基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)設(shè)計

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：信息學(xué)院自動化劉翔學(xué) 號：職 稱：090104021046盛珣華 曹宇教授 助理工程師中國·珠海二一三年五月誠信承諾書本人鄭重承諾：本人承諾呈交的畢業(yè)設(shè)計基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)設(shè)計是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。本人簽名：日期： 年 月 日基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會和科技的進(jìn)步，以及人們的生活標(biāo)準(zhǔn)水平逐步的提高與發(fā)展，方便的全自動控制系統(tǒng)生活的開始逐步進(jìn)入到我

2、們的生活，單芯片微型計算機發(fā)展是其中的一個重要分支，具有高可靠性，高性能價格比，低電壓，低功耗等優(yōu)點，以單片機為核心的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)贏得了廣泛的應(yīng)用范圍。本設(shè)計是基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)的目的在于應(yīng)用單片機的自動運行技術(shù)，使得水塔中的水位始終保持在一定范圍內(nèi)，以保證連續(xù)正常的供水。本設(shè)計是以AT89C51單片機為核心部件的水塔水位檢測控制仿真系統(tǒng)設(shè)計的，用以檢測水位并進(jìn)行控制、處理以及報警功能，并在Proteus仿真軟件環(huán)境中仿真測試。結(jié)果表明，設(shè)計的系統(tǒng)具有良好的檢測和控制功能，方便移植性和可擴(kuò)展性。關(guān)鍵詞：水位控制 單片機 報警Based SCM the water

3、level detection control system designAbstracWith the social and technological progress, as well as the level of people's standard of living gradually improve with the exhibition, and the convenience of automatic control system for the beginning of life gradually into our lives, single-chip micro

4、computer development is an important branch,the advantages of high reliability, high performance and low cost, low-voltage, low-power microcontroller as the core of the automation control system has won a wide range of applications.The title of the graduate design microcontroller-based water level d

5、etection and control system design, three metal rods into the water used to detect the signal, the conductivity of the water, can see that the water level changes. Under normal circumstances, the water level should be kept within a certain range changes, the water level does not exceed the stipulate

6、d upper and lower limits, in the event of a system failure, should be promptly cut off electrical power, and there should be sound and audible alarm signals of the light-emitting diode. Design System aimed the application microcontroller run automatically, so that the water level in the water tower

7、always maintained within a certain range in order to ensure the continuous normal water. The design is based on AT89C51 microcontroller as the core components of the water tower water level detection and control simulation system designed to detect water level control, processing, and alarm function

8、s, and Proteus simulation software environment simulation testing. Experimental results show that the design of the system has a good detection and control functions, portability and scalability.Keywords:Level controlmicrocontroller alarm目 錄1前言11.1.本設(shè)計在國內(nèi)發(fā)展概況11.2國外發(fā)展概況11.3設(shè)計目的21.4設(shè)計意義22總設(shè)計22.1設(shè)計的技術(shù)要

9、求22.2應(yīng)解決的主要問題32.3設(shè)計原理32.4方案選擇32.5給定參數(shù)52.6整體方案設(shè)計52.7優(yōu)點和特色62.8創(chuàng)新點72.9系統(tǒng)運行過程可能存在的問題72.9.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過DTU發(fā)送后在遠(yuǎn)程監(jiān)控室接收不到73硬件介紹73.1光電耦合器4N2573.1.1工作原理73.1.2主要性能83.1.3引腳圖和引腳名稱83.1.4極限參數(shù)83.2單片機芯片STC90C516RD+93.2.1芯片簡介紹93.2.2芯片STC90C516RD+引腳93.2.3主要性能103.3電磁繼電器113.4蜂鳴器113.5遠(yuǎn)程通信模塊DTU123.6液位高度傳感器124組態(tài)軟件134.1組態(tài)概況134.2

