【文章內(nèi)容簡介】 中，需要與電腦（上位機）進行數(shù)據(jù)傳輸，以及接收上位機所發(fā)出的命令。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(yīng)的處理，執(zhí)行相應(yīng)命令的動作[18]。采用RS232串行通信口進行通信，其中主要的芯片為MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，對其進行電路設(shè)計，,，采用串行線的方式與電腦相連接。通信模塊的接線圖如圖22所示。圖21 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖22 通信模塊電路 語音報警模塊電路對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的起動、水位超高上限、超低下限都有相應(yīng)的語音進行通報。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。、因而其語音報警的接線形式圖如圖23所示。圖23 語音報警電路 LED電路對于水位超高上限、超低下限，在報警開關(guān)打開的時候，將有相應(yīng)的一個LED燈點亮作為燈光報警。把LED陰極連接在一起在，作為LED電路接線方式，LED另一端分別接入單片機P1管腳，只要P1口有高電平時點亮。因而光報警的連電路接的形式如圖24所示。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。圖25 撥動開關(guān)電路4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 軟件設(shè)計的描述對于水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)軟件包含著系統(tǒng)監(jiān)控、LCD1223液晶顯示、按鍵掃描、TLC1549轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換、DS1302時鐘模塊、語音模塊、報警、串口通信模塊等模塊化程序，以及其它必須要有的基本模塊程序。 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計程序設(shè)計抓住硬件系統(tǒng)的每一個模塊進行分模塊化設(shè)計，這樣更加方便程序的檢查和日后對系統(tǒng)功能的升級，將分模塊對系統(tǒng)的程序進行介紹。 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。流程圖如圖26所示。 圖26 系統(tǒng)監(jiān)控程序流程圖 鍵盤模塊程序設(shè)計水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了四位一體的獨立式鍵盤，采用掃描的方式進行按鍵掃描。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。鍵盤模塊相對應(yīng)的程序操作如圖27所示。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行操作。液晶顯示程序操作的方法如圖28所示。 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。水位監(jiān)控系統(tǒng)中DS1302時鐘程序的設(shè)計如圖29所示。圖29 DS1302時鐘程序流程圖 報警模塊程序設(shè)計報警模塊采用蜂鳴器，和一個LED燈組成，可以通過設(shè)置分別關(guān)閉。報警模塊程序動作步驟如圖30所示。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，在對它進行軟件設(shè)計時，要對其進行初始化操作，寫入控制命令，讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號信息等命令。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊操作步驟如圖31所示。 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)并進行處理。串口通信模塊程序的操作步驟如圖32所示。圖32 串口通信流程圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計DAC8512是一個具有12位轉(zhuǎn)換能力的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，在對其進行軟件設(shè)計時，要對其進行初始化操作，寫入控制命令，以及讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號信息等命令。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的操作步驟方式如圖33所示。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。語音模塊程序的操作步驟的方式如圖34所示 。圖34 語音模塊程序流程圖 VB上位機設(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(guān)閉報警操作[19]。具體界面如圖35所示。圖35 VB上位機界面圖 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]。5 系統(tǒng)調(diào)試運行及結(jié)果分析 系統(tǒng)使用說明首先把各個硬件模塊通過杜邦線連接在一起，組成水位監(jiān)控系統(tǒng)，再為水位監(jiān)控系統(tǒng)提供電源。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。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。在系統(tǒng)上電后，首先顯示的是水位監(jiān)控系統(tǒng)等字樣，同時語音做出相應(yīng)的提示，系統(tǒng)在等待輸入密碼的狀態(tài)下，鍵盤左鍵只作為確定鍵進行密碼確定，右鍵是向右移位鍵，上、下功能鍵為密碼數(shù)字加減鍵。只有當密碼輸入正確后，系統(tǒng)才進入狀態(tài)顯示界面。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]。當按下左鍵即從狀態(tài)顯示屏進入到水位上、下限的設(shè)置，通過上、下按鍵選擇，右鍵進入所選擇的要設(shè)置的水位限值，在上、下限設(shè)置界面按下左鍵即進入到聲光報警開關(guān)的設(shè)置，通過右鍵可以對其開關(guān)進行打開或關(guān)閉，從這個界面，再按下左鍵即進入系統(tǒng)時間的設(shè)置可以通過其他三個按鍵對時間、日期、星期、年月進行設(shè)置。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。以此循環(huán)操作。 系統(tǒng)運行結(jié)果 密碼輸入下載編寫好的水位監(jiān)控系統(tǒng)軟件至系統(tǒng)中，將水位監(jiān)控系統(tǒng)利用專用電源通電并打開電源開關(guān)，通過觀察，將出現(xiàn)的密碼輸入界面如圖36所示。圖36 密碼輸入界面 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。