完整版基于GPRS的水库监测系统水位信号采集及传输设计毕业设计.docx

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完整版基于GPRS的水库监测系统水位信号采集及传输设计毕业设计

JIUJIANGUNIVERSITY

毕业论文

题目基于GPRS的水库监测系统

─水位信号采集及传输设计

英文题目AWater-levelMonitoringSystemof

theReservoirBasedonGPRS

院系信息科学与技术学院

专业计算机科学与技术

月

摘要

目前国内的水库监测只是针对大中型水库，而大量分布的小型水库还是监测的盲点。

正是这些小型水库的监测失控造成了近些年的洪涝和干旱的重要原因。

但是大中型水库的监测模式不适应用于网点多，分散零散的小型水库监测。

为此，设计了适合集中控制分布式的小型水库网点模式的水位测距仪。

系统的硬件部分主要是超声波传感器，利用超声波传感器进行模拟采集数据，数据处理部分采用STC12C5A60S2单片机为核心控制器件，由显示芯片LCD1602进行现场显示，再通过，MAX232传到上位机。

由上位机进行显示。

本论文联系于基于GSM网络的GPRS网络通信技术实现远程数据传输，从而实现远程水位实时监控功能的系统。

本论文对电路的功能和工作原理进行详细介绍。

关键词：

分布式水库，水位监测，超声波，数据采集，数据传输

Abstract

Atpresentthedomesticreservoirmonitoringisaimedatlargeandmedium-sizedreservoir,andalargenumberofdistributionofsmallreservoirormonitoringblindspot.Itisthesesmallreservoirmonitoringcontrolcausedbytherecentfloodsanddroughtsareimportantcausesof.Butlargeandmedium-sizedreservoirmonitoringmodeisnotadaptedforoutlets,scatteredscatteredsmall-sizedreservoirmonitoring.Tothisend,wedesignacentralizedcontrolofdistributedsmallreservoirmodel.

Hereusesthesensormainlyistheultrasonicsensor,Carriesonanalogdatagatheringusingtheultrasonicsensor.data-acquisitiontakesSTC12C5S60S2singlechipmicrocomputerasthekeycontrollerelement.ThedisplaychipLCD1602fielddisplay.andsenttothePCthroughMAX232themaincommunicationwire,alsoitwillbeshown.

Thispapermainlyintroducesaremotemonitoringsystem,whichaccomplishesremotedatatransferbythetechniqueofGPRSbasedonGSMnetwork.

Thispaperthecircuitfunctionandworkingprincipleindetailintroduction.

Keywords:

DistributedReservoir,Awater-levelMonitoring,UltrasonicWave,

DataAcquisition,DataTransmission

1概述

2超声波测距原理

3软硬件说明

4硬件设计与实现

5程序设计

6程序调试与误差分析

1概述

1.1选题意义

目前国内的水库监测系统只是针对大中型水库，而在中国小型水库的管理失控却是洪涝和干旱的主要原因。

对小型水库的监测将在未来变的更加重要。

所以制作适合分布零散的小型水库的监测系统非常有必要。

超声波测距在现代工业测量中有着广泛的应用，超声波可以在一些特定场合或者环境比较恶劣的环境下使用。

超声波仪器比光学器件更有利于管理。

并且利用单片机控制超声波监测水位有比较快速，方便，计算简单，容易做到实时监控，而且精度高等优点。

因为超声波在测距在某些方面有的优势。

设计好的超声波测距仪监测小型水库的水位就显得有必要。

这就是本设计的意义所在。

1.2测距方法发展与比较

1.2.1国际超声波测距发展

一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验。

经过这么多年的发展，随着超声波技术研究的不断深入，而且他的高精度、无损、非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及。

目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海、宇航、石油化工、交通等工业领域。

此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也有广泛的应用。

国外在提高超声波测距方面做了大量的研究。

对超声波测距的精度主要取决于所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传输速度，二者中以传输时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传输时间的不确定度来提高测距精度。

目前相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。

1.2.2测距方法简介

在人类发展的过程中，我们使用过很多方法，大体分为三类，比如目测，步测，臂长尺测，等等原始的方法；再有或者用步枪测量，指南针测量，甚至车辆测量的方法；对于用更加先进的技术的测量距离的，普遍的是超声波测距，以及激光测距，红外线测距。