10、組態(tài)設(shè)計135軟件設(shè)計175.1Keil軟件175.2程序方框圖175.3程序設(shè)計185.4I/O口的分配185.5子程序185.5.1延時子程序185.5.2報警子程序195.5.3初始化子程序205.4主程序206結(jié)論22參考文獻(xiàn)23謝 辭24附錄25程序代碼251前言1.1.本設(shè)計在國內(nèi)發(fā)展概況國產(chǎn)水位監(jiān)測儀主要有浮筒式水位儀、壓力傳感器式水位儀、超聲波式水位儀等，在功能齊全、性能穩(wěn)定等方面，雖然與國際上先進(jìn)的同類型產(chǎn)品存在一定差距，但是卻可以基本滿足水位監(jiān)測及控制的需要。表1-1中將幾類典型的水位檢測儀進(jìn)行了對比。表1-1 國內(nèi)水位監(jiān)測儀對比技術(shù)指標(biāo)浮筒式超聲波式壓力傳感器式工作方式記

11、錄筆自記水位曲線或光碼盤計數(shù)人工操作、數(shù)字顯示多數(shù)為數(shù)字顯示、人工記錄，少量的有自動采集，自動打印人為誤差大較大較小分辨率1cm1cm1cm（mm）測量精度較低較低較高自動化程度半自動化半自動化半自動化或全自動化電源無需/需要需要需要環(huán)境條件受壓力影響受氣溫和濕度影響受氣壓影響總體技術(shù)水平較低較高較高目前國內(nèi)使用的大多數(shù)為SW40-1型日記水位計，LN-3型數(shù)字水位儀，WS-1040自動檢測儀，其發(fā)展趨勢都是向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。1.2國外發(fā)展概況國外一些發(fā)達(dá)國家在水位監(jiān)測設(shè)備水平上也存在著較大的差異，其中美國和荷蘭的產(chǎn)品在技術(shù)性能上代表著當(dāng)今世界的先進(jìn)水平。近年來，水位監(jiān)測已經(jīng)融入了更多

12、的技術(shù)，例如美國和日本等國已相繼推出水位水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，并已經(jīng)走進(jìn)國內(nèi)的市場了。下表1-2就是國外水環(huán)境監(jiān)測儀器的對比表。表1-2 國外水位檢測儀對比產(chǎn)地監(jiān)測參數(shù)工作方式美國水位、水溫、電導(dǎo)率、濁度、PH值、大氣壓等測量數(shù)據(jù)直接傳入電腦中；數(shù)據(jù)顯示儀器可自動顯示并存儲測量參數(shù)；數(shù)據(jù)無線傳輸。荷蘭水位、水溫、PH值傳感器采集數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)傳輸線將主機中的數(shù)據(jù)傳入計算機中。日本水位、水溫、PH值、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧現(xiàn)場原位自動監(jiān)測。1.3設(shè)計目的設(shè)計基于單片機的水位檢測控制系統(tǒng)，設(shè)計水位探測傳感器用來探測三個水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機一個高電平， 驅(qū)動水泵加水，紅燈亮；

13、正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮；高水位時，水泵不加水，黃燈亮。 本設(shè)計過程中需要應(yīng)用到傳感技術(shù)、單片機技術(shù)、 光報警技術(shù)以及弱電控制強電的技術(shù)。1.4設(shè)計意義水是一種寶貴的資源，在生產(chǎn)生活中，水也是不可或缺的，在生產(chǎn)中需要對水位進(jìn)行控制，防止浪費或者不夠用，這是就需要對水位進(jìn)行控制，如果使用專職人員來對水位進(jìn)行控制，既不能夠進(jìn)行精確控制，又不能保證長時間控制，是極大的浪費人力物力，如果使用單片機來控制水位的話，則是極大的節(jié)約了人力物力，而且滿足工業(yè)生產(chǎn)中的安全，可靠，簡單等需求。2總設(shè)計2.1設(shè)計的技術(shù)要求1、利用單片機STC90C516RD+實現(xiàn)對水塔進(jìn)行水位的控制單片機技術(shù)； 2、把水

