【正文】 的 I/O數(shù)據(jù)口的管腳與單片機的 ， CLK 觸發(fā)脈沖口的管腳連接著單片機的 I/O 口 ， RST 復位端口管腳連接著單片機的輸入輸出口 ，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)的設計中采用了 LCD12232 液晶作為人機交互媒介，通過它可以很直觀的得知當前水位信息，實時時間信息，以及電機是否進行旋轉等信息。 圖 15 下載電路 鍵盤模塊電路 鍵盤作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的輸入設備，能對系統(tǒng)的功能進行操作和設置，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）單片機的復位有上電復位和對其進行按鍵復位，當 出現(xiàn)死機和運行錯誤的時候一般采用按鍵方式對單片機進行復位操作。 圖 11 WT588D 語音模塊 實物圖 11 硬件單元電路的設計 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) 一塊單片機只有把它接入相 應的電源，相應的晶體振蕩電路，再加入相應的復位電路然后下載相應的程序，通過這樣組合的單片機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 直流電機驅動實物圖 蜂鳴器 蜂鳴器作為水位監(jiān)控系統(tǒng)設計報警發(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。但應用單片機內部定時器來產(chǎn)生實時時鐘，這無疑是對單片機資源的一種浪費，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進行串行數(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)進行設計。其方案包含電源、報警、模數(shù)轉換、測量、輸出、輸入、按鍵、電機等模塊，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，查詢相關資料確定水位監(jiān)控系統(tǒng)各個硬件模塊的構建制作，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閘門或閥門及時放水或者當水位低于最低下限時沒能及時的關閉相應的閘門或閥門進行相應的蓄水。據(jù)初步測算，系統(tǒng)成本遠遠低于市場所售其它同類產(chǎn)品，而且該系統(tǒng)具有應用范圍廣、操作簡單、可靠性高等優(yōu)點，具有一定的推廣價值。因此，應用新技術，實時監(jiān)控水庫水 位，有利于更好地對水資源進行調度和管理。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包含電源、振蕩、復位、下載、鍵盤、顯示、時鐘、串行通信、模數(shù)轉換、模擬水位、報警、 電機等模塊 ,利用電子繪圖軟件進行原理圖、 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行資源共享和分析，這對于水資源的保護和合理利用有著重要的意義。利用 KEIL 單片機程序開發(fā)軟件編寫水位監(jiān)控系統(tǒng)相對應的 C語言程序，并把它 編譯成單片機能識別的程序下載到硬件系統(tǒng)中進行調試，記下運行的結果 [4]。 設計方案 隨著科技的發(fā)展，水位監(jiān)控系統(tǒng)技術也有了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了以基于單片機控制水位監(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、人機交互界面、遠程通信監(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 位 模 塊振 蕩 模 塊電 源 模 塊模 數(shù) 轉 換 模 塊時 鐘 模 塊 數(shù) 模 輸 出 模 塊電機控制模塊下 載 模 塊測量模塊 圖 2 方案二 系統(tǒng)框圖 結合上面兩種方案，比較 PLC 控制和單片機控制。 STC89C52RC 單片機的引腳圖如圖 3 所示。 ERF：轉換所需負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)使直流電機進行正轉、反轉、停止轉動三個狀態(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通信標準兼容的一塊集成片。 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，當輸入秘密正確時發(fā)出語音提醒系統(tǒng)已經(jīng)起動，當水位發(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）單片機只有滿足相應的時鐘信號才能進行工作，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提供時鐘信號。 圖 14 單片機復位電路 下載電路 水位監(jiān)控系統(tǒng)設計了兩套下載電路，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)模轉換的電路 模擬水位及模數(shù)轉換模塊電路 模數(shù)轉換對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的水位數(shù)據(jù)信息采集至關重 要。還可以通過電腦對系統(tǒng)所需要的程序進行更新，單片機在收到命令后并對其進行相應的處理，執(zhí)行相應命令的動作 [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計有按鍵掃描程序以及鍵盤服務程序組成。 