1、摘 要作為水資源大國，合理利用水資源成為現在面臨的一個嚴峻問題。因此，應用新技術，實時監控水庫水位，有利于更好地對水資源進行調度和管理。經過近幾十年的發展，水位監控系統由原來的人工目視手動監控發展到如今的基于單片機自動控制，這對于水位監控不僅是從技術上解決人工監控的誤差，更有利于對水資源的合理利用和節約用水。單片機技術越來越成熟，現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展，因而越來越多的水位監控系統采用單片機來控制，這種系統具有成本低、可靠性高、易于操作、維護簡單方便等特點，一般大量應用于大型的水庫以及工業生產。水位監系統的設計理念是適合大眾使用，體積相對小，功能齊全，

2、操作簡單，交互界面人性化，能實現不間斷的水位監控，以及對所測水位信息進行實時顯示、遠距離傳送和高低水位上下限的報警，同時對相應的水泵電機進行相應的控制，真正實現節約水資源。水位監控系統的設計方案,主要采用STC89C52單片機作為系統的核心控制部件，采用TLC1549采集水位信息并進行模數轉換處理，利用LCD12232液晶顯示水位信息，通過VB編寫上位機監控程序，從而實現上位機與水位監控系統進行信息交換。水位監控系統的硬件系統包含電源、振蕩、復位、下載、鍵盤、顯示、時鐘、串行通信、模數轉換、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，并完成了硬件系統實物的制作。軟件

3、系統包含監控等各個模塊的模塊化程序。通過硬、軟件系統的聯調、測試，該水位監控系統的功能和性能指標完全符合設計任務書的要求。據初步測算，系統成本遠遠低于市場所售其它同類產品，而且該系統具有應用范圍廣、操作簡單、可靠性高等優點，具有一定的推廣價值。關鍵詞 ：水位監控；單片機；串行通信；VBIABSTRACTOur country is a rich country of water resources, rational use of water resources has become a serious problem our country has to face. Therefore, a

4、pplying new technologies to monitor reservoirs levels in real-time is conducive to better scheduling and the management of water resources. After decades of developments, the waters level monitoring system has developed from the original artificial manual monitoring in eyes to the today s automatic

5、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 becomes more mature. And now it is developing to the direction of high

6、integrated single-chip, low-power, low-cost, high processing speed. Thus more and more water levels 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

7、 production.The design of water levels monitoring system is suitable for public use. The volume is relatively small, and its full-featured, easy to operate, user-friendly inter face. It can achieve continuous water levels monitoring, as well as real-time display of the measured water level informati

8、on, long-distance transmission and the alarm of the lower and the higher level, while control the corresponding pump motor, in order to save water resources in real.The design of the water level monitoring system mainly use STC89C52 microcontroller as the core of the system control unit, and use TLC

9、1549 to gather levels information and analog to digital conversion process, use LCD12232 LCD display water level information. According to VB for compiling monitoring program, it can achieve the information exchange between PC and water levels monitoring system.The hardware system of the water level

10、s monitoring system includes a power supply, oscillation, reset, download, keyboard, display, clock, serial communication, analog to digital conversion, analogs level, alarms, motors and other modules. Using the electronic drawing software can draw the schematics, PCB map, and complete the IIphysica

11、l hardware production. Modular software system contains various modules monitoring.Through the alignment and testing of hardware and software systems, the function and performance of the water levels monitoring system is fully consistent with the requirements of the design specification. According t

12、o preliminary estimates, the systems costs is far less than to other similar products in the market for sale. And the system has wide range of applications, simple operation, high reliability. It has some promotional value.Key words water level monitoring；mcu；serial communication；vb III目 錄1 緒論11.1 課

13、題的背景及意義11.2 設計的主要工作22 設計思想與方案32.1 設計思想32.2 設計方案33 硬件系統的設計53.1 主要元器件介紹53.1.1 STC89C52單片機53.1.2 TLC1549模數轉換芯片53.1.3 DS1302時鐘芯片63.1.4 LCD12232液晶顯示屏73.1.5 直流電機驅動模塊83.1.6 蜂鳴器83.1.7 MAX232芯片93.1.8 DAC8512數模轉換芯片93.1.9 WT588D語音模塊103.2 硬件單元電路的設計113.2.1 STC89C52單片機最小系統113.2.2 下載電路123.2.3 鍵盤模塊電路123.2.4 蜂鳴器報警電路