14、位探測傳感器探得水塔中的水位送給單片機以實現(xiàn)對水泵抽水系統(tǒng)的控制傳感技術(shù)； 3、設(shè)計光報警顯示系統(tǒng)電路，采用發(fā)光二極管來表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的情況光報警技術(shù)；4、水泵加水電路由繼電器進(jìn)行控制弱電控制強電技術(shù)； 5、分析工作原理，繪出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖及流程圖。2.2應(yīng)解決的主要問題1、高新技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)該充分利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)于一體，采取多種高新技術(shù)的集成。2、產(chǎn)品的系列化，應(yīng)該注重系統(tǒng)的集成，不僅著眼于單機，更注重系列、通用集成。未來的檢測控制儀將由傳感器，采集系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)等部分組成，各部分相互獨立而又通用。3、注重性價比，在重視高檔儀器開發(fā)的同時，更應(yīng)該降低設(shè)備研發(fā)以及

15、生產(chǎn)的成本。4、研發(fā)準(zhǔn)則發(fā)生變化，不應(yīng)該一味的追求高精尖，而應(yīng)該將研發(fā)轉(zhuǎn)為“恰到好處”。5、水位檢測控制有些時候是需要在非常惡劣的環(huán)境條件下工作的，所以要嚴(yán)格控制各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量保障。2.3設(shè)計原理本設(shè)計的原理是利用水位高度傳感器將水位的高度數(shù)據(jù)返回給單片機，然后單片機根據(jù)水位高度在某個設(shè)定好的I/O口輸出一個低電平信號，通過三極管放大后，控制光電耦合器，在驅(qū)動繼電器就可以對電機的開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)了，用以實現(xiàn)對水位的控制。在出現(xiàn)系統(tǒng)報錯的狀況后，單片機關(guān)閉電機，輸出兩個低電平信號驅(qū)動LED燈和蜂鳴器對現(xiàn)場工作人員進(jìn)行報警，提示他們系統(tǒng)出現(xiàn)問題，應(yīng)該盡快解決問題。在外接多功能數(shù)據(jù)采集儀器

16、以后，可以將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，如實時水位，兩個電機的工作狀態(tài)，實時進(jìn)水流量，實時出水流量等眾多數(shù)據(jù)通過無線或者有線的網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控室。這樣就可以通過遠(yuǎn)程的電腦主機看到工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備運行狀況以及進(jìn)行控制了。2.4方案選擇方案一：方案一的數(shù)據(jù)采集方式如圖2-1所示圖2-1 方案一：利用DTU進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集這種方案是利用DTU將多功能數(shù)據(jù)采集儀器采集上來的水位高度，電機工作狀態(tài)，流入流出流量等信息傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機上，數(shù)據(jù)采集儀器和DTU用RS485雙絞線連接，采集的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或者3G網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端的3G路由器上，監(jiān)控主機再使用TCP/IP協(xié)議從3G路由器上獲取數(shù)據(jù)。監(jiān)控主機上面

17、應(yīng)該安裝組態(tài)軟件，這樣可以將采集的數(shù)據(jù)實時顯示出來，并可以在主機的硬盤中儲存水位監(jiān)測系統(tǒng)的歷史運行記錄。方案二：方案二的數(shù)據(jù)采集方式如圖2-2所示圖2-2 利用主機從機的C/S架構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集這種方案是利用遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機和現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控從機之間進(jìn)行C/S架構(gòu)而完成的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳輸，考慮到一些現(xiàn)場可能存在的地區(qū)較為偏遠(yuǎn)，監(jiān)控從機的聯(lián)網(wǎng)所需金額巨大，且C/S架構(gòu)的后期運行維護(hù)成本較高，所以一般不考慮此方案。本設(shè)計中，遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集檢測控制選擇方案一。2.5給定參數(shù)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障而發(fā)生報警時，發(fā)光二極管的亮與滅的時間蜂鳴器響鈴；水位高度傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到單片機上；水泵的電機的供電部分，我

18、們接入+9V直流電源；為了防止經(jīng)三極管放大后的電流即發(fā)射級的電流講光電耦合器中的二極管燒壞，在此處之路中加入一個51的電阻；繼電器通過光耦和單片機連接用于接收斷開、閉合的信號，從而可以在另一端控制水泵的啟動、停止；在遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機上，可以顯示出實時水位高度，水泵的工作狀態(tài)，以及以報表和曲線的形式把水位高度和時間的關(guān)系進(jìn)行顯示，以及歷史記錄的查詢。2.6整體方案設(shè)計在前面我已經(jīng)說明了本設(shè)計的原理，方案的選擇。接下來就是整體設(shè)計的方案思路了。首先是將壓力式液位傳感器經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接到單片機上，這樣單片機就可以準(zhǔn)確的讀出壓力的大小，根據(jù)壓力的大小單片機就可以確定水位的高度，這樣的好處就是可以避

