基于UC7420芯片实现大坝安全监测系统的设计

随着科学技术的发展，人们不断把目光投向水利综合自动化的实现，这一新课题已得到广泛的研究，少部分水库综合自动化经过多年的研究和实践，其可靠性、灵活性、快速性已得到一致的认可。我国的中小型水库多数分布在山区，并且绝大多数是土石坝，大坝失事的原因很多，涉及范围也很广，所以对大坝实现自动化已成为必然的要求。

1、 选择UC7420的原因

首先，从水库的环境出发，由于大坝的环境复杂性，山区的供电设施比较落后，每逢雷雨天气，供电经常中断，还有大雪的天气也不例外，加上我国近几年都有电力供应紧张的时段，对一些边远山区进行限电也时有发生。所以大坝安全监测系统因缺“粮”就失去了它应有的活力。

其次，从UC7420的功能来说，Moxa UC一7420采用IntellXP-422 XScak CPU，这款处理器是专门为网络应用而设计的，所以它非常适合处理网络传输。系统整体消耗电源非常低，只有12 W，UC74120已经预装Linux，这意味着用户在开发上可以省出大量的时间和精力，而不必再费力的选择操作系统。总之，路由器的制造者可以用UC7420作为平台很快的开发出路由应用。另一个重点是安全，特别是当路由器把数据包从internet转发到内部局域网时。为了解决这个问题，UC7420支持用IP TabIe来架设防火墙，还有OpenSSL、OpenVPN、openSSH和IPSec。此外，硬件加密为更安全的通信打下良好的基础。UC74120带有2个支持PPPoE的网口，自带的RS232口可以对UC7420进行远程配置和当网络断掉时可以通过它进行配置和监视。UC7420主要的功能之一就是可编程性，可以用C语言来编写特制的机器操作程序。例如，UC可以编程用于监测采集水库的各种重要数据。另外，UC7420的无风扇、无硬盘设计，可提供更长的不间断工作时间，CF卡插槽可以扩展到干兆级存储空间，可编程能力给用户提供无限可能。

2 、UC7420在大坝安全监测中的具体应用

2.1 大坝安全监测系统的简介

大坝安全监测系统主要分为两部分：一是监控系统，二是管理系统。监控系统包括：自动数据采集、离线分析、参数设置、数据存储和数据查询等。管理系统主要包括：查询分析、二次处理、防洪调度、水情预报和报表输出等。UC7420在大坝安全监测系统中主要是取代了监控系统中的数据采集子系统，其所采集的数据主要有：大坝测压管水位、坝体渗流量、库水位、雨量、大坝温度等。

大坝安全监测系统要求其反映出大坝现状情况。为确保数据采集不会因为停电，而使PC不能采集数据（数据丢失），失去监测功能，利用UC7420嵌入式计算机，单独蓄电池供电，即使现场因故停电，UC7420数据采集子系统也依然可以发挥它本有的功能，并且让采集回来的数据暂时存放在UC7420上，待PC机取数。

2.2系统总体结构图

下面以江西分宜县彰湖水库大坝安全监测系统为例，来说明UC在大坝安全监测中的具体应用，水库有主坝与副坝，结构如图l所示。

图1中，离线管理机通过COMl发送取数据指令到UC7420（主坝），当UC7420收到取数据指令时，立即将存放在自身的数据全部发送到离线管理机，并清除保存在自身的全部数据；同时，通过COM2发送同样的取数据指令到另一UC7420（副坝），当副坝UC7420收到取数据指令，也完成与主坝UC7420同样的操作。由于副坝距离水库控制室较远（1 km外），所以COM2经电台与副坝的UC7420实现指令传送和数据传送。由于UC7420在整个大坝安全监测系统中是一个独立的数据采集子系统，结合图1的结构，下面深入说明UC7420中的数据采集子系统。

图1下半部分是UC7420数据采集子系统结构。首先，UC7420定时发送数据采集指令，由研华模块ADAM4520将其RS232信号转变成RS485信号。由于考虑到系统的节能与设备寿命问题，RS485信号再经研华的AD—AM4050继电器模块来控制其他的电源与信号。系统工作时，先让UC发送继电器吸合指令，然后再发送数据采集指令。具体流程如图2所示。

数据采集系统每间隔1小时对大坝情况采集一次数据，并且将采集回来的数据暂时存放在UC7420上，高端软件也是每间隔l小时发送一次取数据指令。当UC7420收到高端的取数据指令时，将存放在自身的所有数据一起发送到离线管理机上，让离线管理机进一步处理分析。由于考虑到系统测试问题，高端软件也可以通过鼠标或者键盘操作，发送一个手动的数据采集测试指令，当UC7420收到手动测试指令时，UC7420立即对大坝情况进行一次数据采集，并且将所采集到的数据发送给高端软件，供观察与分析。

UC7420在彰湖水库大坝安全监测系统中已经运行了一年，系统运作正常，为彰湖水库的大坝安全提供了可靠的保证。但是，随着信息化的推广，大坝安全监测应主动适应时代要求，走向网络化、智能化，采用网络数据库、Internet／Intranet技术，建立全地区，全省乃之于全国的大坝安全监测信息网，这是时代要求，更是我们在UC基础上即将开始的下一目标。

通过UC7420在彰湖水库大坝安全监测系统中的应用，进一步了解到UC7420不仅可传送RS232信号，还支持RS485的信号传输，所以彰湖水库大坝安全监测系统数据采集子系统中所采用的研华ADAM4520信号转换模块在今后的类似开发中可以省略，只需直接初始化串口为RS485信号，这样既节省系统中的设备费用，也减少了ADAM4520模块设备的安装。UC7420的网络信息化，对于彰湖水库大坝安全监测系统是一个空白，完善UC7420的网络信息化，是在开发大坝安全监测系统中需要弥补的一个漏洞。

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