14、133.2.5 液晶顯示模塊電路133.2.6 DS1302時鐘電路143.2.7 數模轉換模塊電路143.2.8 模擬水位及模數轉換模塊電路153.2.9 通信模塊電路153.2.10 語音報警模塊電路163.2.11 LED電路17IV3.2.12 撥動開關電路174 軟件系統的設計184.1 軟件設計的描述184.2 系統軟件的程序設計184.2.1 系統監控程序設計184.2.2 鍵盤模塊程序設計184.2.3 液晶顯示模塊程序設計194.2.4 DS1302時鐘程序設計194.2.5 報警模塊程序設計204.2.6 模數轉換模塊程序設計204.2.7 通信模塊程序設計214.2.8

15、數模轉換模塊程序設計224.2.9 語音模塊程序設計224.2.10 VB上位機設計234.2.11 水位算法設計235 系統調試運行及結果分析245.1 系統使用說明245.2 系統運行結果245.2.1 密碼輸入245.2.2 水位信息狀態顯示255.2.3 當前日期顯示255.2.4 水位上下限的修改265.2.5 報警開關265.2.6 密碼修改275.2.7 調節水位的反映275.2.8 上位機監控功能295.3 設計課題的誤差及缺陷分析325.4 設計體會32結束語33參考文獻34致 謝37V附 錄38附錄A 元件清單38附錄B 實物圖39附錄C 程序清單40VI1 緒論 1.1

16、課題的背景及意義在工、農業生產中，大型的水庫、水箱是工業和農業生產中重要的蓄水工具，對水位進行有效的實時監控、可靠控制直接關系到工廠生產的效率以及農業生產的質量，同時也影響其生產的安全1。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，輕則影響產品的質量，重則影響人員和設備的安全。所以對于水庫、水箱的控制,如果能夠使用一種能自動且不間斷的測量工具，能夠實時反應水位信息，能根據當前水位信息自動與預設的水位進行對比分析，從而自動向運行人員提供水位超上限和超下限的聲光報警，并自動控制相應的閘門或閥門電機進行蓄水和放水。

17、這不僅提高了水位監控的安全性，實時性，更大程度提高了可靠性。從節約水資源方面考慮，相對于傳統的水位監控，由于存在自動化水平不高，集成電路應用程度不高，水位數據一般都是人工目視采集，因而產生的誤差容易造成水資源的浪費。這其中的原因很大程度上是因為傳統的水位監控系統沒有具備對水位測量傳輸的實時性，導致實時水位信息沒有及時反饋到控制室，不能及時告知運行值班人員，以致對閘門或閥門的電機控制有一定的誤差，或延遲。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。所以對水庫或水箱水位的監控引入具有操作簡單、維護方便、實時反應水位信

18、息、水位信息遠距離傳送、實時水位報警、并根據實時水位情況準確控制相應電機的自動化水位監控系統，已必不可少。這對于節約水資源和合理利用水資源有著不可代替的意義2。隨著社會的發展，科學知識不斷的研究和探討，自動化理論的完善，集成電路的迅速發展。如今水位監控出現了以單片機、PLC為核心的可靠性比較高的水位監控系統，技術上實現了自動化、智能化、遠距離遙控、遙測以及無人值班的突破。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。從單片機誕生開始，單片機作為微機控制的核心，具有高速度、低功耗、編程方便、低價格等特點，一直大規模的應用于智能控制、遠程控制、