19、免使用簡易的三塊銅片采集數(shù)據(jù)時所造成的的低水位無電壓而高水位處有電壓的錯誤情況、以及準(zhǔn)確的確定水位現(xiàn)在的高度情況。接下來單片機根據(jù)所讀取的電壓值大小來決定是否需要啟動或者關(guān)閉電機、或者進(jìn)行水位過低以及水位過低的報警處理。電機的啟動與關(guān)閉是單片機在一個I/O輸出一個信號，經(jīng)過三極管放大，然后經(jīng)由光電耦合器控制連接到電機上的繼電器來進(jìn)行控制的，由于電機驅(qū)動一般都需要很大的電壓，所以在這里使用繼電器是對單片機有一個很好地保護(hù)作用。同時單片機在經(jīng)過一個MAX485模塊后，可以和DTU連接起來，這樣可以使用DTU接收到得遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)來控制單片機。在外接一個多功能的數(shù)據(jù)采集器用來采集現(xiàn)場方面水位和水泵運行狀況

20、以及進(jìn)出水的實時流量等數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過RS-485雙絞線連接到DTU上，將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機上。監(jiān)控主機上的組態(tài)軟件先將需要采集的數(shù)據(jù)組態(tài)好，然后根據(jù)經(jīng)3G路由器接收到的DTU所傳數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場情況反饋到顯示器上，并且記錄。同時也可以對界面中的一些設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，這樣就可以通過DTU將遠(yuǎn)在現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行工作狀態(tài)的切換了。設(shè)計本身的結(jié)構(gòu)完整，所使用的壓力式液位傳感器、單片機、多功能數(shù)據(jù)采集儀器、DTU、組態(tài)軟件，這些都是非常成熟的產(chǎn)品，已經(jīng)在國內(nèi)外大部分重要的工業(yè)領(lǐng)域有所建樹，安全性、穩(wěn)定性都非常突出。而且有了組態(tài)軟件，在遙遠(yuǎn)的監(jiān)控室就可以對現(xiàn)場的情況了如指掌，并且免去了人為的記錄誤差，所有的數(shù)

21、據(jù)都會自動保存在監(jiān)控主機的硬盤里；有了DTU就可以免去前往工業(yè)現(xiàn)場的勞累，坐在監(jiān)控室中獲得的數(shù)據(jù)就和在現(xiàn)場獲得的數(shù)據(jù)毫無差別。最終的設(shè)計示意圖如圖2-3所示。圖2-3 設(shè)計示意圖2.7優(yōu)點和特色本設(shè)計的主要優(yōu)點是在水位監(jiān)測控制系統(tǒng)端，充分的利用了單片機的簡單可靠，便攜易懂。而在遠(yuǎn)距離傳輸端，DTU的無線傳輸功能是一種本設(shè)計的一大特色。DTU作為現(xiàn)在最可靠的工業(yè)級的遠(yuǎn)程無線傳輸模塊，可以提供多種方便有利的功能，例如發(fā)生故障可以向預(yù)先設(shè)定好的手機發(fā)送短信提示系統(tǒng)發(fā)生故障或者DTU的無線傳輸發(fā)生故障。在監(jiān)控端，通過組態(tài)軟件可以虛擬出來現(xiàn)場的狀況，并且根據(jù)主界面上顯示出來的圖像和數(shù)據(jù)，對遠(yuǎn)端現(xiàn)場的情況