测量是向着精确度越来越高发展，在隐性发面测量的记录更加快捷。

1.2.3激光与超声波测距比较

超声波测距与激光测距是现在最常用的两大工业测量方法，有各自的优缺点。

超声波优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，所以倒车雷达多半使用超声波。

超声波缺点是精度较低。

激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。

综上所述，超声波仪器不需要更多的人去保养，更适合在更加不好的环境。

1.3设计思路及要求

1.3.1系统设计—总体中的个体

本毕业设计题目是三个题目中的一个，属于下位机。

中间包括GPRS传输，上位机是处理信号的服务器。

在这个整体中本设计的要求仅仅是把距离和温度数据通过串口传输出去。

传输分两种，一种是方便实验可以直接和电脑连接，一种是通过连接GPRS。

这两种方式并不需要改程序去适应。

只需要添加传输格式即可。

而本设计的任务就是数据采集。

水位监测系统整体图如图1-1所示。

图1-1整体图

1.3.2系统设计要求

（1）超声波温度补偿测距；

（2）发送的连续性；

（3）是通过MAX232串口，方便连接GPRS设备，能远距离传输；

1.4论文章节说明

本论文主要介绍整个设计，包括设计的选题，原理，所用的软件，硬件以及测试全部过程，通过论文可以全部还原设计的每个方面。

第一章，概述；顾名思义就是大概的说明一下超声波在社会发展中的情况，即“被”超声波选择和选择超声波的原因。

第二章，超声波测距原理；具体的说明超声波的原理，测距所需要注意的环境等情况，包括测距中需要用到的超声波的不确定性而引起的误差，即温度补偿声波在空气中的传播速度的误差。

第三章，软硬件使用说明；这章简单的说明设计过程中所用到的软件。

认识和分析所用的硬件的特点。

为后边的设计的过程做必要的准备。

第四章，程序设计及实现；在第三章已经认识了所需要的软件之后，先决定写程序，因为可以通过软件模拟程序的实现。

第五章，电路设计及实现；在一切就绪以后就必须动手做实物。

这个章节主要介绍过程和所用的物件。

第六章，调试；分析错误并解决，分析误差并尽力减小误差。

错误来源有程序错误和硬件拼装错误，所以用的是调试软件的软件，硬件的错误只能靠人工去发现并解决。

1.5小结

通过本章节的说明，了解论文题目的研究意义，即声波的速度比其他测量方式慢，且为非接触式等原因。

以及超声波的发展。

并对论文题目的设计需求和论文章节说明做了介绍，分别是：

概述，超声波测距原理，软硬件说明，程序设计与实现，电路设计与实现，调试等章节。

2超声波测距原理

2.1超声波简介

声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象。

当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限（根据大量实验数据统计，取整数为20000赫兹）时，人们就会觉察不出周围声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。

超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。

利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。

换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能转换为电能。

2.2超声波测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：

s=340t/2

最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：

s=340t/2。

由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。

在使用时，如果传播介质温度变化不是很大的情况，则可认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。

如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正（将在一面一节中谈到）。

只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

这就是超声波测距仪的基本原理。

超声波的测距原理如图2-1所示。

T

超声波发射障碍物

超声波接收

图2-1超声波的测距原理

H=scosθ（2.2-1）

θ=arctg（L/H）（2.2-2）

式中:

L---两探头之间中心距离的一半.

又知道超声波传播的距离为:

2s=vt（2.2-3）

式中:

v—超声波在介质中的传播速度;

t—超声波从发射到接收所需要的时间.

将（2.2—2）、（2.2—3）代入（2.2-1）中得：

H=（Vtcos[arctgL/H]）/2（2.2-4）

其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数（例如在温度T=30度时,V=349m/s）;当需要测量的距离H远远大于L时,则（2.2—4）变为:

H=Vt/2（2.2-5）

所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H.

2.3温度补偿原理及运算

在本设计中，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，所以对超声波传播速度加以修正，以减小误差。

下面公式是超声波传播速度与空气温度的关系。

V=331．4+0．607T

式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m／s。

超声波波度