【正文】 .............. 12 鍵盤(pán)模塊電路 ....................................... 12 蜂鳴器報(bào)警電路 ..................................... 13 液晶顯示模塊電路 ................................... 13 DS1302 時(shí)鐘電路 .................................... 14 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路 ................................... 14 模擬水位及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 ......................... 15 通信模塊電路 ....................................... 15 語(yǔ)音報(bào)警模塊電路 .................................. 16 LED 電路 .......................................... 17 V 撥動(dòng)開(kāi)關(guān)電路 ...................................... 17 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................. 18 軟件設(shè)計(jì)的描述 ............................................ 18 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì) ........................................ 18 系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì) ................................... 18 鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì) ................................... 18 液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì) ............................... 19 DS1302 時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) ................................ 19 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) ................................... 20 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) ............................... 20 通信模塊程序設(shè)計(jì) ................................... 21 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) ............................... 22 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì) ................................... 22 VB 上位機(jī)設(shè)計(jì) ..................................... 23 水位算法設(shè)計(jì) ...................................... 23 5 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果分析 .......................................... 24 系統(tǒng)使用說(shuō)明 .............................................. 24 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 .............................................. 24 密碼輸入 ........................................... 24 水位信息狀態(tài)顯示 ................................... 25 當(dāng)前日期顯示 ....................................... 25 水位上下限的修改 ................................... 26 報(bào)警開(kāi)關(guān) ........................................... 26 密碼修改 ........................................... 27 調(diào)節(jié)水位的反映 ..................................... 27 上位機(jī)監(jiān)控功能 ..................................... 29 設(shè)計(jì)課題的誤差及缺陷分析 .................................. 32 設(shè)計(jì)體會(huì) .................................................. 32 結(jié)束語(yǔ) ............................................................. 33 參考文獻(xiàn) ........................................................... 34 致 謝 ............................................................. 37 VI 附 錄 ............................................................. 38 附錄 A 元件清單 ................................................ 38 附錄 B 實(shí)物圖 .................................................. 39 附錄 C 程序清單 ................................................ 40 1 1 緒論 課題的背景及意義 在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大型的水庫(kù)、水箱是工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的蓄水工具，對(duì)水位進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控、可靠控制直接關(guān)系到工廠生產(chǎn)的效率以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，同時(shí)也影響其生產(chǎn)的安全 [1]。 