【正文】 在以后的學(xué)習(xí)中，對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，功能要不斷加強(qiáng)、不斷優(yōu)化。 在設(shè)計(jì)的這段日子里，通過不斷努 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)畫上了句號，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)思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作的。通過相關(guān)軟件對相關(guān)實(shí)物進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，然后進(jìn)行調(diào)試，編寫設(shè)計(jì)論文 說明書等。 33 結(jié)束語 設(shè)計(jì)課題為水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jì)計(jì)劃。 在對設(shè)計(jì)選擇所需要的各個(gè)模塊過程中，能不斷加強(qiáng)對單片機(jī)的綜合應(yīng)用能力 ，對水位監(jiān)控系統(tǒng)中的每個(gè)模塊功能也得到了更好的理解，并 對水位監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件的編寫有了更深一步的了解。 設(shè)計(jì)體會 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對課堂學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，更是對學(xué)習(xí)課外知識能力的一種肯定。 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。 系統(tǒng)的密碼不能進(jìn)行掉電保存，從而在忘記密碼時(shí)需要對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。 圖 55 打開報(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。報(bào)警關(guān)閉修改后如圖 57 所示。報(bào)警修改后如圖56 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(bào)警開關(guān)的功能，通過點(diǎn)擊界面中的報(bào)警開關(guān)按鈕，報(bào)警打開，如圖 55 所示。 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。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)才能對水位上、下限值進(jìn)行設(shè)置，否則彈出相應(yīng)提示。通過對比下位機(jī)得到結(jié)果，顯示如圖 51 所示，實(shí)時(shí)水位如圖 52所示。打開上位機(jī)軟件界面 如圖 50所示。水位監(jiān)控上位機(jī)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(bào)警開關(guān)的命令發(fā)送給下位機(jī)水位監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過串口收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)相應(yīng)的命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 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，通過串行連線和電腦相連接，電腦作為上位機(jī)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(dòng)作 [15]。電機(jī)旋轉(zhuǎn)如圖48所示。其電機(jī)正轉(zhuǎn)水位狀態(tài)顯示界面的反映如圖 46 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)。 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(dāng)前水位值。反之就要進(jìn)入密碼輸入 界面輸入修改后的密碼。 圖 43 報(bào)警全打開界面 圖 44 時(shí)間修改界面 密碼修改 在時(shí)間顯示界面可以通過上、下按鍵以及按右鍵移位鍵對時(shí)間信息進(jìn)行修改，當(dāng)在此界面按下左鍵時(shí)，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。其所有報(bào)警方式全部打 27 開界面如圖 43 所示。如果在水位上、下限設(shè)置界面按下左鍵系統(tǒng)將進(jìn)入報(bào)警修改界面的顯示，如圖 42 所示。 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(xiàng)，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。 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。當(dāng)密碼輸入完成后按鍵盤左鍵系統(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。 系統(tǒng)運(yùn)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。在時(shí)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。進(jìn)入界面后，按鍵左鍵作為進(jìn)入下個(gè)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]。 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(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。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。 圖 35 VB上位機(jī)界面圖 水位算法設(shè)計(jì) 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(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取其中出現(xiàn)最多的一個(gè)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]。 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(jì) 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(shí)時(shí)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(bào)警操作 [19]。 D A C 8 5 1 2 初 始 化DAC8512是 否 進(jìn) 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(jì) 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用了 WT588D 語音芯片，讓它在特定的時(shí)候發(fā)出語音信息，從而使系統(tǒng)具有人性化。 