水文遥测系统站内信息显示终端设计

龚然会

（百色市水文水资源局，广西 百色 533000）

水文遥测系统站内信息显示终端设计

龚然会

（百色市水文水资源局，广西 百色 533000）

介绍百色水文遥测系统特点，针对目前水文站无法在办公室内直接查看动态变化的雨、水情信息的状况，自主开发了一套与遥测终端相配套的智能雨、水情实时显示终端，实现在水文站办公室内能实时显示当前水位、当天雨量数值的功能。经实际应用检验，证明该设计产品具有数据传输稳定、正常、显示清晰的特点，满足水文站日常观测使用的要求。

水文遥测系统；水位；雨量；显示终端；设计

1 遥测终端概述及问题提出

当前百色水文遥测系统站点的遥测终端机（以下简称RTU）所采用的产品主要有YCZ-2A-101型、YDH-1M型、SUMMIT-W1000型、GXU-1001型等型号的遥测终端机，其基本功能主要有：

（1）基本测量参数为水位、雨量的测量；

（2）可连接的传感器为水位传感器（浮子式、压力式、气泡式、超声波式等）、雨量传感器（1 mm，0.5 mm，0.2 mm单/双簧翻斗式）；

（3）可选择的通信方式为GSM短消息、GPRS通信、CDMA通信、北斗卫星等方式；

（4）按时段正点发报，水位、雨量信息加报；固态数据本地、远程的提取；远程修改RTU参数及系统时钟同步等一系列满足水文行业使用要求的功能。

这些RTU共同的特点是工作时数据单纯通过移动的GPRS/GSM向百色市水情遥测控制中心发送，按《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》的要求解码、编报处理后上传自治区水文水资源局并发布到指定的网站，在功能上并没有向本地水文站值班室内发送实时数据，值班人员只能通过上网才能查询或自行前往观测场地查看才能获得本站的水情信息，影响了水情信息获取的时效性也给水文站的日常观测带来不便。

为此，基于在目前所使用的RTU基础上，笔者构想设计一套能与RTU配套使用的，可实时、动态显示当前水位、当天雨量累计及间断显示上时段水位和昨天雨量等数据站内显示终端，通过不断试验，达到了设想的目的，开发出来的显示终端完全能满足水文站日常观测的需要。遥测终端水情信息站内显示构想图如图1所示。

图1 水情信息站内显示构想图

2 工程实例设计[1～3]

百色水文遥测系统所采用的各类型号的终端机中，又以GXU-1001型多功能遥测终端技术较为先进，与其它同类终端相比，独特之处在于可以控制GPRS/GSM发射模块以休眠或实时在线模式工作、控制摄像头拍照生成最高分辨率为1280×1024图片、具有多个外接RS232及RS485接口，而且这些接口对用户是开放的，用户可根据给定的规约对RTU进行操控，譬如实时采集数据，修改工作参数，下载固态存储器的数据等等，因此本设计利用GXU-1001型多功能遥测终端这些功能强大的资源，为其设计配套的显示终端。

2.1 系统功能设计

根据水文站实际需求，本次设计定义的系统功能主要有以下几方面：

（1）实时显示当前水位；（2）实时当天雨量累计；

（3）间断显示上时段水位和昨天雨量；

（4）与本地计算机连接可以拍摄观测现场的图像；

（5）可存储1年的雨、水情信息并能通过本地计算机连接可采集本年度内任何时间段内的雨量、水位数据；

（6）与本地计算机连接可描绘水位过程线；（7）查看数据时可遥控操作。

2.2 电路框图设计

通过系统功能定义运用电路设计原理进行系统电路框架构思设计，本工程主要由CPU、电源、遥控、时钟、显示器及各种通信接口等部分电路组成。电路组成框图如图2所示。

图2 电路组成框图

2.3 电路原理图设计

运用电子技术原理及专用电子线路设计软件Protel99SE进行原理图设计与印制电路板设计，经不断测试与修改得到最终电路原理图。

本电路的核心部件为CPU，型号STC15F4K32S4，是一款单时钟/机器周期1T的单片机。其配置高，处理速度快，有7个I/O端口共56位，内置4 kB大容量SRAM，；5个16位自动重装定时/计数器，5个外部中断源；4组独立的高速异步串行通信端口，1组高速同步通信端口SPI；内置26 kB的EEPROM。基于该款芯片强大的资源配置，可利用内置的EE⁃PROM存储周期为5 min的雨量和水位数据，无需增加外部存储器；其次利用独立的多通信端口这个特点，同时实现与RTU、本地计算机、及摄像头之间的通信，无需增加扩展电路，使电路得到简化。

2.3.1 电路与RTU连接

本电路与RTU连接有两种方式，到底选择哪一连接方式，可根据RTU与本电路之间的距离决定。

（1）是 串 口 2 的 P4.6（RxD）/P4.7（TxD）经MAX485电路将TTL电平转换成RS485信号电平之后与距离大于7 m的RTU相连接；

（2）是 串 口 3 的 P0.1（RxD）/P0.1（TxD）经MAX232CPE电路将TTL电平转换成RS232信号电平之后与距离小于7 m的RTU相连接。

2.3.2 电路与摄像头连接

为了直观显示现场的情况，可通过摄像头抓拍现场的图像加与分析。摄像头可安置在被观测现场，利用串口2的P3.6（RxD）/P3.7（TxD）经MAX485电路将TTL电平转换成RS485信号电平之后实现连接。当需要拍摄现场图像时，可由本地计算机向本电路发出拍照指令即可实现。

2.3.3 电路与本地计算机连接

CPU 串 口 1 的 P3.0（RxD）/P3.1（TxD）经MAX232CPE电平转换之后与本地计算机的COM通信口相连接，本地计算机可以向电路发出以下指令：下载数据、拍摄图像、校正时钟，设置水位基准值等。并可根据工作需要，描绘及显示水位过程线，直观的反映水位的变化过程。

