【正文】 視手動監(jiān)控發(fā)展到如今的基于單片機自動控制，這對于水位監(jiān)控不僅是從技術(shù)上解決人工監(jiān)控的誤差，更有利于對水資源的合理利用和節(jié)約用水。所以對水庫或水箱水位的監(jiān)控引入具有操作簡單、維護方便、實時反應(yīng)水位信息、水位信息遠距離傳送、實時水位報警、并根據(jù)實時水位情況準確控制相應(yīng)電機的自動化水位監(jiān)控系統(tǒng)，已必不可少。 （ 2）具有上位機通信能力，能通過電腦對系統(tǒng)的水位上下限制進行設(shè)置，并把水位信息傳送至電腦。 5 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 主要元器件介紹 STC89C52 單片機 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計采用 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)的核心。 I/O CLOCK： TLC1549 的輸入輸出所需的時鐘接口。為 DS1302 芯片提供輸入信息，作為輸出口把 DS1302 芯片的信息通過此管腳輸入給單片機。 選擇的液晶顯示器實物如圖 6所示。 圖 9 MAX232的管腳圖 DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 采用 DAC8512芯片作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片， DAC8512作為一款具有 12位高速轉(zhuǎn)換能力的 D/A 芯片，采用三總線控制方式，只需要 5V 單電源，內(nèi)部有輸出的緩沖放大器 [13]。因而對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，首先要對單片機的最小系統(tǒng)要進行設(shè)計規(guī)劃。鍵盤電路為共陰極設(shè)計，即有按鍵按下的時候，單片機通過掃描發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的端口有低電平即為按鍵的按下，通過消抖，做出相應(yīng)的執(zhí)行動作。 DS1302 在水位監(jiān)控系統(tǒng)中的接線如圖 19 所示。語音報警電路主要采用 WT588D 語音芯片，采用三線串口的方式進行控制，當通過片選信號選定后，通過單片機給定一定的脈沖信號，再根據(jù)脈沖信號發(fā)送命令和要讀出語音的地址信號給語音芯片。 開 始初 始 化 設(shè) 置寫 命 令 函 數(shù)顯 示 處 理 函 數(shù)結(jié) 束清 屏 處 理 函 數(shù)寫 數(shù) 據(jù) 函 數(shù) 圖 28 液晶顯示程序流程圖 DS1302 時鐘程序設(shè)計 時鐘芯片是為系統(tǒng)提供時間信息 ,工作原理為首先向 DS1302 芯片中寫入相應(yīng)的初始時鐘信息，通過外部的晶振使其自動進行計時工作，然后再通過單片機 20 向時鐘芯片發(fā)送命令，讀取在 DS1302 寄存器中的時間數(shù)據(jù)，時鐘芯片在收到命令后通過單片機對它的觸發(fā)脈沖進行數(shù)據(jù)傳出。通過串行通信接口或者使用專用的下載線，把編譯好的程序下載到系統(tǒng)中去。如果在水位上、下限設(shè)置界面按下左鍵系統(tǒng)將進入報警修改界面的顯示，如圖 42 所示。 圖 46 電機正轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面 圖 47 電機反轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面 圖 48 直流電機進行正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 圖 49 LED 報警 29 上位機監(jiān)控功能 具有串口通信的功能，通過串行連線和電腦相連接，電腦作為上位機通過VB 程序軟件編寫監(jiān)控程序，波特率為 9600，選擇好相應(yīng)的端口并打開， 對水位監(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)的動作 [15]。報警關(guān)閉修改后如圖 57 所示。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要以操作方便、實時性、能和電腦通信、適用廣泛的設(shè)計思路來進行設(shè)計、制作的。 在對設(shè)計選擇所需要的各個模塊過程中，能不斷加強對單片機的綜合應(yīng)用能力 ，對水位監(jiān)控系統(tǒng)中的每個模塊功能也得到了更好的理解，并 對水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機軟件的編寫有了更深一步的了解。 圖 53 水位上限值設(shè)置 設(shè)置水位下限值，點擊相應(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。當調(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候，這時水位狀態(tài)顯示界面多了一個向下的箭頭“↓”代表直流電機反轉(zhuǎn)，此時觀察直流電機正在反轉(zhuǎn)。當密碼輸入完成后按鍵盤左鍵系統(tǒng)自動判斷密碼進 入到狀態(tài)顯示界面，其中包含模擬的實時水位信息、時鐘信息、地址、以及電機正反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)標志等。 D A C 8 5 1 2 初 始 化DAC8512是 否 進 行 響 應(yīng)開 始是否寫 D A C 8 5 1 2 地 址寫 入 控 制 命 令寫 入 數(shù) 字 信 號寄 存 輸 出 模 擬 信 號發(fā) 送 停 止 信 號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 語音模塊程序設(shè)計 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了 WT588D 語音芯片，讓它在特定的時候發(fā)出語音信息，從而使系統(tǒng)具有人性化。