基于STC单片机的智能远程水塔集群监控系统设计

　　农村集中供水是当前国家为解决农村生活用水问题的一项重大政策，它直接关系到居民生活用水安全。集中供水具有效率高、便于管理等优点。但是，由于供水范围扩大，用户增多，对水塔的供水能力提出了更高的要求。为充分利用现有水塔和保障供水，一个集中供水点有多个水塔对居民进行供水，而且多个水塔之间距离较远，这给人工水塔监控带来不便。为了及时可靠地对集群水塔进行监控和管理，研究针对具有4个水塔的集中供水点设计了基于STC单片机的远程水塔集群监控系统[1-5]。
　　1系统总体方案介绍
　　远程水塔集群监控系统包括底层硬件系统和上位机监控软件两部分。远程水塔集群监控系统结构如图1所示。远程水塔集群监控系统采用433MHz的无线数传模块进行水位数据和控制信号的传输。4个水塔距监控中心的距离从100m到3km不等，为保证数据传输的可靠性，系统全部采用传输距离为4km的无线数传模块。每个水塔检测点能完成对水位高度的检测以及对水泵和阀门的控制功能，检测点将检测到的水位数据传输到主处理器中。主处理器通过串行端口与监控中心PC机进行通信，将采集到的水位数据传输给上位机人机监控软件。监控软件通过判断当前该水塔的水位状态，适时下发控制命令对该水塔的水泵和阀门进行控制。
　　2硬件系统设计
　　2.1监控中心硬件电路组成框图设计
　　监控中心电路主要负责采集各个水塔检测点的水位数据，并将数据发送到监控中心PC机上，然后适时接收监控中心PC机下发的控制命令，并将命令转发到水塔检测点控制水塔的水泵和阀门。如图2所示，监控中心硬件电路由电源模块、STC单片机处理器、433MHz无线数传模块、串口模块以及工作指示模块等组成。
　　监控中心硬件电路的核心处理器采用的是STC12C5A32S2单片机，该单片机具有增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍，具有双串口和硬件看门狗。电源模块将从电源适配器输入的12V直流电转换成5V的直流电，给整个监控中心硬件电路提供稳定可靠的电源，以保证监控中心长期稳定工作。无线数据模块用来收发无线数据，通过串口与处理器进行数据交换，将采集到的数据送到处理器中，并将处理器下发的命令发送出去。处理器的一个串口供无线模块连接，另外一个串口与串口模块连接。通过串口模块将监控中心PC机和单片机处理器连接起来进行数据交换。工作指示模块由电源指示灯、信号指示灯以及蜂鸣器组成，用来指示当前的工作状态。当无线通信模块能正常与各个水塔检测点通信时，信号指示灯亮，蜂鸣器用来提示水塔缺水信息。
　　2.2水塔检测点硬件设计
　　水塔检测点硬件系统主要包括单片机处理器、无线模块、控制模块、水位检测模块和电源模块等。
　　2.2.1电源模块电路检测装置一般安装在水塔顶部，其电源模块采用AC220V供电，为避免发生感应雷击造成电路毁坏，在电源模块电路中电流经过变压器前加入了一个TVS二极管，来防止一定的雷击和浪涌，同时为进一步保护整个电源模块电路，整流桥前再次加入一个TVS二极管，其为整个电路的稳定提供了保障。电源模块电路如图3所示。
　　2.2.2水位检测模块电路水位检测模块采用的是超声波传感器模块来进行水位高度的检测，通过I/O触发测距方式，给至少10μs的高电平信号，模块自动发送8个40kHz的方波，超声波模块自动将测得的当前液面距探头的距离数据发送给单片机处理器，处理器即可根据总蓄水高度计算出当前水位高度，计算如下：h=H-（t×v）/2。式中，h为当前水位高度；H为总蓄水高度；t为高电平持续时间，即超声波从发射到返回时间；v为声速，取340m/s；