22、有所了解，并且可以儲存長達(dá)10年的歷史運行記錄，方便隨時查看。2.8創(chuàng)新點創(chuàng)新的地方在于使用了DTU遠(yuǎn)程無線通信，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，短信報警提醒等功能，減少了人為的記錄誤差。而且在監(jiān)控室內(nèi)可以檢測工業(yè)現(xiàn)場的一些數(shù)據(jù)，并且可以將數(shù)據(jù)儲存起來，方便隨時查閱。并且可以在組態(tài)軟件上進(jìn)行一些操作，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或者3G網(wǎng)絡(luò)來控制遠(yuǎn)在工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備。2.9系統(tǒng)運行過程可能存在的問題2.9.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過DTU發(fā)送后在遠(yuǎn)程監(jiān)控室接收不到1、DTU是否正確設(shè)置。2、DTU內(nèi)的SIM卡是否欠費。3、監(jiān)控室的組態(tài)是否正確。4、監(jiān)控室的3G路由器是否能正常使用。5、監(jiān)控室的固定IP或者綁定的域名時候過期。3

23、硬件介紹本設(shè)計所需器件主要有：8051系列單片機板（使用芯片STC90C516RD+，單片機板集成蜂鳴器）、微型水泵一個、光電耦合器4N25一個、12V微型繼電器一個、電路板（4*4cm）一塊、直流穩(wěn)壓電源一臺、DTU一臺（含有GPRS流量的SIM卡一張）、水位高度傳感器一臺、多功能數(shù)據(jù)采集器一臺（包括檢查液位高度、電機工作狀態(tài)、進(jìn)水流量、出水流量等）、可以連接網(wǎng)絡(luò)的計算機一臺（安裝組態(tài)軟件）。3.1光電耦合器4N253.1.1工作原理光電耦合器是一個光作為媒介傳輸電信號的光電轉(zhuǎn)換電氣設(shè)備。它是由兩個部分組成，包括一個光源和一個光的接收裝置。光源和受光組件彼此之間用透明絕緣體隔離在相同的密封殼

24、體內(nèi)的。光源的兩個引腳一個作為光的輸出端另一個作為一個輸入端管腳，一個共同的發(fā)光源是發(fā)光二極管，光到光電二極管，光電晶體管，等等。光電耦合器的輸入端上的信號，使所述光源發(fā)射的光強度取決于勵磁電流的大小，此入射光包后，由于光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電流輸出由所述光接收設(shè)備信息的光接收裝置一起，從而使電光源，電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從而完成耦合。圖3-1 光耦4N25實物圖3.1.2主要性能經(jīng)濟(jì)型光電耦合器；晶體管輸出光電耦合器；滿足所有JEDEC注冊規(guī)格；C-E飽和電壓（Ic=2mA，If=5mA）：0.15V（typ）；隔離電壓（f=60Hz，t=1）：7500（交流峰值）；隔離電阻（V=500V）：10（min

25、）；隔離電容（V=0V，F(xiàn)=1MHz）:0.25pF（typ）。3.1.3引腳圖和引腳名稱光電耦合器4N25的功能框圖如3-2所示圖3-2 光電耦合器4N25的功能框圖3.1.4極限參數(shù)發(fā)光二極管反向電壓：3V；發(fā)光二極管正向電流：60mA；發(fā)光二極管功耗（Ta=25）：120mW；輸出晶體管C-E電壓：30V；輸出晶體管C-B電壓：70V；輸出晶體管集電極電流：150mA；輸出晶體管功耗（Ta=25）：150mW；隔離電壓（60Hz，1s）：7500V；光電耦合器的功耗：250mW；貯存溫度：-55+150；引線焊接溫度（10s）：260。3.2單片機芯片STC90C516RD+3.2.1芯

26、片簡介紹STC90C516RD+單片機是由宏晶科技推出的全新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復(fù)位腳可直接接地。圖3-3 STC90C516RD+實物圖3.2.2芯片STC90C516RD+引腳芯片SCT90C516RD+的引腳如圖3-4 所示圖3-4 芯片STC90C516RD+引腳示意圖3.2.3主要性能1.增強型6 時鐘/ 機器周期，12 時鐘/ 機器周期 8051 CPU2.工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機）/3.8V -

27、2.4V（3V 單片機）3.工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的 080MHz.4.用戶應(yīng)用程序空間 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字節(jié)5.片上集成 1280字節(jié)/512/256字節(jié) RAM6.通用I/O口（35/39 個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 / 仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載

28、用戶程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M以下時，可省外部復(fù)位電路，復(fù)位腳可直接接地。11.共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用12.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒13.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART14.工作溫度范圍：0-75/-40-+8515.封裝：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-443.3電磁繼電器繼電器室當(dāng)時入量（如電壓、電流、溫度等）達(dá)到規(guī)定值時，是被孔