流程圖如圖 26 所示。其模數(shù)轉(zhuǎn)換接線形式圖如圖 21所示。單片機首先通過片選管腳選中液晶顯示器，再給相應(yīng)的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號，把命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應(yīng)的寄存器，從而通過這些引腳實現(xiàn)液晶屏的相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)的功能。按復(fù)位鍵通過電容（一般采用 104）對單片機產(chǎn)生復(fù)位信號。 DAC8512數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的管腳圖如圖 10所示。但要注意蜂鳴器的正極不能接反。通過顯示屏可以對水位監(jiān)控系統(tǒng)進行功能、時間、密碼的設(shè)置以及明確得知實時水位信息、地址信息、電機正反轉(zhuǎn)狀態(tài)等信息。比如要把24/12 小時制的實時時鐘進行調(diào)整，以及對其年、月、日、星期等數(shù)據(jù)的調(diào)整， 7 只需將單片機通過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行實時計時，并能自動的對時鐘、天數(shù)、年、月、日進行調(diào)整 [9]。當輸入的模擬電壓大于或等于正參考值時，數(shù)字信號輸出即為所能轉(zhuǎn)換的最大值。以及相 對應(yīng)的各個模塊的軟件系統(tǒng)，并且利用 VB 編寫上該系統(tǒng)的上位機程序?qū)λ恍畔⑦M行監(jiān)控和控制。 水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計采用的是基于 51 單片機為核心，由獨立 電源 供電模塊、下載模塊、液晶顯示模塊（采用 LCD1232 液晶顯示器）、鍵盤接口模塊（采用 4個獨立式按鍵鍵盤）、 MAX232 通信、 DS1302 時鐘芯片、 TLC1549 模數(shù)轉(zhuǎn)換、DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換、聲光報警、直流電機控制等模塊組成 [3]。 在以前，對水庫和水箱的控制一般是基于人工進行控制的，由于人工操作存在不及時、不準確，容易造成很大測量誤差，在這種情況下帶來的危機，輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)量，重則影響人員和設(shè)備的安全。 單片機技術(shù)越來越成熟，現(xiàn)如今單片機更是向著高度集成、低功耗、低價格、處理速度高等方向發(fā)展，因而越來越多的水位監(jiān)控系統(tǒng)采用單片機來控制，這種系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、易于操作、維護簡單方便等特點，一般大量應(yīng)用于大型的水庫以及工業(yè)生產(chǎn)。這對于節(jié)約水資源和合理利用水資源有著不可代替的意義[2]。 （ 3）具有系統(tǒng)軟件更新升級的能力。 STC89C52單片機是 STC 公司生產(chǎn)制造的，采用 PQFP 封裝，具有 44 個引腳，相比 DIP 封裝多了四個 NA 引腳，具有豐富的資源，有一個 8 位的高性能并行處理器和一個布爾處理器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 512B 字節(jié)，內(nèi)部程序存儲器大小達到 8KB字節(jié)，并采用電可擦除寫入的 FlashROM 方式 ，方便對程序的更新。 DATA OUT：轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸出接口。 X X2： DS1302 芯片晶振的輸入管腳，為 DS1302 芯片提供振蕩信號。 圖 6 LCD12232液晶顯示屏 直流電機驅(qū)動模塊 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用直流電機作為模擬的水庫閘門、水箱閥門。對于芯片所需的基準電壓為內(nèi)置的 ，具有分辨率為每位 1mv。 （ 1）電源電路部分： 水位監(jiān)控系統(tǒng)的各個功能實現(xiàn)首先必須要對其引入穩(wěn)定的供電電壓 +5V，能讓各個模塊具有驅(qū)動能力。由于獨立式鍵盤的每個按鍵連接著單片機的不同 端口，所以各個按鍵相互獨立，不干擾，四個按鍵分別為左鍵（ P10）、上鍵（ P13）、下鍵（ P12）、右鍵（ P11）。 圖 19 DS1302時鐘電路 數(shù)模 轉(zhuǎn)換模塊電路 由于要驅(qū)動直流電機用來模擬水庫閘門、水箱的閥門，所以需要模擬信號的 15 輸出，使用 DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)，對其進行電路設(shè)計 [17]。 因此語音芯片的 DATA 數(shù)據(jù)口接入單片機的 、 CLK 觸發(fā)脈沖接入單片機的 、 CS 使能端接入單片機的 ，因而其語音報警的接線形式圖如圖 23 所示 。 水位監(jiān)控系統(tǒng)中 DS1302 時鐘程序的設(shè)計如圖 29所示。通過按相應(yīng)的按鍵、操作上位機軟件和調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器，觀察各個模塊反映的現(xiàn)象，從而得出結(jié)論。 圖 40 水位上限修改界面 圖 41 水位下限修改界面 圖 42 報警開關(guān)修改界面 報警開關(guān) 在報警開關(guān)修改界面，其報警開關(guān)可以通過上、下按鍵選擇要打開或關(guān)閉的報警方式，通過按下右鍵對其開關(guān)進行分別打開 或關(guān)閉。