19、自動化程度比較高的場合，隨著16位、32位甚至更高處理位數的單片機的出現，使單片機的應用場合越來越廣。畢業設計的意義在于培養學生學習、思考、動手的能力，讓學生在整個過程中通過查詢相關資料學習水位監控系統的有關理論知識，熟悉理論的同時要明白水位監控系統的工作原理，從而展開主要功能的實現。通過老師的指導，查詢相關資料確定水位監控系統各個硬件模塊的構建制作，以及完善軟件系統和硬件系統。學生通過查詢資料、設計方案、制作調試的過程，真正做到了理論實踐相結合，這不僅對學生的學習能力、動手能力得到了相應的提高、更激發了學生自主學習、實踐的興趣。 1.2 設計的主要工作水位監控系統設計的主要任務是：水位監控系

20、統中硬件設計配合軟件設計，即把水位監控系統所需要的各個硬件模塊的設計配合軟件設計，把硬件模塊和軟件模塊進行聯調，得出結果。水位監控系統設計采用的是基于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模數轉換、DAC8512數模轉換、聲光報警、直流電機控制等模塊組成3。把所需模塊通過電路連接在一起，設計其原理圖、PCB圖、并制作實物電路板，并利用VB編寫上位機監控程序。利用KEIL單片機程序開發軟件編寫水位監控系統相對應的C語言程序，并把它編譯成單片機能識別

21、的程序下載到硬件系統中進行調試，記下運行的結果4。2 設計思想與方案2.1 設計思想為了實現水位監控系統的大眾化，讓節約水資源從監控、合理利用出發，根據所學的知識和自身能力對水位監控系統的進行設計。具有以下四點要求：（1）水位監控系統操作簡單，能耗低，通過模擬的水位進行直觀的顯示。通過電位器模擬水位，其測量水位范圍為0-102.3米。（2）具有上位機通信能力，能通過電腦對系統的水位上下限制進行設置，并把水位信息傳送至電腦。（3）具有系統軟件更新升級的能力。（4）具有超高水位超低水位報警的功能。可以用電機正反轉模擬閘門或閥門升降。2.2 設計方案隨著科技的發展，水位監控系統技術也有了飛速的發展，

22、出現了以基于單片機控制水位監控系統和基于PLC控制的水位監控系統，兩者都可實時直觀的顯示水位狀態，具有可靠性高、人機交互界面、遠程通信監控等優點，在運行中可以很方便的修改水位的上下限，因而逐步取代傳統的水位監控系統，成為當代最主要的水位監控系統5。所以有以下兩種設計方案： 方案一：利用PLC對水位進行監控。PLC水位監控系統具有可靠的運行性能、不受外界波動、能耗低等特點。其方案包含電源、報警、模數轉換、測量、輸出、輸入、按鍵、電機等模塊，方案框圖如圖1所示。 圖1 方案一 系統框圖方案二：基于單片機的水位監控系統。硬件系統核心采用的是STC89C52單片機，系統包含電源、振蕩、復位、下載、鍵盤

23、（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產生時鐘信號）、串行通信、模數轉換（TLC1549模數轉換芯片）、模擬水位、報警（蜂鳴器加LED燈光）、數模轉換（DAC8512）、直流電機等模塊6。以及相對應的各個模塊的軟件系統，并且利用VB編寫上該系統的上位機程序對水位信息進行監控和控制。系統框圖如圖2所示。 圖2 方案二 系統框圖結合上面兩種方案，比較PLC控制和單片機控制。PLC控制具有價格昂貴、操作復雜、維護不方便且不同品種的PLC不能通用等，一般適用于大型監控系統。單片機控制具有體積小，高度集成，編程方便，功耗低，使用簡單，價格低等特點，被

24、大量應用于大型的水庫以及工農業生產中。通過分析對比，決定采用方案二對水位監控系統進行設計。43 硬件系統的設計3.1 主要元器件介紹3.1.1 STC89C52單片機水位監控系統的設計采用STC89C52單片機作為系統的核心。STC89C52單片機是STC公司生產制造的，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，內部數據存儲器（RAM）為512B字節，內部程序存儲器大小達到8KB字節，并采用電可擦除寫入的FlashROM方式，方便對程序的更新。具有4個可進行8位輸入輸出接口，一共32位，都屬于準雙向口。除此之

