产的 一 种USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。CH375还内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件，外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备(包括USB硬盘/USB闪存盘/U盘)。 如图4所示，在A/D转换器的分辨率和CPU的字长均已很高，测量算法已经较完善的情况下，电气测量的误差主要存在于变换器和模拟预处理电路环节中。互感器的误差具有非线性的性质，但在有效的要求范围内非线性度已经很低，在一定范围内可以认为是线性的，所以这两部分的误差主要由元器件参数和材料特性的离散性造成。由此分析可知，虽然通过完善硬件电路、精选元器件特性和利用可调元器件进行调整等方法可抵消误差，但需要较大的硬件开销、繁琐的参数测试和调试，显然不适合于批量生产，因此，本系统采用软件方法来补偿这些误差，既可使电度表的精度达到设计要求，又可避免利用硬件进行误差补偿所带来的弊端。 在操作端内安装分析程序。采样时，先写通讯寄存器，然后是写设定寄存器，接着将采集信号输入，随后选择工作模式，工作模式分为定时发送和自报式两种，定时发送将采集信号转换为ASCII16进制，并发往缓冲区；自报式将采集信号转换为ASSCI16进制，并发往缓冲区。分析程序查询DRDY信号，DRDY信号变低后可写入读数据寄存器命令，如果这时DRDY仍为低电平，可以将本次采样的16位结果分两次读出，每次8位。 以上技术特征构成了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远程水文水资源数据采集处理系统，其特征在于：远程水文水资源数据采集处理系统包括硬件，及与之匹配的分析程序，硬件部分包括单片机，与单片机相连的操作端、可控电源、模数转换芯片、数据传输模块，以及与外部存储器连接的接口芯片，和进行采集信号的压力变送器，在操作端内安装分析程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志军，张立杰，闫学勤，程志江，努尔买买提，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]