通過設(shè)計把通信協(xié)議格式有開始符 (A),地址（ E1）由撥碼開關(guān)接 P0 產(chǎn)生，命令符一位，數(shù)據(jù)，結(jié)束符（ F）組成。報警修改后如圖 58 所示。水位監(jiān)控系統(tǒng)與其他的監(jiān)控系統(tǒng)相比較，設(shè)計的系統(tǒng)具有成本低、操作簡單、易懂、維護方便、系統(tǒng)軟件升級容易等優(yōu)點，不僅能適用于大型水庫的水位監(jiān)控，也適合于普通家庭水塔水位的監(jiān)控，同時也可以利用本系統(tǒng)對水資源進行合理利用。 針對水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，從最開始選擇課題，到初步確定設(shè)計方案，以及后續(xù)利用專用軟件對所需電路、程序嚴格按照要求進行設(shè)計，整個過程涉及到了問題的研究以及可行性分析，與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。進行水位上限設(shè)置如圖 53 所示。當調(diào) 28 整的水位值比系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最大水位值還要高的時候，這時水位狀態(tài)顯示界面多了一個向上的箭頭“↑”代表直流電機正轉(zhuǎn)，此時觀察直流電機正在正轉(zhuǎn)。 圖 36 密碼輸入界面 25 水位信息狀態(tài)顯示 系統(tǒng)顯示的第一界面為歡迎界面，在此界面需要進行必要的密碼輸入，系統(tǒng)的初始密碼為四個 0，通過鍵盤右鍵和上下鍵，鍵入該四位密碼。 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的操作步驟方式如圖 33 所示。 系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計 水位監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)監(jiān)控程序又叫主函數(shù)程序，主要作用是在系統(tǒng)通電后對系統(tǒng)所有的模塊產(chǎn)生初始化命令，并對串口通信進行初始化，密碼輸入正確后，讀取水位信息、讀取 DS1302 中的時鐘信息，讀取地址信息，同時進入水位信息、時間、地址顯示的狀態(tài)顯示界面，等待按鍵掃描。從而實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 [2]。并采用三極管加電阻 14 對其必要進行驅(qū)動，液晶屏的 片選管腳與單片機的 端口相接 ,串行數(shù)據(jù)口SID 接入單片機的 口，液晶屏所需要的脈沖 CLK 接入單片機的 口。 單片機復(fù)位信號的產(chǎn)生采用了按鍵方式的電路設(shè)計。 CLR：清空模擬數(shù)據(jù)的管腳，一般低電平有效。蜂鳴器的組成一 9 般由振膜、電磁感應(yīng)線圈組成，其結(jié)構(gòu)簡 單，使用方便，適用于各種聲音報警場合。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計采用的是 LCD12232液晶屏作為信息顯示。 DS1302 具有顯 示實時時間信息和對實時時間進行處理的功能。通過和 REF引腳相配合對輸入的模擬電壓最高值，最低值進行設(shè)定。硬件系統(tǒng)核心采用的是 STC89C52單片機，系統(tǒng)包含電源、振蕩、復(fù)位、下載、鍵盤（采用 4位一體的獨立式按鍵）、顯示（用 LCD12232 液晶作為顯示媒介）、時鐘（ DS1302 產(chǎn)生時鐘信號）、串行通信、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ TLC1549 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片）、模擬水位、報警（蜂鳴器加 LED 燈光）、數(shù)模轉(zhuǎn)換（ DAC8512）、直流電機等模塊 [6]。 設(shè)計的主要工作 水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是：水位監(jiān)控系統(tǒng)中硬件設(shè)計配合軟件設(shè)計，即把水位監(jiān)控系統(tǒng)所需要的各個硬件模塊的設(shè)計配合軟件 設(shè)計，把硬件模塊和軟件模塊進行聯(lián)調(diào)，得出結(jié)果。 s automatic control based on microcontroller, which is not only solve the errors of manual monitoring in technical for water level monitoring, but also more conducive to the rational use of water and the conservation of water. SCM technology bees more mature. And now it is developing to the direction of high integrated singlechip, lowpower, lowcost, high processing speed. Thus more and more water level’s monitoring systems are using the microcontroller to control. This system is low cost, high reliability, easy operation, easy maintenance, etc..So it is generally used in large reservoirs and industrial production. The design of water level’s monitoring system is suitable for public use. The volume is relatively small, and it’s fullfea