25、外，STC89C52單片機在低功耗時還具有節電模式，也可對數據存儲器（RAM）數據進行保存，保證了數據不易丟失。STC89C52RC單片機的引腳圖如圖3所示。圖3 STC89C52單片機引腳圖3.1.2 TLC1549模數轉換芯片TLC1549模數轉換芯片是美國德州儀器生產的一款高精度高速度的AD轉換器。TLC1549抗干擾，抗噪聲的能力強，對于轉換的數字信號數據能準確反映模擬信號。根據不同引腳分布的功能，TLC1549還能通過三總線傳輸的方式和單片機進行串行數據交換7。其主要管腳功能如下：REF+：引腳的功能是為轉換提供正參考電壓的接入端，也就是進行模數轉換所需的參考電壓值接在此管腳，通常把

26、電源VCC端接到此處。通過和REF-引腳相配合對輸入的模擬電壓最高值，最低值進行設定。當輸入的模擬電壓大于或等于正參考值時，數字信號輸出即為所能轉換的最大值。當輸入的模擬電壓小于或等于負參考值時，其數字信號輸出就為0。ERF-：轉換所需負參考電壓的輸入管腳。通常把地接至此管腳。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。CS：為芯片的片選信號，一般為低電平有效。I/O CLOCK：TLC1549的輸入輸出所需的時鐘接口。DATA OUT：轉換后的數字信號輸出接口。它的輸出是基于CS的電平狀態，當CS為高電平時是沒有數字信號輸出；當CS為低電平時輸出的才是轉換后的有效

27、數字信號。VCC：為轉換芯片提供正電源電壓。GND：接地，一般不做特殊要求，全部的地都應接在此管腳。TLC1549芯片的管腳圖如圖4所示。 圖4 TLC1549管腳圖3.1.3 DS1302時鐘芯片產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。但應用單片機內部定時器來產生實時時鐘，這無疑是對單片機資源的一種浪費，而且還將影響水位監控系統的其他主要功能，因而采用時鐘芯片進行實時計時。DS1302芯片作為一款時鐘芯片，是由DALLAS公司設計并生產的一種能夠使用涓流對電池充電的一款新型時鐘芯片，DS1302時鐘芯片里面包含一個具有實時計時的時鐘、日歷和具有能存儲31字節的靜態數據存

28、儲器RAM，通過集成技術把它們集成在芯片內部8。DS1302具有顯示實時時間信息和對實時時間進行處理的功能。比如要把24/12小時制的實時時鐘進行調整，以及對其年、月、日、星期等數據的調整，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、年、月、日進行調整9。芯片還具有寬電壓的設計，使用電壓范圍為2-5.5V，從而使用范圍更廣。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。Vcc2：DS1302接電池的管腳。芯片根據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。

29、I/O：作為DS1302的雙向數據輸入輸出管腳。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。X1、X2：DS1302芯片晶振的輸入管腳，為DS1302芯片提供振蕩信號。其一般選用32.168KHZ晶振。GND：芯片的接地管腳。其管腳排列如圖5所示。圖5 DS1302時鐘芯片管腳圖3.1.4 LCD12232液晶顯示屏液晶顯示屏能夠很直觀的把系統處理好的信息通過文字或圖像顯現出來，是實現人機交互不可缺少的硬件之一。液晶屏在兩塊玻璃中加入液晶等材料，通過兩個電極產生電場，使液晶分子在電場的效應下產生不規則的運動。通過對不同光源進行實效控制，產生明暗的圖

30、像顯示。所以控制兩級之間的電壓就能把所需要的信息顯現出來10。水位監控系統的設計采用的是LCD12232液晶屏作為信息顯示。通過顯示屏可以對水位監控系統進行功能、時間、密碼的設置以及明確得知實時水位信息、地址信息、電機正反轉狀態等信息。在水位監控系統的設計中為了節省單片機的I/O口資源，采用單片機串行口的方式對所選擇的液晶進行操作。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。CLK：液晶屏串口所需同步觸發時鐘的輸入管腳。SID：液晶串行所需的數據輸入管腳。CS：作為液晶顯示器的片選端口，只對高電平有效。選擇的液晶顯示器實物如圖6所示。圖6 LCD1

