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摘要摘要：本文以國內某大型灌區為例，在灌區遠程測報系統的基礎上進行了閘門自動控制探究，通過無線調制解調器連接上位機（PC機）和下位機（單片機），將下位機采集到的數據傳輸到上位機，根據用戶要求的流量控制閘門的開度和時間，為灌區的運行和管理提供保證，為提高系統的可靠性，采用了一些可供類似工程借鑒的可行技術。

摘要：遠程自動化控制閘門單片機

閘門調節是灌區工程中經常采用的手段，閘門控制的探究對于節約能源、確保水利工程的正常運行、提高水資源的利用效率和節約用水具有重要的意義。目前國內大部分灌區已基本實現流量數據的自動采集和監測，并把數據傳輸到管理部門，但是在根據有關數據進行遠程自動監測和控制方面成熟的經驗非常少。國外非凡是歐美等先進國家在這方面已經達到較高的水平，如美國的SRP灌區自動化澆灌系統，可以同時采集100多點的水位、閘門開度和其他信息，通過計算機處理后，控制幾百座閘門、150多處泵站的運行。本文以國內某大型灌區為例，對閘門的自動監控進行了探究。

1、系統的總體設計

本系統采用無線數據傳輸技術，分一個主站和若干個子站，通過無線調制解調器構成一個無線通訊網絡，對多個斷面的數據信息進行采集、傳輸、處理和控制。系統的總體結構圖如圖1所示。下位機中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門的開度值經轉換后送給編碼器，編碼器對水位及閘門開度信號進行編碼，在通過避雷器將編碼信號傳給數采儀，數采儀將數據進行初步加工和處理后由無線調制解調器傳給上位機，上位機即系統主站，可分別和不同的子站建立聯系，查詢各測點的數據，并按照用戶的要求對各閘門進行控制，下位機中的控制箱接收到此信息，經過計算，發出控制信號自動控制閘門到一定的開度，達到自動控制的目的。

圖1閘門遠程自動監測和控制結構圖

2、下位機系統設計

設計下位機重點在于閘門自動控制箱的設計，本文提出閘門的運行控制模式，并進行可靠性處理，然后利用無線傳輸設備和上位機進行通訊，傳輸數據。

2.1下位機硬件電路設計

本系統采用AT89系列單片機，采用矩陣式鍵盤進行輸入數據，鍵盤提供切換鍵、時間設置鍵、控制鍵三個按鍵，通過三個按鍵顯示水位、流量、閘門開度、日期和時間。切換鍵實現上述四個功能的轉換，時間設置鍵用于修改日期和時間，控制鍵用于對電機啟停進行控制。

2.2閘門控制系統設計

本系統下位機接收到上位機傳來的要求流量值（或水位值），當要求的流量值（或水位值）和系統所測的流量值（或水位值）不一致時，單片機啟鍵閉合，閘門電動裝置控制箱自動啟動電機，提升或下降閘門，當所要求的流量值（或水位值）和當前所測流量值（或水位值）相等時，單片機閉鍵閉合，電機自動停止，達到自動控制的目的。

閘門的運行控制模式有實時型控制模式和定時型控制模式兩種，在實時型控制模式中，上位機根據用戶要求的流量，利用流量—水位關系曲線把要求的流量換算成要求的水位，然后和下位機聯系，下位機接到信號后，由電動裝置控制箱控制電機的正反轉，達到要求時停止轉動。定時控制模式要求用戶輸入所期望的流量值和要求閘門動作的時間，下位機的控制箱在規定的時間里自動開啟和關閉閘門，進行控制。

2.3無線通訊設備SRM6100調制解調器

SRM6100無線調制解調器原是美國Data-LincGroup公司生產的軍用產品，現應用于民用。它提供最可靠和最高性能的串行無線通訊方法，在2.4GHz-2.483GHz頻段應用智能頻譜跳頻技術，在無阻擋物的情況下，兩調制解調器之間的通訊距離可達32.18公里，可實現PLC（可編程控制器）和工作站之間的無線連接。SRM6100應用跳頻，擴頻和32位誤碼矯正技術保證數據傳輸的可靠性。無需昂貴的射頻點檢測技術。射頻數據傳輸速率為188kbps。并且不需要FCC點現場許可證。SRM6100支持多種組態，包括點對點通訊和多點通訊。多點通訊對子站數目無限制。并且SRM6100可做為中繼器工作，以達到擴展通訊距離或克服阻擋物通訊的目的。

2.4下位機可靠性處理

為了精確控制電動閘門的關閉，避免電動閘門在工作中出現過載破壞或關閉不嚴的現象，本系統在電動軸上安裝了轉矩傳感器，用來監測閘門輸出軸的轉動力矩，以判定閘門是否關嚴、是否被卡住。閘門電動裝置用于檢測和控制閘門的開度，本系統在轉動軸上安裝了光電碼盤，考慮到閘門可能出現頻繁的正反轉交替，為了避免錯位和丟碼，采用雙光耦技術，光耦輸出的兩路信號經74221雙單穩觸發器進行整形，89C51的INT0和INT1對其進行計數、計時，并判定轉動方向，計算閘門開度。電動閘門在工作中若出現異常現象，系統會自動報警，切斷電機電源并顯示故障情況。

2.5下位機軟件設計

下位機的軟件設計分為閘門自動裝置控制箱程序設計和串行口中斷服務程序設計兩部分。閘門自動裝置控制箱程序設計主要完成數據采集、存儲、顯示、按鍵操作等功能，串行口中斷服務的程序完成下位機向上位機數據的傳送和用戶設定參數的接收。控制箱程序的主框圖如下摘要：

圖2、閘門自動控制程序流程圖

3、上位機設計

上位機的軟件部分采用VB6.0為開發工具，將各個功能模塊化，分別解決相應新問題，再將各個模塊組裝，構成上位機軟件系統的核心，上位機軟件系統的結構如圖3所示，通信模塊位于最底層，其余模塊功能的實現都直接或間接建立在此模塊的基礎上，本文利用VB的API函數編寫串口通訊程序，程序的框圖如圖4所示。數據管理模塊的主要功能就是為水位、流量、閘位等建立數據庫，并對其進行管理。

圖3、上位機軟件系統結構圖

圖4、通信模塊程序流程圖

4、結語

本文以國內某灌區為例，全面分析了灌區閘門自動化控制系統的整體結構及其設計，對其軟件開發和硬件選擇作了全面闡述，并總結了提高自動化系統可靠性的經驗，為提高灌區現代化管理水平提供了有利的工具，具有較高的使用價值和廣泛的應用前景。

參考文獻摘要：

[1、水利水文儀器介紹，水利部南京水利水文自動化探究所，1997。

[2、邵杰、劉萍，單片機和調制解調器接口通訊，雷達和對抗，1998、2。

[3、周建國、曹炬、姚金斌，單片機和PC機實現電動閘門控制系統設計，計算機自動測量和控制，2001、9。