【正文】 JIU JIANG UNIVERSITY畢 業(yè) 論 文題 目 基于GPRS的水庫監(jiān)測系統(tǒng) ─ 水位信號采集及傳輸設(shè)計 英文題目A Waterlevel Monitoring System of the Reservoir Based on GPRS 院 系 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) 月信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文摘 要目前國內(nèi)的水庫監(jiān)測只是針對大中型水庫，而大量分布的小型水庫還是監(jiān)測的盲點。正是這些小型水庫的監(jiān)測失控造成了近些年的洪澇和干旱的重要原因。但是大中型水庫的監(jiān)測模式不適應(yīng)用于網(wǎng)點多，分散零散的小型水庫監(jiān)測。為此，設(shè)計了適合集中控制分布式的小型水庫網(wǎng)點模式的水位測距儀。系統(tǒng)的硬件部分主要是超聲波傳感器，利用超聲波傳感器進(jìn)行模擬采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理部分采用STC12C5A60S2單片機為核心控制器件，由顯示芯片LCD1602進(jìn)行現(xiàn)場顯示，再通過，MAX232傳到上位機。由上位機進(jìn)行顯示。本論文聯(lián)系于基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程水位實時監(jiān)控功能的系統(tǒng)。本論文對電路的功能和工作原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：分布式水庫，水位監(jiān)測，超聲波，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸AbstractAt present the domestic reservoir monitoring is aimed at large and mediumsized reservoir, and a large number of distribution of small reservoir or monitoring blind spot. It is these small reservoir monitoring control caused by the recent floods and droughts are important causes of. But large and mediumsized reservoir monitoring mode is not adapted for outlets, scattered scattered smallsized reservoir monitoring. To this end, we design a centralized control of distributed small reservoir model.Here uses the sensor mainly is the ultrasonic sensor, Carries on analog data gathering using the ultrasonic sensor. dataacquisition takes STC12C5S60S2 single chip microputer as the key controller element. The display chip LCD1602 field sent to the PC through MAX232 the main munication wire,also it will be shown.This paper mainly introduces a remote monitoring system, which acplishes remote data transfer by the technique of GPRS based on GSM network. This paper the circuit function and working principle in detail introduction.Keywords: Distributed Reservoir, A waterlevel Monitoring, Ultrasonic Wave, Data Acquisition, Data Transmission 目 錄摘 要 IAbstract II1 概述 (1) 測距方法發(fā)展與比較 (1) 設(shè)計思路及要求 (2) 論文章節(jié)說明 (3) 小結(jié) (4)2 超聲波測距原理 超聲波簡介 (5) 超聲波測距原理 (5) 溫度補償原理及運算 (6) (7) 小結(jié) (7)3 軟硬件說明 使用軟件簡介 (8) 硬件 (9) (15)4 硬件設(shè)計與實現(xiàn) 電路規(guī)劃說明 (16) 電路原理圖設(shè)計 (16) PCB圖設(shè)計 (17) 感光法制作電路板 (18) 手工焊接技術(shù) (20) (22) 小結(jié) (22)5 程序設(shè)計 程序整體規(guī)劃說明 (24) DS18B20溫度傳感器程序 (24) 超聲波測距程序說明 (26) (27) 顯示程序和Main函數(shù)說明 (29) (31)6 程序調(diào)試與誤差分析 使用Keil和Protues調(diào)試程序說明 (32) 寫入程序及演示結(jié)果說明 (33) 最終電路實物圖 (36) 性能和誤差分析 (37) 小結(jié) (37)結(jié)束語 (38)致 謝 (39)參考文獻(xiàn) (40)附錄一 (41)56信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1 概述目前國內(nèi)的水庫監(jiān)測系統(tǒng)只是針對大中型水庫，而在中國小型水庫的管理失控卻是洪澇和干旱的主要原因。對小型水庫的監(jiān)測將在未來變的更加重要。所以制作適合分布零散的小型水庫的監(jiān)測系統(tǒng)非常有必要。