2.3.4 遥控电路

遥控电路由遥控接收模块及3个光电耦合器组成。手持遥控器有A、B、C、D 4个按键，每一个按键对应不同的无线脉冲编码，遥控接收模块将接收到的脉冲编码通过解码得到对应的键值。本电路定义A键显示当前水位和当天雨量，B键显示上时段水位，C键显示昨天雨量。

2.3.5 显示电路

显示电路由7段带小数点的LED数码显示器组成。

（1）时间由10位0.5英寸的显示器组成，可显示年、月、日、时、分，由于采用静态显示方式的需要，每个“字”的字段码由一个74F164八位移位器来存储及驱动；

（2）水位数据显示由5个1.5英寸的显示器组成，最大显示为999.99 m，根据需要可以通过本地计算机设置基准水位值；

（3）雨量数据显示是由4个1.5英寸的显示器构成，最大可显示999.9 m。同样由于静态显示方式的需要，每一个显示器的字段码需由一个74F164八位移位器来存储及驱动，但由于74F164的带负载能力很弱，不足以驱动1.5英寸的LED显示，所以雨量和水位电路的每一个显示器除需要74F164移位器之外还需增置一片ULN2803A芯片；

（4）当前水位、当天雨量与上时段水位、昨天雨量分别共用水位显示电路和雨量显示电路。需要显示哪一种数据，可通过操作以定义好的手持遥控器面板按钮加以选择。与本电路相连的RTU每5 min自动采集一次雨量和水位数据，这些数据除按照RTU的工作要求存储于本地并通过设定的通信方式发送给远方的水情数据中心外，还通过RS485/RS232串口传送到本电路上来。因此，本电路所保存的数据每5 min也将自动获得一次刷新。

2.3.6 时钟电路

时钟电路是为了显示实时时间而设置的，主要由X1228S芯片组成，显示的时间跟与之连接的RTU的时钟同步，时钟校正由RTU完成。

2.3.7 电源电路

电源电路一是用于给CPU提供稳定可靠的5V工作电压；二是在CPU的控制下对LED数码显示器电路提供可控制通断的电源，因为LED显示器的功耗比较大，电源电路直接供电有利于降低电路的功耗，延长电路元器件的使用寿命，降低电路的故障率，对LED数码显示器的供电又分为A、B、C三个回路，分别用于水位显示器、雨量显示器和时钟显示器的电路供电。

本电路的电源供电工作程序设计如下：CPU在没有收到RTU、遥控器、本地计算机这3种信号中的任何一个信号的情况下处于“掉电”工作模式，这时所有LED显示器电源均处于关断状态，不显示任何信息；当电路在上述任何一种信号触发下CPU将被唤醒从“掉电”模式进入“工作“模式，此时供电电路在CPU的控制下向相关的显示器供电，当LED显示器被自动点亮大约50 s后，在CPU的控制下供电电路将自动关断，停止向相应的显示器供电，显示器处于“熄灭”状态。

3 产品测试

在上述原理图设计基础上，进行印制电路板设计并委托生产厂家生产出样品应用于水文站日常工作中，进行实际应用测试，样品及测试示意图如下图3所示。

图3 样品测试示意图

按照设计时定义的系统功能，每项逐步进行观测，如是否是5 min刷新一次数据、水位、数量数据是否显示正常、数据是否与RTU中的数据相一致、本地采集是否正常等。

经过2个月对比观测证明：RTU与显示终端之间数据传输正确、稳定，可以作为日常观测应用。

4 结语

该显示终端自投入使用以来，运行正常，并已生产出成批产品应用于百色市各主要水文站及多个中、小型水库站。对于后续的运行情况，我们将继续关注，针对实际使用情况，优化设计，改进不足，使得该产品能为水文站的测报工作发挥重要的作用。

通过对该水情实时显示终端的自主开发、设计，完成了水情信息的站内传输、动态显示。让水情信息的查询更加快捷、方便，更为水文遥测系统的管理带来新的理念，在遥测系统现有的基础上发挥管理者的主观能动性，研究新技术和新方法解决工作中存在的新情况、新问题，为今后的水文测报工作带来便利。

[1] 任 勇.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2] 李 升.单片机原理与接口技术[M].北京：北京大学出版社，2011.

[3] 沙占有.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社，2006.

（责任编辑：刘征湛）

Analysis of necessity of water resources price administration system reform for Shitou River Irrigation Zone

SUN Jian-qin

（Shitou River Irrigation Administration Bureau of Shaanxi Province,Meixian County 722300,China）

Shitou River Irrigation Zone is one of the five major provincial irrigation zones in Guanzhong Region of Shaanxi Province.Based on analysis of the operating status of present water resources price administration system,it is pointed out that there exists no flexible price adjusting system for a long time,which renders water resources in this irrigation zone is in a state of no-payment or too low price,substantially deviating from the actual value and leads to serious waste of water,much difficulties for price adjustment.In order to promote reform of water resources price administration system,realize smooth transition and progress of reform,good operation and development of irri⁃gation zone,rational pricing system and management system,standard administration shall be established and water fee calculating and collecting method shall be improved according to the water resources conditions,the manage⁃ment status of water works and actual input of irrigation zone,combined with income of people,social and economic development status.

Water resources price;pricing mechanism;administration system;reform countermeasure;Shitou Riv⁃er Irrigation Zone

TP39；P332

B

1003-1510（2016）01-0026-03

2015-11-30

龚然会（1976-），男，广西永福人，百色市水文水资源局工程师，学士，主要从事水文遥测系统建设及管理工作。