29、子的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。它可分為電氣量（如電流、電壓、頻率、功率等）繼電器及非電氣量（如溫度、壓力、速度等）繼電器兩大類。繼電器具有動作快，工作穩(wěn)定，使用壽命長，體積小等優(yōu)點。付昂反應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在

30、電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。圖3-5 電磁繼電器實物圖3.4蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的點知訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中，用做發(fā)聲

31、器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母H或者HA表示。本設(shè)計中采用的是其中的電磁式蜂鳴器。電磁式蜂鳴器有振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震蕩膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻限流信號通過電磁線圈，是電磁線圈產(chǎn)生磁場。震動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲。3.5遠(yuǎn)程通信模塊DTUDTU (Data Transfer unit)全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。工作方式，首先將DTU通電，DTU啟動后會讀取自身Flash里的參數(shù)，例如GPRS撥號參數(shù)，串

32、口波特率，數(shù)據(jù)中心IP地址等，然后會連接無線網(wǎng)絡(luò)，獲得一個隨機分配的IP地址，由于是隨機分配的IP地址，所以只能是由DTU在網(wǎng)絡(luò)中尋找監(jiān)控主機，而不能是由監(jiān)控主機主動尋找DTU。這里需要特別說明的是，監(jiān)控主機必須要有一個固定的IP地址，或者綁定了一個域名，不然DTU就無法找到監(jiān)控主機了，也就是說DTU就無法發(fā)送現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。當(dāng)DTU和監(jiān)控主機進(jìn)行了連接之后，DTU就會將傳感器傳上來的串口數(shù)據(jù)封裝在TCP/UTD包里，發(fā)送給監(jiān)控主機，反之，如果DTU收到由監(jiān)控主機發(fā)來的TCP/UTD包時，會從中讀取串口數(shù)據(jù)，傳送給現(xiàn)場的單片機，這樣就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制了。圖3-6 DTU實物圖3.6液位高度傳感器

33、液位傳感器（靜壓液位計/液位變送器/液位傳感器/水位傳感器）是一種測量液位的壓力傳感器靜壓投入式液位變送器（液位計）是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為420mA/15VDC）。圖3-7 壓力式液位高度傳感器實物圖4組態(tài)軟件4.1組態(tài)概況組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系

34、統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。國內(nèi)外的組態(tài)軟件主要有：In Touch、IFix、Citech、WinCC、A SPEN-tech、北京亞控組態(tài)王、北京三維力控、南京九思易易控、昆侖通態(tài)MCGS、世紀(jì)星、紫金橋等。本設(shè)計中選用的組態(tài)軟件是北京三維力控。4.2組態(tài)設(shè)計運用組態(tài)軟件是為了讓設(shè)計整體具有可視化、通俗化、簡單化等功能。1.圖4-1所展示的就是本設(shè)計組態(tài)以后的首頁，上面以動畫形式形象的展現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)出水的狀態(tài)，標(biāo)注了兩個水泵的開關(guān)狀態(tài)，水罐中液位的高度，以及向報表和曲線跳轉(zhuǎn)的增強型按鈕。圖4-1

35、本設(shè)計組態(tài)的主界面2.圖4-2所展示的就是報表的頁面，通過左上角的一個名為時間設(shè)定的增強型按鈕進(jìn)行設(shè)定以后，我們可以在彈出的窗口中設(shè)置需要查詢的時間段以及時間的間隔，點擊確定以后就會出現(xiàn)設(shè)定時間內(nèi)的數(shù)據(jù)了。圖4-2 報表的查詢 3.如圖4-3所示，報表所采集的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為多種其他格式的文件保存起來，例如Excel、TXT等等，本設(shè)計中以將報表轉(zhuǎn)為Excel所支持的xls文件為例。點擊存為Excel按鈕后，會彈出一個提示輸入文件名的窗口，還可以選擇儲存的位置，相當(dāng)方便。圖4-3報表轉(zhuǎn)存為xls文件4.圖4-4所示的是打印報表時的狀態(tài)，其功能是可以設(shè)置打印是的各種參數(shù)，可以選擇的選項有：打印內(nèi)容

