1、畢業設計（論文）題 目： 水位遙測自控系統 學習中心： 重慶信息工程專修學院奧鵬學習中心 年級專業： 0409級 電子信息工程 學生姓名： * 學 號： * 指導教師： * 職 稱： * 導師單位： 重慶信息工程專修學院 中國石油大學（華東）遠程與繼續教育學院論文完成時間： * 年 * 月 * 日中國石油大學（華東）現代遠程教育畢業設計（論文）任務書發給學員 * 1設計(論文)題目： 水位遙測自控系統 2學生完成設計(論文)期限： *年 *月 *日至 *年 *月* 日3設計(論文)課題要求：論文要內容鮮明，文字流暢，闡述清楚，嚴格圍繞題目述寫，邏輯性思維強，內容理論聯系實際，涉及他人觀點，對本

2、設計有全面的論證。設計原理、計算、電路和本產品設計獨特的優勢。格式嚴格按照學校規定排序。如有不熟悉的知識點，向指導老師請教。4實驗（上機、調研）部分要求內容：在學校規定的時間內，利用所學的電路設計軟件(PROTEL、EWB、PSPICE等)，去設計圖形。用Microsoft word 2003排版論文版面和圖象處理軟件加工文中圖表。 5文獻查閱要求：充分利用課余時間到圖書館查閱相關資料，確保所引用到的一些事例真實；上網查尋與本論題相關的先進的一些資料,確保題材符合當今的發展趨勢； 材料不宜過多，不可直接把別人的成果直接照搬，論文中引用到他人的觀點或者成果要注明出處，以免造成侵權。 6發 出 日

3、 期： *年 * 月 * 日 7學員完成日期： * 年 * 月 * 日指導教師簽名： 學 生 簽 名： 摘  要給水工程往往成為高層建筑或工礦企業中最重要的基礎設施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩的水壓、合格的水質是對給水系統提出的基本要求。就目前而言，多數工業、生活供水系統都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統是值得我們研究的課題。本文介紹一種利用水位監測模擬傳感器以測得水位的狀況，通過單片機和顯示系統在水位現場以LED的方式顯示出來，并通過與之相連的GSM模塊將水位信息以一種無線的方式發送

4、給遠程終端，起到檢測的作用。在終端通過仿人工智能控制算法在大慣性、純滯后系統中的應用，可克服傳統PID控制的相位滯后、積分飽和，解決控制系統的穩定性及準確性的矛盾。將控制算法應用到水位控制，取得了較好的控制效果。關鍵詞：GSM 串口通信 遠程檢測 水位的測試目 錄摘  要i目 錄ii第1章 前言1第2章 水位遙測及信息處理32.1水位的測試32.2工作原理圖32.3 水位遠程檢測系統硬件組成42.3.1 微控制器42.3.2 GSM無線短信芯片52.3.3 系統硬件接口連接5第5章 結 論7致 謝8參考文獻9第1章 前言在社會經濟飛速發展的今天，水在人們正常生活和生產中起著越來越重要

5、的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業中最重要的基礎設施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩的水壓、合格的水質是對給水系統提出的基本要求。就目前而言，多數工業、生活供水系統都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統是值得我們研究的課題。水塔很高，水位高低位不便于觀察，水多會溢出來，可用以下方法來解決這個問題，改進供水裝置就能實現供水自動化，供水系統中的水塔和高位水池等設備由于所處地勢高，上下極為不便，有時水即將用完也不知道，造成

6、需用水時卻無水可用的情況。此外，在向池中注入水的過程中，由于不知道水位的情況，也就無法控制注水量的多少，這會嚴重影響正常的工作效率。為此需要對水位進行自動顯示、監測和報警。傳統的水位檢測系統一般通過有線方式與監控中心取得聯系，這種方式不但維護起來困難，而且在很大程度上限制了其在時空上的拓展性。采用GSM模塊與單片機構成的系統則能夠解決以上的問題。通過單片機的并行I0口可以很方便的實現水位的顯示功能。現有的GSM網絡在全國范圍內實現了聯網和漫游，具有網絡能力強的特點，用戶無需另外組網，在極大提高網絡覆蓋范圍的同時為客戶節省了昂貴的建網費用和維護費用。當采用GSM模塊時，就可以通過一種無線通信的方

7、式以實現遠程終端監控和報警的功能。水位控制在日常生活及工業領域中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室。然后主控室再開動電機進行給排水。很顯然上述重復性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據水位變化的情況自動調節的自動控制系統，我所研究的就是這方面的課題。此外,這次課程設計對我還有以下意義:(1) 通過這次課程設計，加深對單片機理論方面的理解。(2) 掌握單片機的內部模塊的應用，如中斷、控制、I/O口、串

8、行口通訊等。(3) 了解和掌握單片機應用系統的軟硬件設計過程、方法及實現，為以后設計和實現單片器應用系統打下良好基礎。(4) 通過簡單的課題設計練習，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。第2章 水位遙測及信息處理2.1水位的測試水位的測試通常有兩種方法；超聲波水位探測儀和干簧管式水位顯示儀。這兩種方法雖然可行但不切實際，本文設計了一種簡易的水位檢測方法。該水位檢測部分由絕緣支架、電極、導管和浮球幾部分構成，如圖2-1所示。浮子由1個直徑15cm的不銹鋼球與1根長105cm、外徑15mm的不銹鋼管焊接而成。導管是一根外徑20mm、內徑17mm的PVC

