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摘要：主要分析了現有礦井水文監測系統的整體結構和功能設計，包括智能傳感器、信號轉換分站、通信接口、監控計算機等幾個部分。通過分析得出：礦井水文監測系統的設計為監測礦井水文信息以及對可能發生的水災水害預警的智能化和可靠性研究提供參考。

關鍵詞：水文監測；系統設計；信號轉換

引言

礦井水文監測系統將不同類型的傳感器整合組網，然后通過信號接收轉換分站將測量得到的各種水文數據傳輸到監控計算機上，并通過上層軟件對各項水文數據進行監測分析，以達到對水文災害的提前預警[1-3]。

1系統總體結構

礦井水文監測系統可以分為三個主要部分，第一部分是位于底層的傳感器網絡，第二部分為信號轉換分站，第三部分為監控計算機。信號轉換分站接收各個傳感器測量的數據然后再將數據轉發給監控計算機，并在計算機上通過上層軟件進行數據的監測、分析[4]。位于同一局域網的其他計算機也可以通過瀏覽器登陸監控計算機進行數據的查看和分享。

2水文監測系統的各部分組成

2.1智能傳感器組成智能傳感器是負責采集數據的底層設備，并且還能將采集到的數據進行處理后發送到上層的信號轉換分站。傳感器部分將被測量的物理量（如溫度、壓力等）轉換成電壓或者電流，然后經過信號調理電路處理后轉換為數字量送入MCU。MCU將得到的數字量進行處理然后通過通信電路將其發給總線，信號轉換分站就可以通過總線接收到所需要的數據。

2.1.1信號調理電路因為不同種類的傳感器將各種非電量轉化為電量輸出形式不同，所以不同的智能傳感器的信號處理電路也有所不同。有的傳感器可以直接輸出數字量，然后就可以直接送入單片機，然后通過編程的方式對信號進行處理[3]。有的則輸出為模擬量，需要通過A/D轉換器轉換為數字量，然后再將其送入單片機進行處理。下面以智能水壓傳感器為例介紹一下模擬量采集的信號調理電路。智能水壓傳感器的測壓探頭是一個電阻隨壓力變化而產生變化的元件，將其與另外三個阻值已知的精密電阻組成電橋。隨著水壓的變化傳感器受壓元件阻值就會發生變化，進而引起電橋輸出端電壓（UAB）發生變化。而信號調理電路要做的工作就是把電橋的輸出電壓轉化為數字量。進行A/D轉換所采用的主要元件為AD7705。AD7705可工作在2.7V至3.3V或4.75V至5.25V電壓下，內部含有六個寄存器：通訊寄存器、設置寄存器、時鐘寄存器、數據寄存器、零標度寄存器、滿標度寄存器。通訊寄存器用來選擇模擬電壓的輸入通道，以及操作的目的寄存器和對目的寄存器的讀寫類型。設置寄存器用來進行校準模式、輸入極性、增益倍數以及緩沖模式的相關設置，時鐘寄存器則主要用來選擇濾波器和控制時鐘。

2.1.2微控制器選擇和通信電路智能傳感器選用P89LPC93作為微控制器，該芯片串口始終處于工作，而且功耗比較低，指令執行速度快，適合智能傳感器這種低功耗，效率要求高的場合。這種芯片的集成度較高，有利于減少外圍器件的數量以及電路板面積和成本。智能傳感器與信號轉換分站之間采用的m-bus總線方式進行數據傳輸。通信電路主要通過TSS721芯片將單片機接入m-bus總線。這樣通信電路就能適應m-bus總線的主機與從機之間不同的電壓。為了防止單片機與通信電路之間相互干擾采用光耦器件6N139隔離單片機和芯片TSS721，這樣以來電路的可靠性和穩定也得到了提升。TSS721可以辨別動態電平，這種動態電平辨別機制可以增加通信電路的可適用性。

2.2信號轉換分站的結構組成信號轉換分站是整個系統中起到信息集中和轉發樞紐作用的重要設備，它可以將分布在不同測點的智能傳感器測量得到的數據接收過來并轉發給監控計算機，是連接底層智能傳感器和上層監控計算機的通信節點。其整體結構框圖如圖5。分站由防爆電源提供24V的直流電壓，可以分為單片機、通信模塊、存儲模塊、顯示模塊、時鐘模塊、以及隔離模塊六個部分。單片機接收傳感器通過m-bus總線發送過來的數據，然后再將這些數據轉發給計算機。單片機可以通過控制開關來控制的m-bus模塊的工作狀態，傳感器的分時依次循環上電也是通過單片機發送地址匹配信息來完成的。信號轉換分站的通信模塊是采用RS485總線實現通信的，通信總線主要有三種不同的實現形式。一是直接采用兩線制的RS485總線方式進行通信，二是接入礦井的電話網，通過比較完善方便的電話網進行通信，還可以利用現有的光纖網絡進行通信，即將分站接在光端機的發送機，然后在通信接口端接入光端機的接收機，這樣就可以通過光纖網絡進行通信。

2.3通信接口結構組成信號轉換分站傳送出來的信號為RS485信號，由于監控計算機沒有RS485接口所以不能直接識別該信號，需要將RS485信號轉化為計算機能識別的RS232信號。通信接口就是完成這一信號轉化過程的設備，通信接口主要分為兩大部分：信號轉換電路和本安型電源電路。

2.4監控軟件的組成與功能監控軟件安裝在服務器上（監控計算機），用來顯示并監測從傳感器測量得到的各項水文數據，而且還可以對各項數據進行處理、分析并存儲在服務器硬盤上。除此之外還可以通過監測軟件對分站、傳感器進行分類、命名等初始化操作，其他客戶端計算機遠程訪問服務器也是通過監測軟件來完成的。監控計算機要作為服務器來使用，所以預裝了windows2003sever網絡操作系統，而監控軟件就是基于windows開發的。軟件的開發同時運用了ASP．net動態網頁開發語言、JavaScript、VBScript三種不同的語言，并用SQLserver2000數據庫對各項水文數據進行管理。ASP．net是一個已編譯的基于．net的環境，它是功能最強大最完整的網頁編輯工具。VBScript是VisualBasicscript的簡稱，是ASP動態網頁默認的編程語言，配合ASP內建的對象和ADO對象。JavaScript是一種面向對象的動態類型的區分大小寫的客戶端腳本語言。SOLserver2000是微軟推出的一種應用比較廣泛的數據庫管理軟件，可以比較方便的對數據進行管理和維護，在網絡應用系統中的使用也比較普遍。

3結論

文監測系統能有效地收集各個測點傳感器的數據，具有實時性、便捷性的特點，可大大節省人工測量所浪費人力財力和物力，并且可以對采集到的數據進行計算處理，為水文災害分析和預測提供保障。隨著新技術新手段的應用和人們對水害的重視，礦井水文監測系統的可靠性和智能化程度會有很大的提高。

參考文獻

[1]張志利.基于RS232協議的單片機多機通信網絡研究[J].自動化技術與應用，2015（4）：54-55.

[2]吳杰，朱向冰，郝文良.基于單片機控制的開關電源模塊[J].電子設計工程，2013（9）：155-157.

[3]王現軍，劉慶衛，顏磊.高精度水位水文遙測系統研究與應用[J].中國科技縱橫，2016（16）：1-2.

[4]劉偉光.智能明渠流量傳感器的研究[D].青島：山東科技大學，2011.

[5]徐書欣，王永樂.網絡通信中差錯控制技術的應用與研究[J].牡丹江教育學院學報，2008（3）：143-144

作者：杜國瑞 單位：汾西礦業集團柳灣煤礦