【正文】 的 I/O數(shù)據(jù)口的管腳與單片機(jī)的 ， CLK 觸發(fā)脈沖口的管腳連接著單片機(jī)的 I/O 口 ， RST 復(fù)位端口管腳連接著單片機(jī)的輸入輸出口 ，通過對電路的整合。 圖 17 蜂鳴器報警電路 液晶顯示模塊電路 液晶屏作為輸出器件，在水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中采用了 LCD12232 液晶作為人機(jī)交互媒介，通過它可以很直觀的得知當(dāng)前水位信息，實時時間信息，以及電機(jī)是否進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等信息。 圖 15 下載電路 鍵盤模塊電路 鍵盤作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的輸入設(shè)備，能對系統(tǒng)的功能進(jìn)行操作和設(shè)置，只需要 4 個獨立式鍵盤就可以滿足水位監(jiān)控系統(tǒng)各個功能的操作需求。 圖 13 振蕩電路 （ 3）單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和對其進(jìn)行按鍵復(fù)位，當(dāng) 出現(xiàn)死機(jī)和運行錯誤的時候一般采用按鍵方式對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。 圖 11 WT588D 語音模塊 實物圖 11 硬件單元電路的設(shè)計 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 一塊單片機(jī)只有把它接入相 應(yīng)的電源，相應(yīng)的晶體振蕩電路，再加入相應(yīng)的復(fù)位電路然后下載相應(yīng)的程序，通過這樣組合的單片機(jī)才能正常的按照所寫的程序要求來執(zhí)行操作。 Vout：為模擬電壓的輸出管腳，通常在 之間。 MAX232芯片的管腳如圖 9 所示。 圖 7 直流電機(jī)驅(qū)動實物圖 蜂鳴器 蜂鳴器作為水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計報警發(fā)聲部件，通過發(fā)出嘀嘀的聲音告知運行值班人員水位是否超出設(shè)定的水位值。 CS：作為液晶顯示器的片選端口，只對高電平有效。通過對不同光源進(jìn)行實效控制，產(chǎn)生明暗的圖像顯示。 I/O：作為 DS1302 的雙向數(shù)據(jù)輸入輸出管腳。但應(yīng)用單片機(jī)內(nèi)部定時器來產(chǎn)生實時時鐘，這無疑是對單片機(jī)資源的一種浪費，而且還將影響水位監(jiān)控系統(tǒng)的其他主要功能，因而采用時鐘芯片進(jìn)行實時計時。 CS：為芯片的片選信號，一般為低電平有效。根據(jù)不同引腳分布的功能， TLC1549 還能通過三總線傳輸?shù)姆绞胶蛦纹瑱C(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換 [7]。通過分析對比，決定采用方案二對水位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。其方案包含電源、報警、模數(shù)轉(zhuǎn)換、測量、輸出、輸入、按鍵、電機(jī)等模塊，方案框圖如圖 1 所示。通過電位器模擬水位，其測量水位范圍為 米。通過老師的指導(dǎo)，查詢相關(guān)資料確定水位監(jiān)控系統(tǒng)各個硬件模塊的構(gòu)建制作，以及完善軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。從而造成水位超過最大上限時沒能打開相應(yīng)閘門或閥門及時放水或者當(dāng)水位低于最低下限時沒能及時的關(guān)閉相應(yīng)的閘門或閥門進(jìn)行相應(yīng)的蓄水。據(jù)初步測算，系統(tǒng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場所售其它同類產(chǎn)品，而且該系統(tǒng)具有應(yīng)用范圍廣、操作簡單、可靠性高等優(yōu)點，具有一定的推廣價值。因此，應(yīng)用新技術(shù)，實時監(jiān)控水庫水 位，有利于更好地對水資源進(jìn)行調(diào)度和管理。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包含電源、振蕩、復(fù)位、下載、鍵盤、顯示、時鐘、串行通信、模數(shù)轉(zhuǎn)換、模擬水位、報警、 電機(jī)等模塊 ,利用電子繪圖軟件進(jìn)行原理圖、 PCB 圖的繪制，并完成了硬件系統(tǒng)實物的制作。