9、塑料管。支架由長80cm的電工導軌制作而成。其余部分安裝在1個長25cm、寬20cm、厚5cm的塑料盒內。2.2工作原理圖圖2-1 接近開關構成水位檢測系統水位測試系統與單片機的并行I0口、電阻、電源及LED發光二極管共同組成水位檢測顯示系統，如圖2-2所示。圖2-2 水位顯示系統電極K1、K2和K3的另一端分別與單片機的并行IO口P11、P12和P13相連，而對應的lO口則通過電阻串LED接電源的正極。當水位達到水滿時，此時通過水的導電，電極開關K1、K2和K3都導通，相應Pl口接地置低，3個發光二極管都點亮；當水位達到正常水位時，K2和K3導通，而K1斷開，相應P12和P13置低，2個二極

10、管點亮;當水位達到缺水位置時，此時只有K3導通，對應只有LED3被點亮。通過二極管燈點亮個數的顯示，在現場給水池注水時，就能很清楚的知道水位的狀況，這樣就能夠正確的注水了。2.3 水位遠程檢測系統硬件組成水位遠程檢測系統實際是一個無線數據的收發系統。該系統主要是通過現有的移動通信網絡來實現無線數據的傳送。它主要由兩部分組成，微控制器芯片89C2051和GSM無線短信芯片G100A。 微控制器微控制器采用Atrnel公司推出的一種小型單片機89C2051，其片內含有2 KB的Flash程序存儲器和128 B的片內RAM。89C2051共20引腳，其中P1口8腳，可以作為一般的準雙向端口，在引腳的

11、驅動能力上，具有很強的下拉能力，工作電壓為276 V。當工作電壓在3 V時，電流相當于6 V工作時的14,空閑時為1mA，掉電時僅為20nA。這樣小的功耗,很適合于電池供電的小型控制系統。主要特點為采用Flash存儲器技術，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，程序的電可擦寫特性，使得開發與試驗比較容易。 GSM無線短信芯片GSM無線短信模塊G100A是由北京捷麥公司推出的，該模塊采用全SMT組裝，工藝先進、可靠性高，工作電壓范圍為515 v。其內置的德國西門子公司GSM模塊TC35使得模塊操作簡單，無須學習復雜的GSM模塊AT指令集。G100A的串口具有TTL、RS232和RS485半雙工三種

12、形式，標準配置為RS232。 系統硬件接口連接整個水位遠程檢測系統由上位機和下位機構成，其中上位機主要是指移動終端即手機，而下位機是由GSM無線收發模塊及與其相連的單片機構成，其電路連接原理圖如圖2-3所示。圖2-3 串行接口原理圖下位機安裝在水池附近，而微控制器C2051與G100A之間是通過串口RS232相連的，即TX、RX和GND三條線，圖2-3中以網絡標號相連。由于各自的工作電壓不太一樣，在這里采用電平轉換芯片MAX3232以實現電平轉換。單片機的并行IO口,通過網絡標號P11、P12和P13分別與水位測試系統中的電極按鍵K1、K2和K3的一端相連。當水位在不同狀態時，由于按鍵的作用使

13、得對應的P11、Pl2和P13電平的狀態也不一致。這樣就可以通過檢測P1口的狀態，并將其狀態以短消息的形式由GSM模塊發送出去，手機終端收到短信后就可以判斷水位的狀態。這樣就完成了水位的遠程檢測功能。第5章 結 論水塔水位自動控制裝置應用,主要起水位自動調節作用，以傳感器來獲得水位信息，用濾波器濾掉各種諧波信號，經過模數轉換器變成標準的數字信號，用單片機處理后可以達到水塔自動控制的目的。以前主要依靠人工觀測水位，通知泵站控制室，因此凈化站水位波動很大。改進后，機組負荷穩定時，最大誤差可控制到設定水位±25cm以下（設定水位為500cm），滿足用戶需求，控制輸出變化正常。實踐證明，用仿

14、人智能控制方案實現的控制策略，系統動態響應快，并且系統具有較高的控制精度。水位測試系統實用方便，系統通過水位的變化來控制與單片機I0口相連的LED變化，這種顯示效果可以很好的控制水位。在遠程檢測系統中，通過采用單片機的串口可以實時的將水位信息傳送給(GSM模塊。在無請求時，其水位信息暫存在單片機中，且不斷的更新水位信息。當用戶需要時，會根據用戶的需要自動的通過串口將最新的水位信息送給GSM模塊。由于GSM短信模塊采用G100A，使得無線數據的傳送變得極為容易，用戶操作起來也非常方便。該系統的種種特點完全可以擴展到其他的領域使用。致 謝在完成本篇畢業論文的過程中，本人得到了許多老師和同學們的幫助，是他們為此付出了心血和精力，在此請允許我向他們表示最衷心的感謝！首先，我要感謝我的導師*。本篇論文從提綱到初稿乃至成稿，都經過他精心的指導和修改，提出了嚴格的要求和許多寶貴的意見。可以說，我的整篇論文凝聚著他的心血。其次，我要感謝教學中心的老師。是他們對論文選題、選材、編寫格式等方面給予了細心的指導，使本人的畢業論文設計得以有條不紊地