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 束圖 30 報警模塊程序流程圖 模數(shù)轉換模塊程序設計 TLC1549 是一個具有 10 位轉換能力的模數(shù)轉換芯片，在對它進行軟件設計 21 時，要對其進行初始化操作，寫入控制命令，讀取轉換的數(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 上位機設計 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)上位機監(jiān)控軟件，軟件可以對水位信息進行實時監(jiān)控，可以對水位上下限值進行修改，以及打開或關閉報警操作 [19]。進入界面后，按鍵左鍵作為進入下個界面的按鍵，而右鍵為進入日期顯示界面，和返回狀態(tài)界面 [21]。 圖 37 狀態(tài)顯示界面 當前日期顯示 在狀態(tài)顯示界面如果按下右鍵就直接進入日期顯示界面，從而顯示當日的年月日，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行修改，當在此界面按下左鍵時，系統(tǒng)進入密碼修改顯示界面，通過此界面可以對密碼進行修改。其電機正轉水位狀態(tài)顯示界面的反映如圖 46 所示。打開上位機軟件界面 如圖 50所示。 圖 54 水位上下限值修改 31 水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機軟件還設置了能通過電腦修改報警開關的功能，通過點擊界面中的報警開關按鈕，報警打開，如圖 55 所示。 系統(tǒng)的密碼不能進行掉電保存，從而在忘記密碼時需要對系統(tǒng)進行復位。 33 結束語 設計課題為水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計，從選擇課題開始，不斷的通過互聯(lián)網(wǎng)和圖書館查找相關資料，然后制定了設計計劃。在以后的學習中，對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計，功能要不斷加強、不斷優(yōu)化。通過相關軟件對相關實物進行設計和制作，然后進行調試，編寫設計論文 說明書等。 上位機監(jiān)控軟件采用 的是 VB 編寫的上位機水位監(jiān)控系統(tǒng)程序，采用串口通信，從而限制了使用距離，可以通過轉成無線或光纖。報警修改后如圖56 所示。通過對比下位機得到結果，顯示如圖 51 所示，實時水位如圖 52所示。電機旋轉如圖48所示。反之就要進入密碼輸入 界面輸入修改后的密碼。 圖 38 日期顯示界面 圖 39 水位上下限設置界面 26 水位上下限的修改 在水位上、下限設置界面如果通過上、下按鍵選 擇修改項，按右鍵就進入相應的上限或下限修改界面，值得注意的是在相應的水位上、下限修改界面，只能通過按左鍵返回水位上、下限設置界面，相應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入密碼修改顯示屏，可以通過其他三鍵進行密碼修改，如 果沒有進行密碼修改，按下左鍵直接進入水位狀態(tài)顯示屏，否則就進入水位監(jiān)控系統(tǒng)，密碼輸入顯示。 圖 35 VB上位機界面圖 水位算法設計 水位監(jiān)控系統(tǒng)的水位算法是對水位進行采樣 16 次，并對這 16 個數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，取其中出現(xiàn)最多的一個水位數(shù)據(jù)作為當前水位數(shù)據(jù)，這樣對于水位信息讀取準確性得到了保 證 [20]。 T L C 1 5 4 9 初 始 化 確 定 模 式TLC159是 否 進 行 響 應開 始是否寫 T L C 1 5 4 9 地 址 ,允 許 轉 換寫 入 控 制 命 令發(fā) 送 地 址讀 取 轉 換 后 的 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 停 止 信 號TLC159是 否 進 行 響 應TLC159是 否 進 行 響 應是否是否結 束 圖 31 模數(shù)轉換程序流程圖 通信模塊程序設計 通信模塊采用串口方式，對其進行程序設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 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行控制，因此其程序的設計應包含對液晶的初始化操作 和讀寫進行操作。 圖 24 LED電路 撥動開關電路 設計中，利用撥動開關接 P0 口，因為一端與地相連，可以通過調節(jié)開關產(chǎn)生高低電平，產(chǎn)生所需要的地址信息，因而撥動開關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。同時在電路設計中預留了傳感器輸入端口，只需要加入相應的跳線帽，便可以方便的進行轉換，方便傳感器進行實際的水位監(jiān)控測量。單片機首先通過片選管腳選中時鐘芯片，再給相應的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號，命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應的寄存器或把時間數(shù)據(jù)讀出給單片機。 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的功能，水位監(jiān)控系統(tǒng)具備下位機的功能 [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 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中的內部定時器計時。 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，對于轉換的數(shù)字信號數(shù)據(jù)能準確反映模擬信號。單片機控制