這不僅提高了水位監(jiān)控的安全性，實時性，更大程度提高了可靠性。通過他們可以將全國乃至全世界的水資源進(jìn)行資源共享和分析，這對于水資源的保護(hù)和合理利用有著重要的意義。利用 KEIL 單片機(jī)程序開發(fā)軟件編寫水位監(jiān)控系統(tǒng)相對應(yīng)的 C語言程序，并把它 編譯成單片機(jī)能識別的程序下載到硬件系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試，記下運行的結(jié)果 [4]。 設(shè)計方案 隨著科技的發(fā)展，水位監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了以基于單片機(jī)控制水位監(jiān)控系統(tǒng)和基于 PLC 控制的水位監(jiān)控系統(tǒng)，兩者都可實時直觀的顯示水位狀態(tài)，具有可靠性高、人機(jī)交互界面、遠(yuǎn)程通信監(jiān)控等優(yōu)點，在運行中可以很方便的修改水位的上下限，因而逐步取代傳統(tǒng)的水位監(jiān)控系統(tǒng)，成為當(dāng)代最主要的水位監(jiān)控系統(tǒng) [5]。 S T C 8 9 C 5 2報 警 模 塊通 信 模 塊鍵 盤 輸 入 模 塊L C D 顯 示 模 塊復(fù) 位 模 塊振 蕩 模 塊電 源 模 塊模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 模 塊時 鐘 模 塊 數(shù) 模 輸 出 模 塊電機(jī)控制模塊下 載 模 塊測量模塊 圖 2 方案二 系統(tǒng)框圖 結(jié)合上面兩種方案，比較 PLC 控制和單片機(jī)控制。 STC89C52RC 單片機(jī)的引腳圖如圖 3 所示。 ERF：轉(zhuǎn)換所需負(fù)參考電壓的輸入管腳。 GND：接地，一般不做特殊要求，全部的地都應(yīng)接在此管腳。 DS1302 芯片的管腳的主要功能描述： Vcc1： DS1302 芯片的主電源接入，為芯片的正常工作提供電源。 其管腳排列如圖 5 所示。 對于選擇的液晶串行方式主 要管腳的描述如下： VDD：液晶屏所需電源引入的管腳，管腳號為 1號。通過給定不同的模擬量數(shù)據(jù)使直流電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止轉(zhuǎn)動三個狀態(tài)來模擬閘門升降。 圖 8 蜂鳴器外觀圖 MAX232 芯片 MAX232芯片是能夠和通用 RS232通信標(biāo)準(zhǔn)兼容的一塊集成片。 CLK：觸發(fā)脈沖輸入管腳。其主要作用是在系統(tǒng)通電的時候通過語音提醒輸入密碼，當(dāng)輸入秘密正確時發(fā)出語音提醒系統(tǒng)已經(jīng)起動，當(dāng)水位發(fā)生變化時，提示超水位上限，超水位下限，通過發(fā)出相應(yīng)的報警聲音告知運行人員，使系統(tǒng)具有人性化。 圖 12 下載口電源電路 （ 2）單片機(jī)只有滿足相應(yīng)的時鐘信號才能進(jìn)行工作，時鐘信號由時鐘電路產(chǎn)生，通過在 STC89C52的 XT XT2 引腳上接入 的石英晶振外加兩個電容器 (電容器根據(jù)經(jīng)驗一般取 30PF)組成的電路為單片機(jī)提供時鐘信號。 圖 14 單片機(jī)復(fù)位電路 下載電路 水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了兩套下載電路，一套可以直接通過 RS232 串行通信口更改系統(tǒng)所必要的程序。在水位監(jiān)控系統(tǒng)中蜂鳴器的電路采用單片機(jī)的 I/O 口再加一個三極管（三極管根據(jù)經(jīng)驗一般采用 PNP 型）的方式來使蜂鳴器發(fā)出報警。 圖 18 LCD12232液晶顯示電路 DS1302 時鐘電路 DS1302 作為一款時鐘芯片，主要是為水位監(jiān)控系統(tǒng)提供時間的參考。 圖 20 數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路 模擬水位及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的水位數(shù)據(jù)信息采集至關(guān)重 要。還可以通過電腦對系統(tǒng)所需要的程序進(jìn)行更新，單片機(jī)在收到命令后并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，執(zhí)行相應(yīng)命令的動作 [18]。采用 作為燈光報警的反映端口。