36、、打印機的選擇、紙張的大小、頁眉頁腳以及頁邊距、表首表尾的標(biāo)注以及表頁選項，多功能的打印方式為直觀的查看報表提供了強大的保障。圖4-4打印報表功能5.圖4-5所展示的則是附加在報表頁面中的報警部分，需要報警的數(shù)據(jù)在組態(tài)時就先選擇好，在系統(tǒng)運行時如果有某項數(shù)據(jù)達(dá)到了報警上限或者下限的話，則會在報警頁面顯示報警，并伴隨聲音報警，如果處理了報警的話還可以在歷史報警中查詢到過去的所有的報警情況，報警情況和報表一樣，如果硬盤空間足夠大的話，可以保存很多年。報警查詢也有自帶的打印功能，可以將一段時間范圍內(nèi)的報警顯示出來并進(jìn)行打印。圖4-5報警查詢頁面6.圖4-6所示的是水位高度的多功能數(shù)據(jù)曲線，可以直觀的

37、看到水位高度的實時變化情況和歷史水位變化情況，并且可以更改曲線窗口內(nèi)的時間取值范圍和高度取值范圍，更方便快捷的查看出水位在某個時間段內(nèi)的變化情況，而且水位趨勢曲線的歷史記錄查詢和報表的查詢時間是相同的，也就是說，報表的數(shù)據(jù)能保存多久，趨勢曲線就可以查看多久前的趨勢變化。圖4-6多功能趨勢曲線5軟件設(shè)計5.1Keil軟件Keil 軟件是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一

38、個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。具有方便易用的集成環(huán)境和強大的軟件仿真調(diào)試工具。Keil軟件生成的目標(biāo)代碼的效率特別高，大部分語句生成的匯編代碼緊湊，容易理解。與匯編語言相比，C語言在其功能上、結(jié)構(gòu)性上、可讀性上以及可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)且易用。5.2程序方框圖圖5-1 程序流程圖5.3程序設(shè)計首先經(jīng)過了對設(shè)計的分析，我們明確了我們需要單片機所實現(xiàn)的功能，需要有一個I/O口來接收液位高度的數(shù)值大小，因為傳感器所傳回來的模擬信號單片機無法識別的，所以經(jīng)過一個A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)

39、字信號單片機就可以讀出液位高度的大小了，我們可以根據(jù)液位高度的大小來決定是否控制水泵的啟動。5.4I/O口的分配由于種種原因，沒有壓力式液位檢測儀的情況下，只能利用三個金屬導(dǎo)體粗略的測試水位的高度，所以設(shè)置了一個高水位一個低水位兩個輸入端。在程序開始前要先對各個I/O口進(jìn)行任務(wù)分配。#include "reg51.H"sbit p10=P10; /定義各個IO口sbit p11=P11;sbit cz1=P12;sbit cz2=P13;sbit led=P14;sbit buzz=P15;5.5子程序5.5.1延時子程序程序中有幾個地方需要用到延時程序，所以我們要撰寫延時

40、程序的代碼。蜂鳴器的聲音高度和頻率有關(guān)，所以還需要設(shè)置一個500us的延時和一個250us的延時可以使蜂鳴器交替發(fā)出高低兩種音調(diào)的報警聲來提示我們系統(tǒng)出現(xiàn)故障。1、延時1s的子程序void delay1s() /延時1s函數(shù) unsigned char i; for(i=0;i<0x14;i+)/循環(huán)20次 TH0=0x3c; TL0=0xb0;/定時50ms TR0=1;while(!TF0); TF0=0; 2、延時500us的子程序void delay_500us(void) /500us延遲函數(shù)，用于產(chǎn)生1KHZ信號喇叭 unsigned char a,b;for(b=71;b&

41、gt;0;b-)for(a=2;a>0;a-); 3、延時250us的子程序void delay_250us(void) /250us延遲函數(shù)，用于產(chǎn)生2KHZ信號喇叭 unsigned char a,b;for(b=19;b>0;b-)for(a=5;a>0;a-);5.5.2報警子程序編寫好了蜂鳴器音調(diào)的兩個延時，我們就可以把延時運用到報警的子程序里了，下面的程序就是報警的子程序。void laba() /喇叭報警函數(shù) uinti=0; /定義一變量，用于控制喇叭響的時間while(1) while(i<=2000) /1KHZ響1S delay_500us();