31、2232液晶顯示屏3.1.5 直流電機驅動模塊水位監控系統采用直流電機作為模擬的水庫閘門、水箱閥門。通過對其進行正反轉的控制模擬閘門或閥門的打開和關閉。低壓直流電機作為一種執行機構，采用L298電機驅動模塊控制，利用數模轉換得到的模擬信號，使得驅動直流電機的轉子進行旋轉11。通過給定不同的模擬量數據使直流電機進行正轉、反轉、停止轉動三個狀態來模擬閘門升降。對于直流所加入的電壓一般為5V。其實物圖如圖7所示。圖7 直流電機驅動實物圖3.1.6 蜂鳴器蜂鳴器作為水位監控系統設計報警發聲部件，通過發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。蜂鳴器按形式可以分為電磁蜂鳴器和電壓式蜂鳴器，通

32、常在蜂鳴器的兩端加入一定的電流通過電磁感應產生震動就可以使蜂鳴器發出聲音。蜂鳴器的組成一般由振膜、電磁感應線圈組成，其結構簡單，使用方便，適用于各種聲音報警場合。但要注意蜂鳴器的正極不能接反。蜂鳴器的外觀圖如圖8所示。圖8 蜂鳴器外觀圖3.1.7 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。MAX232芯片是一塊能把單片機的TTL電平通過轉換變為電腦串口能識別的RS232電平。在水位監控系統中是把單片機所測的水位以及其他數據產生的串行輸出TTL電平信號轉換為電腦能識別的RS232電平信號，實現與電腦通信的能力，從而使電腦具備上位機的功能，水位監控系統具備下位

33、機的功能12。MAX232芯片的管腳如圖9所示。圖9 MAX232的管腳圖3.1.8 DAC8512數模轉換芯片采用DAC8512芯片作為水位監控系統的數模轉換芯片，DAC8512作為一款具有12位高速轉換能力的D/A芯片，采用三總線控制方式，只需要5V單電源，內部有輸出的緩沖放大器13。對于芯片所需的基準電壓為內置的2.5V，具有分辨率為每位1mv。DAC8512可以通過片選管腳進行多個連接，在水位監控系統中主要是把單片機處理后的水位數字信號轉換成模擬信號，從而控制直流電機。其主要管腳功能如下：VDD：為DA轉換芯片提供+5V電源，把電源接于此管腳。CLK：觸發脈沖輸入管腳。CS：為芯片選擇

34、信號，一般低電平對其有效。SDI：數字信號的輸入管腳。Vout：為模擬電壓的輸出管腳，通常在1mv-4.095V之間。GND：接地，一般不做特殊要求，全部接地都應接在此管腳。CLR：清空模擬數據的管腳，一般低電平有效。DAC8512數模轉換芯片的管腳圖如圖10所示。圖10 DAC8512數模轉換芯片管腳圖3.1.9 WT588D語音模塊采用WT588D語音芯片作為水位監控系統的語音報警模塊，采用8歐姆的揚聲器作為聲音輸出元件。其主要作用是在系統通電的時候通過語音提醒輸入密碼，當輸入秘密正確時發出語音提醒系統已經起動，當水位發生變化時，提示超水位上限，超水位下限，通過發出相應的報警聲音告知運行人

35、員，使系統具有人性化。采用了三線串口的控制方式對WT588D語音芯片進行控制。WT588D語音模塊的實物圖如圖11所示。圖11 WT588D語音模塊實物圖3.2 硬件單元電路的設計3.2.1 STC89C52單片機最小系統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行操作。因而對于水位監控系統的設計，首先要對單片機的最小系統要進行設計規劃。（1）電源電路部分：水位監控系統的各個功能實現首先必須要對其引入穩定的供電電壓+5V，能讓各個模塊具有驅動能力。為了能更方便獲取所需的電源電壓，采用專用的電