單片機(jī)技術(shù)越來(lái)越成熟，現(xiàn)如今單片機(jī)更是向著高度集成、低功耗、低價(jià)格、處理速度高等方向發(fā)展，因而越來(lái)越多的水位監(jiān)控系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)控制，這種系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、易于操作、維護(hù)簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)，一般大量應(yīng)用于大型的水庫(kù)以及工業(yè)生產(chǎn)。 水位監(jiān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是適合大眾使用，體積相對(duì)小，功能齊全，操作 簡(jiǎn)單，交互界面人性化，能實(shí)現(xiàn)不間斷的水位監(jiān)控，以及對(duì)所測(cè)水位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、遠(yuǎn)距離傳送和高低水位上下限的報(bào)警，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的水泵電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源。 在以前，對(duì)水庫(kù)和水箱的控制一般是基于人工進(jìn)行控制的，由于人工操作存在不及時(shí)、不準(zhǔn)確，容易造成很大測(cè)量誤差，在這種情況下帶來(lái)的危機(jī)，輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)量，重則影響人員和設(shè)備的安全。 隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)知識(shí)不斷的研究和探討，自動(dòng)化理論的完善，集成電路的迅速發(fā)展。 水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是基于 51 單片機(jī)為核心，由獨(dú)立 電源 供電模塊、下載模塊、液晶顯示模塊（采用 LCD1232 液晶顯示器）、鍵盤(pán)接口模塊（采用 4個(gè)獨(dú)立式按鍵鍵盤(pán)）、 MAX232 通信、 DS1302 時(shí)鐘芯片、 TLC1549 模數(shù)轉(zhuǎn)換、DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換、聲光報(bào)警、直流電機(jī)控制等模塊組成 [3]。 （ 4）具 有超高水位超低水位報(bào)警的功能。以及相 對(duì)應(yīng)的各個(gè)模塊的軟件系統(tǒng)，并且利用 VB 編寫(xiě)上該系統(tǒng)的上位機(jī)程序?qū)λ恍畔⑦M(jìn)行監(jiān)控和控制。具有 4個(gè)可進(jìn)行 8位輸入輸出接口，一共 32 位，都屬于準(zhǔn)雙向口。當(dāng)輸入的模擬電壓大于或等于正參考值時(shí)，數(shù)字信號(hào)輸出即為所能轉(zhuǎn)換的最大值。它的輸出是基于 CS 的電平狀態(tài)，當(dāng) CS 為高電平時(shí)是沒(méi)有數(shù)字信號(hào)輸出；當(dāng) CS 為低電平時(shí)輸出的才是轉(zhuǎn)換后的有效數(shù)字信號(hào)。比如要把24/12 小時(shí)制的實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，以及對(duì)其年、月、日、星期等數(shù)據(jù)的調(diào)整， 7 只需將單片機(jī)通過(guò)串行接口的通信方式與 DS1302 芯片相連接，就可以把以上信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)，并能自動(dòng)的對(duì)時(shí)鐘、天數(shù)、年、月、日進(jìn)行調(diào)整 [9]。其一般選用 晶振。通過(guò)顯示屏可以對(duì)水位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行功能、時(shí)間、密碼的設(shè)置以及明確得知實(shí)時(shí)水位信息、地址信息、電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)等信息。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的控制模擬閘門(mén)或閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。但要注意蜂鳴器的正極不能接反。 DAC8512可以通過(guò)片選管腳進(jìn)行多個(gè)連接，在水位監(jiān)控系統(tǒng)中主要是把單片機(jī)處理后的水位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，從而控制直流電機(jī)。 DAC8512數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的管腳圖如圖 10所示。為了能更方便獲取所需的電源電壓，采用專用的電源變壓器將市電降壓成所需要的 12V 交流電壓，通過(guò)濾波、整流、穩(wěn)壓、濾波給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓 +5V，詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙電源電路原理圖。按復(fù)位鍵通過(guò)電容（一般采用 104）對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。水位監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立鍵盤(pán)電路 13 如圖 16 所示。單片機(jī)首先通過(guò)片選管腳選中液晶顯示器，再給相應(yīng)的脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖信號(hào)，把命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應(yīng)的寄存器，從而通過(guò)這些引腳實(shí)現(xiàn)液晶屏的相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)的功能。讓 DAC8512 的 LD 管腳與單片機(jī)的 相連接、 SDI 數(shù)字信號(hào)輸入管腳與單片機(jī)的 相連接、 LD 串行信號(hào)管腳與單片機(jī)的 相連接，對(duì)其電路進(jìn)行整合。其模數(shù)轉(zhuǎn)換接線形式圖如圖 21所示。 圖 23 語(yǔ)音報(bào)警電路 LED 電路 對(duì)于水位超高上限、超低下限，在報(bào)警開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)候，將有相應(yīng)的一個(gè)LED 燈點(diǎn)亮作為燈光報(bào)警。流程圖如圖 26 所示。 