因此對于鍵盤模塊的程序設(shè)計有按鍵掃描程序以及鍵盤服務(wù)程序組成。 初 始 化P 1 . 7 送 低 電 平 , L E D 點 亮允 許 L E D 報 警開 始是否P 1 . 7 送 低 電 平 , L E D 點 亮P 3 . 3 送 低 電 平 , 蜂 鳴 器 不 響允 許 蜂 鳴 器 報 警是否P 3 . 3 送 高 電 平 , 蜂 鳴 器 響結(jié) 束圖 30 報警模塊程序流程圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計 TLC1549 是一個具有 10 位轉(zhuǎn)換能力的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，在對它進(jìn)行軟件設(shè)計 21 時，要對其進(jìn)行初始化操作，寫入控制命令，讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號信息等命令。 W T 5 8 8 D 初 始 化是 否 在 忙開 始寫 入 地 址 信 息讀 取 并 發(fā) 出 語 音否是 圖 34 語音模塊程序流程圖 23 VB 上位機(jī)設(shè)計 水位監(jiān)控系統(tǒng)具有與電腦通信功能，通過 VB 里的串口工具編寫水位監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件，軟件可以對水位信息進(jìn)行實時監(jiān)控，可以對水位上下限值進(jìn)行修改，以及打開或關(guān)閉報警操作 [19]。進(jìn)入界面后，按鍵左鍵作為進(jìn)入下個界面的按鍵，而右鍵為進(jìn)入日期顯示界面，和返回狀態(tài)界面 [21]。 圖 37 狀態(tài)顯示界面 當(dāng)前日期顯示 在狀態(tài)顯示界面如果按下右鍵就直接進(jìn)入日期顯示界面，從而顯示當(dāng)日的年月日，日期顯示界面的顯示如圖 38 所示。 圖 43 報警全打開界面 圖 44 時間修改界面 密碼修改 在時間顯示界面可以通過上、下按鍵以及按右鍵移位鍵對時間信息進(jìn)行修改，當(dāng)在此界面按下左鍵時，系統(tǒng)進(jìn)入密碼修改顯示界面，通過此界面可以對密碼進(jìn)行修改。其電機(jī)正轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面的反映如圖 46 所示。打開上位機(jī)軟件界面 如圖 50所示。 圖 54 水位上下限值修改 31 水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件還設(shè)置了能通過電腦修改報警開關(guān)的功能，通過點擊界面中的報警開關(guān)按鈕，報警打開，如圖 55 所示。 系統(tǒng)的密碼不能進(jìn)行掉電保存，從而在忘記密碼時需要對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。 33 結(jié)束語 設(shè)計課題為水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，從選擇課題開始，不斷的通過互聯(lián)網(wǎng)和圖書館查找相關(guān)資料，然后制定了設(shè)計計劃。在以后的學(xué)習(xí)中，對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，功能要不斷加強(qiáng)、不斷優(yōu)化。通過相關(guān)軟件對相關(guān)實物進(jìn)行設(shè)計和制作，然后進(jìn)行調(diào)試，編寫設(shè)計論文 說明書等。 上位機(jī)監(jiān)控軟件采用 的是 VB 編寫的上位機(jī)水位監(jiān)控系統(tǒng)程序，采用串口通信，從而限制了使用距離，可以通過轉(zhuǎn)成無線或光纖。報警修改后如圖56 所示。通過對比下位機(jī)得到結(jié)果，顯示如圖 51 所示，實時水位如圖 52所示。電機(jī)旋轉(zhuǎn)如圖48所示。反之就要進(jìn)入密碼輸入 界面輸入修改后的密碼。 圖 38 日期顯示界面 圖 39 水位上下限設(shè)置界面 26 水位上下限的修改 在水位上、下限設(shè)置界面如果通過上、下按鍵選 擇修改項，按右鍵就進(jìn)入相應(yīng)的上限或下限修改界面，值得注意的是在相應(yīng)的水位上、下限修改界面，只能通過按左鍵返回水位上、下限設(shè)置界面，相應(yīng)的水位上限修改界面顯示如圖 40所示。在時間界面再按下左鍵進(jìn)入密碼修改顯示屏，可以通過其他三鍵進(jìn)行密碼修改，如 果沒有進(jìn)行密碼修改，按下左鍵直接進(jìn)入水位狀態(tài)顯示屏，否則就進(jìn)入水位監(jiān)控系統(tǒng)，密碼輸入顯示。 