36、源變壓器將市電降壓成所需要的12V交流電壓，通過濾波、整流、穩壓、濾波給系統提供穩定的直流電壓+5V，詳見設計圖紙電源電路原理圖。通過下載口對系統供電的電路如圖12所示。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生，通過在STC89C52的XT1、XT2引腳上接入11.0592MHz的石英晶振外加兩個電容器(電容器根據經驗一般取30PF)組成的電路為單片機提供時鐘信號。采用11.0592MHz的晶振更能實現對計算機進行通信的波特率，使用11.0592MHz的晶體晶振為系統單片機提供必要的時鐘信號14。時鐘電路如圖13所示。圖13 振蕩電路（3）單

37、片機的復位有上電復位和對其進行按鍵復位，當出現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。因為硬件系統中采用的是STC單片機，需要在復位管腳RST上產生兩個周期的高電平才能使單片機復位。單片機復位信號的產生采用了按鍵方式的電路設計。按復位鍵通過電容（一般采用104）對單片機產生復位信號。系統復位如圖14所示。圖14 單片機復位電路3.2.2 下載電路水位監控系統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所必要的程序。另一套是通過一個接口把單片機的P3.0/RXD引腳和P3.1/TXD引腳以及電源接地引腳與接口模塊相連接，通過專用的STC下載連接線就可以對單片

38、機進行下載操作，能很方便的對水位監控系統進行程序升級功能。水位監控系統更新程序需要的下載電路如圖15所示。圖15 下載電路3.2.3 鍵盤模塊電路鍵盤作為水位監控系統的輸入設備，能對系統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控系統各個功能的操作需求。鍵盤電路為共陰極設計，即有按鍵按下的時候，單片機通過掃描發現相應的端口有低電平即為按鍵的按下，通過消抖，做出相應的執行動作。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）。水位監控系統獨立鍵盤電路如圖16所示。圖16 獨立

39、式鍵盤電路3.2.4 蜂鳴器報警電路蜂鳴器作為水位超最高水位上限和超低水位下限的聲音報警器件，它發出的聲音能讓運行人員知道當前水位監控系統的狀態。在水位監控系統中蜂鳴器的電路采用單片機的I/O口再加一個三極管（三極管根據經驗一般采用PNP型）的方式來使蜂鳴器發出報警。其中單片機的I/O選用P33引腳作為驅動蜂鳴器的端口，即當單片機的P33引腳輸出高電平的時候蜂鳴器就相應的發出蜂鳴報警，反之停止發聲報警15。其蜂鳴器連接方式如圖17所示。 圖17 蜂鳴器報警電路3.2.5 液晶顯示模塊電路液晶屏作為輸出器件，在水位監控系統的設計中采用了LCD12232液晶作為人機交互媒介，通過它可以很直觀的得知

40、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。為了充分利用單片機的端口資源，采用串行口的方式對液晶進行控制，進行電路設計，對液晶的串行控制的各個管腳做了相應定義16。并采用三極管加電阻對其必要進行驅動，液晶屏的片選管腳與單片機的P2.2端口相接,串行數據口SID接入單片機的P2.3口，液晶屏所需要的脈沖CLK接入單片機的P2.4口。單片機首先通過片選管腳選中液晶顯示器，再給相應的脈沖信號，根據脈沖信號，把命令和數據發送給液晶相應的寄存器，從而通過這些引腳實現液晶屏的相應顯示數據的功能。液晶電路如圖18所示。 圖18 LCD12232液晶顯示電路3.2.6 DS1302時鐘電路DS13

41、02作為一款時鐘芯片，主要是為水位監控系統提供時間的參考。對其進行電路設計，DS1302芯片需要在其X1、X2管腳上接入一個32.768KHz的石英晶振用來作為芯片的時鐘振蕩信號。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，根據脈沖信號，命令和數據發送給液晶相應的寄存器或把時間數據讀出給單片機。為了控制需要對其端口進行接線的分配，該芯片的I/O數據口的管腳與單片機的P3.5引腳相連接，CLK觸發脈沖口的管腳連接著單片機的I/O口P3.6，RST復位端口管腳連接著單片機的輸入輸出口P3.4，通過對電路的整合。DS1302在水位監控系統中的接線如圖19所示。 圖19 DS1302時鐘電

