基于STC单片机的智能远程水塔集群监控系统设计(2)

　　2.2.3无线模块电路无线模块负责发送采集到的水位数据和接收来自监控中心的控制命令，具体电路如图4所示。
　　2.2.4控制模块电路控制模块电路如图5所示。主要用来对水泵和水塔阀门进行控制，控制模块提供的是干节点继电器输出，用来控制水泵和阀门。当单片机通过433MHz无线模块接收到水位测量信号后，通过单片机处理计算出当前水位高度，当水位测量值等于或小于水位的水池下限值时（此时单片机检测到的是低电平信号），单片机输出一个高电平（1为高电平）信号，经由无线模块发射信号去启动水泵工作，同时打开电磁阀门，使水池水位逐渐上升；当水位测量值等于水池上限值时，单片机输出一个高电平信号给PT2262编码器，通过433MHz无线模块发射信号去停止水泵工作。
　　为提高控制模块的可靠性，采用了非门集成电路和达林顿管集成电路两者结合的方式来驱动继电器工作，这一方面保护了处理器的I/O口，另一方面提高了对水泵和阀门控制的可靠性与稳定性。
　　3软件设计
　　整个集群监控系统软件包括上位机软件和下位机软件[6，7]。上位机软件负责对接收的数据进行分析、存储以及控制命令的下发；下位机软件负责驱动整个硬件系统进行数据的采集、传输和执行控制命令。
　　3.1通信协议设计
　　为提高系统的抗干扰性和避免无线数据的碰撞，上位机监控软件和下位机软件必须按照制定的通信协议进行通信。协议命令分为由上位机软件下发的命令和由下位机软件上传的命令，每条命令格式如表1所示。
　　协议命令采用字节型数据进行传输，每条协议命令共7个字节，其中BIT0为起始位，作为识别命令开始的标志，在本系统中用同一字节表示。BIT1为地址位，在系统中地址位分为广播地址和独立地址。广播地址为一个相同字节，而独立地址要分别为4个水塔分配不同的地址以示区别。通过广播地址可以对所有监控点同时进行控制，而独立地址则对每个监控点单独控制。BIT2为命令类型的区分位，上位机下发的命令类型分为控制命令、采集命令和设置命令3种。为区分不同的命令，需要根据不同的命令类型设置不同的字节。BIT3-BIT5为数据位，当由上位机下发控制命令时，可用来区分是对水泵的控制还是对阀门的控制；由下位机软件返回水位数据时，BIT3-BIT5则代表了水位数据，单位为cm。BIT6为校验位，为验证接收数据的正确性，通常按照一定的算法来校验所接收的数据。通过判断BIT6与算法计算出来的数据的一致性来判断数据接收的正确性。
　　在数据采集时，采用一问一答的方式进行，只有在上位机监控软件发出采集命令后，下位机软件通过识别正确的地址码和命令类型码才能执行采集数据任务并将数据发送到上位机监控软件。
　　3.2下位机软件设计
　　STC单片机驱动软件采用Keil开发环境进行开发，监控中心下位机软件主要是用来进行无线数据的中转，只透明传输数据，不对数据进行操作，不实现其他的控制功能，因而软件结构简单，在此不赘述。
　　水塔检测点下位机软件设计流程如图6所示，检测点硬件系统上电后自动进行初始化程序，然后等待无线模块传过来的命令。首先通过地址解析识别是否为本机地址，然后再解析命令类型，根据不同的命令类型来执行相应的命令。
　　3.3上位机软件设计
　　上位机监控软件采用界面友好、操作方便的VisualBasic.NET2008[8]软件进行开发。软件包括菜单栏、显示界面和状态栏3个部分。上位机监控软件实现对数据的采集、分析和处理，并能根据不同的需要通过自动和手动两种方式对各个水塔进行独立或整体控制[9]。软件的采样周期可调，将采集到的水位数据通过曲线和文本的方式显示在界面上并自动保存数据到数据库中，根据设置的水塔参数计算出每个水塔的每日用水量、每周用水量、每月用水量、每年用水量以及总用水量，同时将这些参数在软件界面上绘制成曲线图并将数据保存起来，以供调用查阅。软件运行界面如图7所示。
　　4结语