圖 35 VB上位機(jī)界面圖 水位算法設(shè)計 水位監(jiān)控系統(tǒng)的水位算法是對水位進(jìn)行采樣 16 次，并對這 16 個數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，取其中出現(xiàn)最多的一個水位數(shù)據(jù)作為當(dāng)前水位數(shù)據(jù)，這樣對于水位信息讀取準(zhǔn)確性得到了保 證 [20]。 T L C 1 5 4 9 初 始 化 確 定 模 式TLC159是 否 進(jìn) 行 響 應(yīng)開 始是否寫 T L C 1 5 4 9 地 址 ,允 許 轉(zhuǎn) 換寫 入 控 制 命 令發(fā) 送 地 址讀 取 轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 停 止 信 號TLC159是 否 進(jìn) 行 響 應(yīng)TLC159是 否 進(jìn) 行 響 應(yīng)是否是否結(jié) 束 圖 31 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖 通信模塊程序設(shè)計 通信模塊采用串口方式，對其進(jìn)行程序設(shè)計包含對串口的初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)、以及接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。 開 始延 時 去 抖有 按 鍵 按 下有 按 鍵 按 下保 存 鍵 值返 回 鍵 值延 時結(jié) 束按 鍵 釋 放 ？NYNYYN 圖 27 鍵盤掃描程序流程圖 液晶顯示模塊程序設(shè)計 利用了 LCD12232 液晶顯示屏作為各種數(shù)據(jù)的顯示，對于 LCD12232 液晶顯示屏，水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了串行方式對其進(jìn)行控制，因此其程序的設(shè)計應(yīng)包含對液晶的初始化操作 和讀寫進(jìn)行操作。 圖 24 LED電路 撥動開關(guān)電路 設(shè)計中，利用撥動開關(guān)接 P0 口，因為一端與地相連，可以通過調(diào)節(jié)開關(guān)產(chǎn)生高低電平，產(chǎn)生所需要的地址信息，因而撥動開關(guān)的連電路接的形式如圖 25所示。通信模塊的接 16 線圖如圖 22所示。同時在電路設(shè)計中預(yù)留了傳感器輸入端口，只需要加入相應(yīng)的跳線帽，便可以方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，方便傳感器進(jìn)行實際的水位監(jiān)控測量。單片機(jī)首先通過片選管腳選中時鐘芯片，再給相應(yīng)的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號，命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應(yīng)的寄存器或把時間數(shù)據(jù)讀出給單片機(jī)。 其蜂鳴器連接方式如圖 17所示。水位監(jiān)控系統(tǒng)更新程序需要的下載電路如圖 15 所示。時鐘電路如圖 13所示。 WT588D 語音模塊的實物圖如圖 11所示。 SDI：數(shù)字信號的輸入管腳。 在水位監(jiān)控系統(tǒng)中是把單片機(jī)所測的水位以及其他數(shù)據(jù)產(chǎn)生的串行輸出TTL 電平信號轉(zhuǎn)換為電腦能識別的 RS232 電平信號，實現(xiàn)與電腦通信的能力，從而使電腦具備上位機(jī)的功能，水位監(jiān)控系統(tǒng)具備下位機(jī)的功能 [12]。其實物圖如圖 7所示。 8 SID：液晶串行所需的數(shù)據(jù)輸入管腳。 液晶屏在兩塊玻璃中加入液晶等材料，通過兩個電極產(chǎn)生電場，使液晶分子在電場的效應(yīng)下產(chǎn)生不規(guī)則的運動。芯片根據(jù)對兩個電源的管腳電壓值進(jìn) 行比較，確定從哪個管腳獲取能量。 圖 4 TLC1549管腳圖 DS1302 時鐘芯片 產(chǎn)生時間的方法有很多，其中可以直接用單片機(jī)中的內(nèi)部定時器計時。 ANALOG IN：為模擬信號的輸入口，需要把要測的模擬信號接入該引腳。 TLC1549 抗干擾，抗噪聲的能力強(qiáng)，對于轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映模擬信號。單片機(jī)控制