42、路3.2.7 數模轉換模塊電路由于要驅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輸出，使用DAC8512數模轉換芯片來進行轉換，實現直流電機的正反轉，對其進行電路設計17。讓DAC8512的LD管腳與單片機的P3.7相連接、SDI數字信號輸入管腳與單片機的P3.7相連接、LD串行信號管腳與單片機的P3.7相連接，對其電路進行整合。因而數模轉換接線圖的形式如圖20所示。圖20 數模轉換的電路3.2.8 模擬水位及模數轉換模塊電路模數轉換對于水位監控系統的水位數據信息采集至關重要。水位監控系統中模數轉換電路采用了一個電位器來模擬實際水位的電路設計，給定一個2.5V的穩壓二極管，通過

43、電位器（采用10K）產生0-2.5V的電壓，來對應相應的0-102.3米水位數據，從中接入TLC1549數模轉換芯片中進行轉換。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控測量。根據所需程序大同小異的情況，基于成本和環境的考慮，采用電位器的方法模擬產生水位的方式進行后續程序的設計。通過一個穩壓二級管為TLC1549芯片提供基準電壓，TLC1549主要的管腳CS與單片機的P2.5引腳相連接、DOUT轉換后的數字信號輸出與單片機的P2.6引腳相連接、CLK與單片機的P2.7引腳相連接。從而實現模擬信號轉換為數字信號2。其模數轉換接

44、線形式圖如圖21所示。3.2.9 通信模塊電路在水位監控設計中，需要與電腦（上位機）進行數據傳輸，以及接收上位機所發出的命令。還可以通過電腦對系統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，執行相應命令的動作18。采用RS232串行通信口進行通信，其中主要的芯片為MAX232電平轉換芯片，對其進行電路設計，把單片機的串行輸出口P3.1,串行輸入口P3.0分別與相應的MAX232芯片相連接，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 模數轉換電路圖22 通信模塊電路3.2.10 語音報警模塊電路對于水位監控系統的起動、水位超高上限、超低下限都有相應的語音

45、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，再根據脈沖信號發送命令和要讀出語音的地址信號給語音芯片。因此語音芯片的DATA數據口接入單片機的P1.6、CLK觸發脈沖接入單片機的P1.5、CS使能端接入單片機的P1.4，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3.2.11 LED電路對于水位超高上限、超低下限，在報警開關打開的時候，將有相應的一個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。采用P1

46、.7作為燈光報警的反映端口。因而光報警的連電路接的形式如圖24所示。圖24 LED電路3.2.12 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，可以通過調節開關產生高低電平，產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。圖25 撥動開關電路4 軟件系統的設計4.1 軟件設計的描述對于水位監控系統設計的系統軟件包含著系統監控、LCD1223液晶顯示、按鍵掃描、TLC1549轉換模塊、數模轉換、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。4.2 系統軟件的程序設計程序設計抓住硬件系統的每一個模塊進行分模塊化設計，

47、這樣更加方便程序的檢查和日后對系統功能的升級，將分模塊對系統的程序進行介紹。4.2.1 系統監控程序設計水位監控系統的系統監控程序又叫主函數程序，主要作用是在系統通電后對系統所有的模塊產生初始化命令，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、地址顯示的狀態顯示界面，等待按鍵掃描。流程圖如圖26所示。 圖26 系統監控程序流程圖4.2.2 鍵盤模塊程序設計水位監控系統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計有按鍵掃描程序以及鍵盤服務程序組成。鍵盤模塊相對應的程序操作如圖27所

48、示。圖27 鍵盤掃描程序流程圖 4.2.3 液晶顯示模塊程序設計利用了LCD12232液晶顯示屏作為各種數據的顯示，對于LCD12232液晶顯示屏，水位監控系統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。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4.2.4 DS1302時鐘程序設計時鐘芯片是為系統提供時間信息,工作原理為首先向DS1302芯片中寫入相應的初始時鐘信息，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送命令，讀取在DS1302寄存器中的時間數據，時鐘芯片在收到命令后通過單片機對它的觸發脈沖進行數據傳出。