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。狀態(tài)顯示的界面如圖37所示。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。如果是按下左鍵即進入水位上、下限的設(shè)置界面，水位上下限設(shè)置界面的顯示如圖39所示。 圖38 日期顯示界面 圖39 水位上下限設(shè)置界面 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。水位下限修改界面顯示如圖41所示。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。其所有報警方式全部打開界面如圖43所示。如果在報警開關(guān)修改界面按下左鍵系統(tǒng)即進入時間日期修改顯示界面，其時間日期修改界面的顯示如圖44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。在密碼修改界面如果沒有通過上、下按鍵和右鍵移位按鍵對密碼進行修改，即按下左鍵按鍵時，系統(tǒng)直接進入水位狀態(tài)顯示界面。反之就要進入密碼輸入界面輸入修改后的密碼。其密碼修改界面的顯示如圖45所示。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)顯示界面，通過調(diào)節(jié)模擬水位的電位器來調(diào)整當前水位值。當調(diào)整的水位值比系統(tǒng)預設(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)。當調(diào)整的水位值比系統(tǒng)預設(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)。如果報警開關(guān)全都打開，這時蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，語音模塊分別發(fā)出水位超上限或發(fā)出水位超下限的提醒，同時報警的LED燈點亮。其電機正轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面的反映如圖46所示。電機反轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面的反映如圖47所示。電機旋轉(zhuǎn)如圖48所示。LED燈報警如圖49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 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]。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。水位監(jiān)控上位機監(jiān)控程序由專用的VB程序編寫打包得到，可以分別設(shè)置水位上、下限，以及把報警開關(guān)的命令發(fā)送給下位機水位監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過串口收到的數(shù)據(jù)進行對比，根據(jù)相應(yīng)的命令進行相應(yīng)的動作。同時下位機水位監(jiān)控系統(tǒng)能實時的把水位信息傳送給上位機，這樣就給運行人員帶來了明確的實時水位信息。打開上位機軟件界面如圖50所示。圖50 上位機軟件界面打開監(jiān)控軟件后，根據(jù)實際要求找到相應(yīng)的端口，在監(jiān)控軟件中，通過選擇相應(yīng)的端口，上位監(jiān)控系統(tǒng)就可以顯示當前水位。通過對比下位機得到結(jié)果，顯示如圖51所示，實時水位如圖52所示。圖51 水位顯示圖52 實時水位水位監(jiān)控系統(tǒng)中上位機軟件對水位上、下限的默認值進行初始化。如果要進行水位上、下限修改，必須要輸入四位數(shù)字，系統(tǒng)才能對水位上、下限值進行設(shè)置，否則彈出相應(yīng)提示。進行水位上限設(shè)置如圖53所示。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。水位下限設(shè)置如圖54所示。圖54 水位上下限值修改水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機軟件還設(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。當按鈕在打開報警的狀態(tài)的時，點擊它，就把水位監(jiān)控系統(tǒng)所有報警開關(guān)修改為ON。報警修改后如圖56所示。當按鈕在關(guān)閉報警的狀態(tài)的時，點擊它，就把水位監(jiān)控系統(tǒng)所有報警開關(guān)修改為OFF。報警關(guān)閉修改后如圖57所示。報警修改后如圖58所示。圖55 打開報警界面圖56 系統(tǒng)報警修改為ON圖57 關(guān)閉報警界面圖58 系統(tǒng)報警修改為OFF 設(shè)計課題的誤差及缺陷分析水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了電位器進行模擬水位監(jiān)控，,，所以在實際應(yīng)用的時候要進行誤差補償。水位監(jiān)控系統(tǒng)的程序是利用C51編寫，由于在編譯的時候需要把C51編寫的程序轉(zhuǎn)換為匯編，從而在延時函數(shù)上有將近1ms的誤差。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。在應(yīng)用中應(yīng)加入保存。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(zhuǎn)成無線或光纖。時間顯示沒加電池，在掉電情況下時間不走，在實際應(yīng)用中應(yīng)加上電池。 設(shè)計體會水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是對課堂學習效果的檢驗，更是對學習課外知識能力的一種肯定。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。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。通過設(shè)計，加強了單片機系統(tǒng)開發(fā)的能力，提高了發(fā)現(xiàn)問題、解決的問題能力，深刻影響著以后的學習和工作。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。通過老師的指導，先后完成了課題設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容，課題開題報告的編寫、外文翻譯的書寫、對水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案等進行了確定。通過相關(guān)軟件對相關(guān)實物進行設(shè)計和制作，然后進行調(diào)試，編寫設(shè)計論文說明書等。這個過程，雖然時間不長，但收獲卻很多，對單片機以及其他相關(guān)知識有了更加深入的探究和了解，也讓學習能力、編程能力、動手能力以及各種相關(guān)軟件的使用能力有了明顯提高。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。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