基于串口通信的河流模型水位测量系统的设计与实现

　　河流模型是为了研究河流水文特性,按实际河道参数比例缩小而建立的实验系统,水位测量是河流模型实验中必不可少的一个环节。现有水位测量系统多为单级控制形式,即采用工业板卡直接控制水位计测量并人工读取数据,控制往往由操作者的经验决定,且主要为单台测量模式,因而采样面窄、测量精度低、实时性差。笔者利用两级分散控制原理和一种新颖高效的多机通信方法,设计出了一个可以对16台水位计进行实时控制的水位测量系统,该系统由上位机(PC)和下位机(4台单片机)构成,通过在上下位机间进行串口通信,采集和传送实时水位数据,经计算机处理后可直接得到水位过程曲线,并能实现同步测量、异步测量等多种运行模式。于2002年6月投入长江科学院河流所长江安庆段河流实验模型使用以来,系统稳定可靠,控制精度和效果完全满足系统设计要求。

　　1　河流模型水位测量系统机电部分设计

　　河流模型水位测量系统结构原理图如图1所示。系统机电部分主要包括机械装置和控制硬件。

　　1·1　机械装置部分

　　系统的机械装置部分由分布于不同位置的功能相同的16台水位计组成,每台水位计主要包括电机、丝杠、光孔盘和探针等部分。测量过程中,步进电机驱动丝杠螺母机构带动探针上下移动,当探针接触水位时,丝杠转角唯一确定,可由安装在动力输出轴上的光码盘直接读出,通过转角检测电路反馈到单片机,换算后即可得到实时水位。

　　1·2　控制硬件部分

　　系统采用两级分散控制方式,用一台微机和四台单片机组成主从式集散控制系统,每台单片机控制4台水位计,可以实现对16台水位计进行实时控制。单片机采用万利公司的89C51B型单片机用户系统,该用户系统通过RS-232C串行接口和微机的COM1接口通讯,实现上下位机的信息传递。

　　2　系统上下位机串口通信的实现及其程序设计

　　河流模型水位测量系统运用了一种新颖高效的多机通信方法实现了上下位机间的RS-232C串口通信,为利于在Windows环境下进行串口操作,采用Visual C++ 6·0作为上位机的主要开发语言。

　　2·1　用一种新的多机通信方法实现系统上下位机间通信

　　PC机与8051通信串行帧信息包括: 1位起始位, 8位数据位, 1位可编程的第9位和1位停止位。上下位机间常用的通信方法是:初始化时各下位机的SM2均置为1,上位机先发送1条地址帧,并使第9位为1 (1表示地址信息, 0表示数据信息),所有的下位机均发生接收中断,并判断地址码是否与自己地址相符,相符者作出响应,置SM2为0,转为中断开放状态。上位机在送出地址帧后,紧接着送出数据帧(第9数据位为0),只有地址相符的下位机(SM2为0)才能收到,其余下位机(SM2为1)不能进行中断处理,从而实现了上位机与某下位机的一对一通信。在这种通信方法中。第9位用作数据的特征位,而数据的校核则采用累加和校验方法,这样不仅增加了通信的数据量和软件开销,而且还影响了系统的实时性。