单片机在水位远程检测系统中的应用毕业论文Word下载.doc
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1.标题┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
2.摘要，关键词┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.引言┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
4.正文┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
1）水位的检测及显示系统┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
2）水位远程检测系统硬件组成┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
2．1微控制器┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6
2．2GSM无线短信芯片┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
2.3系统硬件接口连接┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
3）水位数据无线传输的软件实现┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
3．1数据包格式┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
3．2命令集┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
4）系统应用拓展┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
5．1系统优点┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
5．2应用拓展┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
5）结束语┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
5.参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
单片机在水位远程检测系统中的应用
周强
南京信息工程大学通信工程专业，南京210044
摘
要：
本文介绍一种利用单片机及GSM无线收发模块构成的水位显示及远程检测系统。
在系统中，设计一种简易的水位检测方法以测得水位的状况，通过单片机显示系统在水位现场以LED的方式显示出来，并通过与之相连的GSM模块将水位信息以一种无线的方式发送给远程终端，起到检测的作用。
另一方面，本文还介绍了此系统在现阶段的防洪，汛期水位检测中的运用。
其覆盖范围广，成本低廉，实现方便的特点，完全可以替代现有广域水位检测以及警报系统，保证广大人民群众生命和财产的安全。
关键词：
GSMGSl00AT89C2051串口通信远程检测
如大家所知，供水系统中的水塔和高位水池等设备由于所处地势高，人员上下极为不便，有时水即将用完也不知道，造成需用水时却无水可用的情况。
此外，在向池中注入水的过程中，由于不知道水位的情况，也就无法控制注水量的多少，这会严重影响正常的工作效率。
为此，需要对水位进行自动显示、监测和报警。
传统的水位检测系统一般通过有线方式与监控中心取得联系，这种方式不但维护起来困难，需要专门人员进行维护调控，而且在很大程度上限制了其在时空上的拓展性，而内部架设的无线网络成本又极高。
采用GSM模块与单片机构成的系统则能利用现有GSM网络的覆盖范围以及单片机的通用性，能有效节约成本。
通过单片机的并行I／0口可以很方便的实现实时水位的显示功能。
现有的GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网成本和维护费用。
当采用GSM模块时，相比码分多址技术，目前基于时分多址技术的移动通信体制是最成熟、最完善、应用最广的一种系统。
我国目前已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，可以通过其实现远程终端监控和报警的功能。
下图为数传电台组网与GSM短信模块组网的比较。
在数据量较大、网络覆盖范围小于15KM、要求系统响应时间的应用中使用数传模块组网从经济性及实现的难易程度上看较有优势。
在要求网络覆盖范围大于15KM以上、数据量很小的应用中使用GSM短信模块组网从经济性及实现的难易程度上看较有优势。
数传电台组网
GSM短信模块组网
比较
组网形式
自建网络，一般采用一个中心站的大区制。
一般受无线电管理及经费的限制，网络覆盖范围小于30公里，在使用一个中心站的情况下，作用半径内有通信死角。
使用GSM公众网，蜂窝制式。
在城市及人口有一定密集的区域，GSM网络几乎能全面覆盖。
网络覆盖区域很少有死角。
GSM模块网络覆盖范围大
组网费用
费用主要包括主台天线，馈线，天线支撑架。
终端天线，馈线，天线支撑架。
无组网费用。
GSM模块无组网费用
组网难度
有一定难度。
使用公网。
GSM模块无需组网。
终端费用
5W电台相当于GSM模块价格。
功率加大费用增加。
终端价格与网络范围无关，5W电台相当于GSM模块价格。
在网络范围大于10KM时，数传电台终端价格大于GSM模块价格。
在1-2KM时数传电台终端价格小于GSM模块。
使用费用
每个分台每年应向当地无线电关系部门交纳频率占用费。
费用与通信数据量无关。
每发送一次数据向GSM网络运营商交纳短信费。
每次发送字节数不大于140字节。
费用与通信数据量相关。