42、/延遲500us buzz=buzz; /喇叭驅(qū)動位取反i+; /取反次數(shù)加1 i=0; /清時間控制變量while(i<=4000) /2KHZ響1S delay_250us(); /延遲250US buzz=buzz; /喇叭驅(qū)動位取反i+; /取反次數(shù)加1 i=0; /清時間控制變量 5.5.3初始化子程序如果在系統(tǒng)運行的開始階段沒有進(jìn)行初始化的話，有可能會出現(xiàn)系統(tǒng)運行不正常的情況，所以我們編寫一段初始化的程序來避免這種情況的發(fā)生。void init() /初始化 P1=0x08;delay1s();5.4主程序主程序里首先要做的就是初始化，然后單片機根據(jù)高低兩個水位監(jiān)測端口的電平

43、輸入情況來分析應(yīng)該做出何種反應(yīng)，是應(yīng)該啟動電機還是關(guān)閉電機，亦或是啟動報警子程序。這里高低兩個端口的電平情況共有4種可能，所以我們使用IF語句來進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。void main() init();delay1s();while(1) if(p10=0 && p11=0) /如果B無水C無水 啟動 cz1=1;cz2=0;delay1s(); else if(p10=0 && p11=1) /如果B無水C有水 故障 cz1=0;cz2=0;led=0;laba();delay1s(); if(p10=1 && p11=1) /如果B有水C有水，停機 c

44、z1=0;cz2=1;delay1s(); else if(p10=1 && p11=0) /如果B有水C無水 繼續(xù) delay1s(); 最終的整體程序被放在了附錄中。6結(jié)論本設(shè)計采取了遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，可以將工業(yè)現(xiàn)場的水位檢測控制系統(tǒng)中的實時水位，電機工作狀態(tài)，入水流量，出水流量等一些數(shù)據(jù)，實時反饋在遠(yuǎn)程的監(jiān)控主機上，并將數(shù)據(jù)記錄到監(jiān)控主機的硬盤上，以供以后查詢。參考文獻(xiàn)1 李全利.單片機原理及接口技術(shù)M.高等教育出版社,20092 彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例:基于8051+Proteus仿真M.北京:電子工業(yè)出版社,2009 3 李海濱, 片春媛, 許瑞雪.

45、單片機技術(shù)課程設(shè)計與項目實例M.北京:中國電力出版社,2009 4 倪志蓮.單片機應(yīng)用技術(shù)（第二版）M.北京:北京理工大學(xué)出版社,2010 5 李廣弟等單片機基礎(chǔ)M.北京航空航天出版社，2001.6 王東峰等單片機C語言應(yīng)用100例M.電子工業(yè)出版社，2009.7 陳海宴51單片機原理及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社，2010.8 劉守義等單片機技術(shù)基礎(chǔ)M.西安電子科技大學(xué)出版社，2007.9 鐘富昭等8051單片機典型模塊設(shè)計與應(yīng)用M.人民郵電出版社，2007.10 李平等單片機入門與開發(fā)M.機械工業(yè)出版社，2008.謝 辭四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，特別是完成這篇論文后，我心里更多的是對大學(xué)生活的感慨。首先，我想感謝北京理工大學(xué)珠海學(xué)院可以給我一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。我真誠地感謝我的論文指導(dǎo)老師的曹宇老師，她能夠在繁忙的教學(xué)生活，審查著我的論文。我還要感謝那些曾經(jīng)教育過我的老師們，他們細(xì)致，嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的作風(fēng)，已經(jīng)逐漸將我塑造成才，他們的細(xì)致耐心的指導(dǎo)和嚴(yán)密謹(jǐn)慎的思維方式，給了我很多靈感。經(jīng)過這些老師，特別是我的論文導(dǎo)師曹宇老師指導(dǎo)，我才能將我的論文完成。導(dǎo)師她深厚的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S，不僅教會我遇到問題該怎么辦，更重要的是教會我解