時(shí) 鐘 芯 片 初 始 化寫(xiě) 入 時(shí) 間 初 始 值寫(xiě) 入 完 畢 寫(xiě) 入 禁 止讀 取 時(shí) 鐘 芯 片中 的 時(shí) 鐘進(jìn) 行 液 晶 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換寫(xiě) 入 允 許是開(kāi) 始是 否 讀 完是否否 圖 29 DS1302時(shí)鐘程序流程圖 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 報(bào)警模塊采用蜂鳴器，和一個(gè) LED 燈組成，可以通過(guò)設(shè)置分別關(guān)閉。 D A C 8 5 1 2 初 始 化DAC8512是 否 進(jìn) 行 響 應(yīng)開(kāi) 始是否寫(xiě) D A C 8 5 1 2 地 址寫(xiě) 入 控 制 命 令寫(xiě) 入 數(shù) 字 信 號(hào)寄 存 輸 出 模 擬 信 號(hào)發(fā) 送 停 止 信 號(hào)DAC8512是 否 允 許 轉(zhuǎn) 換是 否 完 成 轉(zhuǎn) 換是否是否結(jié) 束 圖 33 數(shù)模轉(zhuǎn)換程序流程圖 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì) 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了 WT588D 語(yǔ)音芯片，讓它在特定的時(shí)候發(fā)出語(yǔ)音信息，從而使系統(tǒng)具有人性化。 在系統(tǒng)上電后，首先顯示的是水位監(jiān)控系統(tǒng)等字樣，同時(shí)語(yǔ)音做出相應(yīng)的提示，系統(tǒng)在等待輸入密碼的狀態(tài)下，鍵盤(pán)左鍵只作為確定鍵進(jìn)行密碼確定，右鍵是向右移位鍵，上、下功能鍵為密碼數(shù) 字加減鍵。當(dāng)密碼輸入完成后按鍵盤(pán)左鍵系統(tǒng)自動(dòng)判斷密碼進(jìn) 入到狀態(tài)顯示界面，其中包含模擬的實(shí)時(shí)水位信息、時(shí)鐘信息、地址、以及電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志等。其所有報(bào)警方式全部打 27 開(kāi)界面如圖 43 所示。當(dāng)調(diào)整的水位值比系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最小水位值還要低的時(shí)候，這時(shí)水位狀態(tài)顯示界面多了一個(gè)向下的箭頭“↓”代表直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，此時(shí)觀察直流電機(jī)正在反轉(zhuǎn)。水位監(jiān)控上位機(jī)監(jiān)控程序由專用的 VB 程序編寫(xiě)打包得到，可以分別設(shè)置水位上、下限，以及把報(bào)警開(kāi)關(guān)的命令發(fā)送給下位機(jī)水位監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)串口收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)相應(yīng)的命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 圖 53 水位上限值設(shè)置 設(shè)置水位下限值，點(diǎn)擊相應(yīng) 的水位下限設(shè)置按鈕，把水位監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)的下限值修改為所需要輸入的值。 圖 55 打開(kāi)報(bào)警界面 圖 56 系統(tǒng)報(bào)警修改為 ON 圖 57 關(guān)閉報(bào)警界面 32 圖 58 系統(tǒng)報(bào)警修改為 OFF 設(shè)計(jì)課題的誤差及缺陷分析 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了電位器進(jìn)行模擬水位監(jiān)控，當(dāng)達(dá)到最低水位 0米時(shí)需要 電壓，實(shí)際只要 ,存在 的誤差，所以在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候要進(jìn)行誤差補(bǔ)償。 在對(duì)設(shè)計(jì)選擇所需要的各個(gè)模塊過(guò)程中，能不斷加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)的綜合應(yīng)用能力 ，對(duì)水位監(jiān)控系統(tǒng)中的每個(gè)模塊功能也得到了更好的理解，并 對(duì)水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件的編寫(xiě)有了更深一步的了解。 在設(shè)計(jì)的這段日子里，通過(guò)不斷努 力學(xué)習(xí)和分析，不斷咨詢指導(dǎo)老師以及在指導(dǎo)老師不為辛苦的指導(dǎo)，終于給水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畫(huà)上了句號(hào)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)想的功能。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以操作方便、實(shí)時(shí)性、能和電腦通信、適用廣泛的設(shè)計(jì)思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作的。 設(shè)計(jì)體會(huì) 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對(duì)課堂學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，更是對(duì)學(xué)習(xí)課外知識(shí)能力的一種肯定。報(bào)警關(guān)閉修改后如圖 57 所示。如果要進(jìn)行水位上、下限修改，必須要輸入四位數(shù)字，系統(tǒng)才能對(duì)水位上、下限值進(jìn)行設(shè)置，否則彈出相應(yīng)提示。 圖 46 電機(jī)正轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面 圖 47 電機(jī)反轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面 圖 48 直流電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 圖 49 LED 報(bào)警 29 上位機(jī)監(jiān)控功能 具有串口通信的功能，通過(guò)串行連線和電腦相連接，電腦作為上位機(jī)通過(guò)VB 程序軟件編寫(xiě)監(jiān)控程序，波特率為 9600，選擇好相應(yīng)的端口并打開(kāi)， 對(duì)水位監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的協(xié)議命令，水位監(jiān)控系統(tǒng)在接收到系統(tǒng)命令后，根據(jù)命令的不同做出相應(yīng)的動(dòng)作 [15]。 圖 45 密碼修改顯示界面 調(diào)節(jié)水位的反映 在水位狀態(tài)顯示