超聲波測距在現(xiàn)代工業(yè)測量中有著廣泛的應(yīng)用，超聲波可以在一些特定場合或者環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下使用。超聲波儀器比光學(xué)器件更有利于管理。并且利用單片機控制超聲波監(jiān)測水位有比較快速，方便，計算簡單，容易做到實時監(jiān)控，而且精度高等優(yōu)點。因為超聲波在測距在某些方面有的優(yōu)勢。設(shè)計好的超聲波測距儀監(jiān)測小型水庫的水位就顯得有必要。這就是本設(shè)計的意義所在。 測距方法發(fā)展與比較 國際超聲波測距發(fā)展一般認(rèn)為。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，隨著超聲波技術(shù)研究的不斷深入，而且他的高精度、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及。目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機械制造、電子冶金、航海、宇航、石油化工、交通等工業(yè)領(lǐng)域。此外在材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用。國外在提高超聲波測距方面做了大量的研究。對超聲波測距的精度主要取決于所測的超聲波傳輸時間和超聲波在介質(zhì)中的傳輸速度，二者中以傳輸時間的精度影響較大，所以大部分文獻(xiàn)采用降低傳輸時間的不確定度來提高測距精度。目前相位探測法和聲譜輪廓分析法或二者結(jié)合起來的方法是主要的降低探測傳輸不確定度的方法。 測距方法簡介在人類發(fā)展的過程中，我們使用過很多方法，大體分為三類，比如目測，步測，臂長尺測，等等原始的方法；再有或者用步槍測量，指南針測量，甚至車輛測量的方法；對于用更加先進(jìn)的技術(shù)的測量距離的，普遍的是超聲波測距，以及激光測距，紅外線測距。測量是向著精確度越來越高發(fā)展，在隱性發(fā)面測量的記錄更加快捷。 激光與超聲波測距比較超聲波測距與激光測距是現(xiàn)在最常用的兩大工業(yè)測量方法，有各自的優(yōu)缺點。超聲波優(yōu)點是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量，可以在較差的環(huán)境中使用，所以倒車?yán)走_(dá)多半使用超聲波。超聲波缺點是精度較低。激光測距的優(yōu)點是精確，缺點是需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量。綜上所述，超聲波儀器不需要更多的人去保養(yǎng)，更適合在更加不好的環(huán)境。 設(shè)計思路及要求 系統(tǒng)設(shè)計—總體中的個體本畢業(yè)設(shè)計題目是三個題目中的一個，屬于下位機。中間包括GPRS傳輸，上位機是處理信號的服務(wù)器。在這個整體中本設(shè)計的要求僅僅是把距離和溫度數(shù)據(jù)通過串口傳輸出去。傳輸分兩種，一種是方便實驗可以直接和電腦連接，一種是通過連接GPRS。這兩種方式并不需要改程序去適應(yīng)。只需要添加傳輸格式即可。而本設(shè)計的任務(wù)就是數(shù)據(jù)采集。水位監(jiān)測系統(tǒng)整體圖如圖11所示。圖11 整體圖 系統(tǒng)設(shè)計要求 （1）超聲波溫度補償測距； （2）發(fā)送的連續(xù)性； （3）是通過MAX232串口，方便連接GPRS設(shè)備，能遠(yuǎn)距離傳輸； 論文章節(jié)說明本論文主要介紹整個設(shè)計，包括設(shè)計的選題，原理，所用的軟件，硬件以及測試全部過程，通過論文可以全部還原設(shè)計的每個方面。第一章，概述；顧名思義就是大概的說明一下超聲波在社會發(fā)展中的情況，即“被”超聲波選擇和選擇超聲波的原因。第二章，超聲波測距原理；具體的說明超聲波的原理，測距所需要注意的環(huán)境等情況，包括測距中需要用到的超聲波的不確定性而引起的誤差，即溫度補償聲波在空氣中的傳播速度的誤差。第三章，軟硬件使用說明；這章簡單的說明設(shè)計過程中所用到的軟件。認(rèn)識和分析所用的硬件的特點。為后邊的設(shè)計的過程做必要的準(zhǔn)備。第四章，程序設(shè)計及實現(xiàn)；在第三章已經(jīng)認(rèn)識了所需要的軟件之后，先決定寫程序，因為可以通過軟件模擬程序的實現(xiàn)。第五章，電路設(shè)計及實現(xiàn)；在一切就緒以后就必須動手做實物。這個章節(jié)主要介紹過程和所用的物件。第六章，調(diào)試；分析錯誤并解決，分析誤差并盡力減小誤差。錯誤來源有程序錯誤和硬件拼裝錯誤，所以用的是調(diào)試軟件的軟件，硬件的錯誤只能靠人工去發(fā)現(xiàn)并解決。 小結(jié)通過本章節(jié)的說明，了解論文題目的研究意義，即聲波的速度比其他測量方式慢，且為非接觸式等原因。以及超聲波的發(fā)展。并對論文題目的設(shè)計需求和論文章節(jié)說明做了介紹，分別是：概述，超聲波測距原理，軟硬件說明，程序設(shè)計與實現(xiàn)，電路設(shè)計與實現(xiàn)，調(diào)試等章節(jié)。2 超聲波測距原理 超聲波簡介聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為20000赫茲)時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機械能、又可以把機械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能轉(zhuǎn)換為電能。 超聲波測距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不是很大的情況，則可認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正（將在一面一節(jié)中談到）。只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。超聲波的測距原理如圖21所示。 T 超聲波發(fā)射 障礙物 ∥ 超聲波接收圖21 超聲波的測距原理 H=scos θ （） θ=arctg（L/H） （）式中:L兩探頭之間中心距離