49、水位監控系統中DS1302時鐘程序的設計如圖29所示。圖29 DS1302時鐘程序流程圖4.2.5 報警模塊程序設計報警模塊采用蜂鳴器，和一個LED燈組成，可以通過設置分別關閉。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4.2.6 模數轉換模塊程序設計TLC1549是一個具有10位轉換能力的模數轉換芯片，在對它進行軟件設計時，要對其進行初始化操作，寫入控制命令，讀取轉換的數字信號信息等命令。模數轉換模塊操作步驟如圖31所示。 圖31 模數轉換程序流程圖 4.2.7 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、發送數據、以及接收數據并進行處理。串口

50、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4.2.8 數模轉換模塊程序設計DAC8512是一個具有12位轉換能力的數模轉換芯片，在對其進行軟件設計時，要對其進行初始化操作，寫入控制命令，以及讀取轉換的數字信號信息等命令。數模轉換模塊的操作步驟方式如圖33所示。圖33 數模轉換程序流程圖4.2.9 語音模塊程序設計水位監控系統采用了WT588D語音芯片，讓它在特定的時候發出語音信息，從而使系統具有人性化。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4.2.10 VB上位機設計水位監控系統具有與電腦通信功能，通過VB里的串口工具編寫水位監控系統上位機監控軟

51、件，軟件可以對水位信息進行實時監控，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。具體界面如圖35所示。圖35 VB上位機界面圖4.2.11 水位算法設計水位監控系統的水位算法是對水位進行采樣16次，并對這16個數據進行統計，取其中出現最多的一個水位數據作為當前水位數據，這樣對于水位信息讀取準確性得到了保證20。5 系統調試運行及結果分析5.1 系統使用說明首先把各個硬件模塊通過杜邦線連接在一起，組成水位監控系統，再為水位監控系統提供電源。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中去。通過按相應的按鍵、操作上位機軟件和調節相應的電位器，觀察各個模塊反映的現象，從

52、而得出結論。在系統上電后，首先顯示的是水位監控系統等字樣，同時語音做出相應的提示，系統在等待輸入密碼的狀態下，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、下功能鍵為密碼數字加減鍵。只有當密碼輸入正確后，系統才進入狀態顯示界面。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，和返回狀態界面21。當按下左鍵即從狀態顯示屏進入到水位上、下限的設置，通過上、下按鍵選擇，右鍵進入所選擇的要設置的水位限值，在上、下限設置界面按下左鍵即進入到聲光報警開關的設置，通過右鍵可以對其開關進行打開或關閉，從這個界面，再按下左鍵即進入系統時間的設置可以通過其他三個按鍵對時間、日期、星

53、期、年月進行設置。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顯示屏，否則就進入水位監控系統，密碼輸入顯示。以此循環操作。5.2 系統運行結果5.2.1 密碼輸入下載編寫好的水位監控系統軟件至系統中，將水位監控系統利用專用電源通電并打開電源開關，通過觀察，將出現的密碼輸入界面如圖36所示。圖36 密碼輸入界面5.2.2 水位信息狀態顯示系統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自動判斷密碼進入到狀態顯示界面，其中

54、包含模擬的實時水位信息、時鐘信息、地址、以及電機正反轉運行狀態標志等。狀態顯示的界面如圖37所示。圖37 狀態顯示界面5.2.3 當前日期顯示在狀態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、下限的設置界面，水位上下限設置界面的顯示如圖39所示。 圖38 日期顯示界面 圖39 水位上下限設置界面5.2.4 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

55、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、下限設置界面按下左鍵系統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 報警開關修改界面5.2.5 報警開關在報警開關修改界面，其報警開關可以通過上、下按鍵選擇要打開或關閉的報警方式，通過按下右鍵對其開關進行分別打開或關閉。其所有報警方式全部打開界面如圖43所示。如果在報警開關修改界面按下左鍵系統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5.2.6 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，系統直接進入水位狀態顯示界面。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5.2.7 調節水位的反映在水位狀態顯示界面，通過調節模擬水位的電位器來調整當前水位值。當調整的水位值比系統預設的最大水位值還要高的時候，這時水位狀態顯示界面多了一個向上的箭頭“”代表直流電機正轉，此時觀察直流電機正在正