一般来说数传电台组网费用较低。
数据速率
一般使用1200bit/s，9600bit/s
受每次发送字节数不大于140字节及GSM网络管理的限制，实际速率不会超过1200bit/s。
数传电台速率较高。
系统响应时间
终端响应时间小于200MS
与GSM网络及发送的时间有关，不可控。
一般为若干秒。
数传电台系统响应时间较快。
1水位的测试及显示系统
一般的实际使用中，水位的测试通常有两种方法：
超声波水位探测仪和干簧管式水位显示仪。
这两种方法虽然可行但不切实际，应用起来成本过高，实现起来非常复杂，同时也不易维护。
本文结合了现阶段通用的一些技术，设计了一种简单易用，并且成本低廉的水位检测系统。
该水位检测部分由绝缘支架、电极、导管和浮球几部分构成，如图1所示。
浮子由1个直径15cm的不锈钢球与1根长105cm、外径15mm的不锈钢管焊接而成。
导管是一根外径20mm、内径17mm的PVC塑料管。
支架由长80cm的电工导轨制作而成。
其余部分安装在1个长25cm、宽20cm、厚5cm的塑料盒内。
而水位检测显示系统则由水位测试系统、单片机的并行I／0口、电阻、电源以及LED发光二极管共同组成，如图2所示。
电极K1、K2和K3的另一端分别与单片机的并行I／C口P1．1、P1．2和P1．3相连，而对应的l／O口则通过电阻串联到LED上接电源的正极。
当水位达到水满位置时，此时因为水的导电作用，电极开关K1、K2和K3都导通，相应Pl口接地置低，3个发光二极管都点亮；
当水位达到正常水位时，K2和K3导通，而K1断开，相应P1．2和P1．3置低，2个二极管点亮;
当水位达到缺水位置时，此时只有K3导通，对应只有LED3被点亮。
所以根据二极管灯点亮的个数的显示，工作人员在现场给水池注水时，就能很清楚的知道现场水位的状况，这样就能够正确的注水，而不会出现文章开头出现的状况。
如图一：
当水位到达K1时，水池中的已经接近满的状态。
此时，因水接触K1，K2，K3，使之导通，于是K1，K2，K3电极所连接的LED1，LED2，LED3，都被点亮，从而可以很直观的报告水池中的水位已满。
如图2。
但这仅仅局限于工作人员在场的情况下可知。
我们今天所要解决的是远程的水位监控，所以接下来就要用到单片机，AT89C2051。
2水位远程检测系统硬件组成
不过上面制作的系统，只有工作人员在水位显示装置前才能得知水位情况，依然需要专门人员定时进行察看以及检测，遇到工作人员不在的特殊情况，或系统异常时，此系统便无法应对。
所以下面，本文就要设计一个简单，可以远程检测并控制的水位远程检测系统。
水位远程检测系统实际是一个无线数据的收发系统。
该系统主要是通过现有的移动通信网络来实现无线数据的传送，相比专用无线网络，此系统架设以及维护成本都比较低廉，实现起来也很方便。
此系统主要由两部分组成，即微控制器芯片89C2051和GSM无线短信芯片G100A。
2．1微控制器
微控制器采用Atrnel公司推出的一种小型单片机89C2051，95年出现在中国市场。
其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。
其内有2KB的Flash程序存储器和128B的片内RAM。
89C2051共20引脚，其中P1口8脚（图1），可以作为一般的准双向端口，在引脚的驱动能力上，具有很强的下拉能力。
89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。
89C2051工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。
这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。
我们这里使用的AT89C2051单片机，如上图。
其内部电路图如下图：
当水池水位已满时，P1.1，P1.2，P1.3，都高电平。
在AT89C2051中，P1口是一组8位双向I/O口，P1.2-P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内务上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（AIN0）和反相输入端（AIN1），如果需要应在外部接上拉电阻。
P1口输出缓冲器和吸收20mA电流并可直接驱动LED。
当P1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚P1.2-P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流（L1L）。
P1口还在FLASH闪速编程及程序校验时接受代码数据。
RST口为复位输入，RST引脚一旦变为两个极其周期以上的高电平，所有I/O口都将复位到“1”（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个极其周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。
所以，此端口作用为工作过程中的复位。
4和5是XTAL1引脚和XTAL2引脚。
如图：
其中XTAL1引脚为振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2为振荡器反相放大器的输入端。
图3中时钟振荡器为内部振荡电路,采用的是石英晶体振荡器组成时钟振荡器。
C2，C3=30pf+-10pF。
VCC输入端接+5V电压，GND接地。
2．2GSM无线短信芯片
GSM无线短信模块G100A是由北京捷麦公司推出的，该模块采用全SMT组装，工艺先进、可靠性高，工作电压范围为5～15v。
工业级产品设计，工作温度范围宽，可适合野外工作。
全封闭铝合金外壳，抗干扰能力强。
其内置的德国西门子公司GSM模块
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