串 口 初 始 化 允 許 中 斷數(shù) 據(jù) 是 否 準(zhǔn) 備 好開 始讀 取 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 串 口 讀 取是否數(shù) 據(jù) 是 否 寫 完數(shù) 據(jù) 寫 入 串 口通 過 串 口 發(fā) 送是否準(zhǔn) 備 數(shù) 據(jù)單 片 機(jī) 對 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 處 理 圖 32 串口通信流程圖 22 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) DAC8512 是 一個(gè)具有 12 位轉(zhuǎn)換能力的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，在對其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，要對其進(jìn)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。 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(jì) 通信模塊采用串口方式，對其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)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。 初 始 化P 1 . 7 送 低 電 平 , L E D 點(diǎn) 亮允 許 L E D 報(bào) 警開 始是否P 1 . 7 送 低 電 平 , L E D 點(diǎn) 亮P 3 . 3 送 低 電 平 , 蜂 鳴 器 不 響允 許 蜂 鳴 器 報(bào) 警是否P 3 . 3 送 高 電 平 , 蜂 鳴 器 響結(jié) 束圖 30 報(bào)警模塊程序流程圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) TLC1549 是一個(gè)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(jì) 21 時(shí)，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。 時(shí) 鐘 芯 片 初 始 化寫 入 時(shí) 間 初 始 值寫 入 完 畢 寫 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 入 允 許是開 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，可以通過設(shè)置分別關(guān)閉。 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(shí)鐘程序設(shè)計(jì) 時(shí)鐘芯片是為系統(tǒng)提供時(shí)間信息 ,工作原理為首先向 DS1302 芯片中寫入相應(yīng)的初始時(shí)鐘信息，通過外部的晶振使其自動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)工作，然后再通過單片機(jī) 20 向時(shí)鐘芯片發(fā)送命令，讀取在 DS1302 寄存器中的時(shí)間數(shù)據(jù)，時(shí)鐘芯片在收到命令后通過單片機(jī)對它的觸發(fā)脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳出。 開 始延 時(shí) 去 抖有 按 鍵 按 下有 按 鍵 按 下保 存 鍵 值返 回 鍵 值延 時(shí)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(jì) 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(jì)應(yīng)包含對液晶的初始化操作 和讀寫進(jìn)行操作。因此對于鍵盤模塊的程序設(shè)計(jì)有按鍵掃描程序以及鍵盤服務(wù)程序組成。流程圖如圖 26 所示。 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 抓住硬件系統(tǒng)的每一個(gè)模塊進(jìn)行分模塊化設(shè)計(jì)，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(jìn)行介紹。 圖 24 LED電路 撥動(dòng)開關(guān)電路 設(shè)計(jì)中，利用撥動(dòng)開關(guān)接 P0 口，因?yàn)橐欢伺c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(dòng)開關(guān)的連電路接的形式如圖 25所示。采用 作為燈光報(bào)警的反映端口。 圖 23 語音報(bào)警電路 LED 電路 對于水位超高上限、超低下限，在報(bào)警開關(guān)打開的時(shí)候，將有相應(yīng)的一個(gè)LED 燈點(diǎn)亮作為燈光報(bào)警。語音報(bào)警電路主要采用 WT588D 語音芯片，采用三線串口的方式進(jìn)行控制，當(dāng)通過片選信號選定后，通過單片機(jī)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。通信模塊的接 16 線圖如圖 22所示。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(dòng)作 [18]。其模數(shù)轉(zhuǎn)換接線形式圖如圖 21所示。 通過一個(gè)穩(wěn)壓二級管為 TLC1549 芯片提供基準(zhǔn)電壓， TLC1549 主要的管腳CS 與單片機(jī)的 、 DOUT 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸出與單片機(jī)的 引腳相連接、 CLK 與單片機(jī)的 。同時(shí)在電路設(shè)計(jì)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(shí)際的水位監(jiān)控測量。 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。讓 DAC8512 的 LD 管腳與單片機(jī)的 相連接、 SDI 數(shù)字信號輸入管腳與單片機(jī)的 相連接、 LD 串行信號管腳與單片機(jī)的 相連接，對其電路進(jìn)行整合。 DS1302 在水位監(jiān)控系統(tǒng)中的接線如圖 19 所示。單片機(jī)首先通過片選管腳選中時(shí)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(shí)間數(shù)據(jù)讀出給單片機(jī)。 圖 18 LCD12232液晶顯示電路 DS1302 時(shí)鐘電路 DS1302 作為一款時(shí)鐘芯片，主要是為水位監(jiān)控系統(tǒng)提供時(shí)間的參考。單片機(jī)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(shí)現(xiàn)液晶屏的相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)的功能。 為了充分利用單片機(jī)的端口資源，采用串行口的方式對液晶進(jìn)行控制，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，對液晶的串行控制的各個(gè)管腳做了相應(yīng)定義 [16]。 其蜂鳴器連接方式如圖 17所示。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(gè)三極管（三極管根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用 PNP