《基于單片機(jī)的水文檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》8600字

緒論1.1設(shè)計(jì)背景水資源影響著人們的生活和生產(chǎn)，是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源。目前已知，地球的淡水資源不僅少，而且大部分被儲(chǔ)存在冰川中，剩下的極少部分水資源多存儲(chǔ)在江河湖泊之中，占比不足1%。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多地方以資源換發(fā)展，導(dǎo)致水資源污染嚴(yán)重，水資源保護(hù)成為迄今為止人類面臨的重要問(wèn)題。因此，水文測(cè)試可以實(shí)施的監(jiān)控某一地方水資源的變化狀況，保障水資源的安全。地表水和地下水的污染不僅影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更關(guān)乎人們的用水安全。于是乎。水資源變得越來(lái)越引人注目。根據(jù)我國(guó)環(huán)境報(bào)告中的數(shù)據(jù)顯示，從2015年起，對(duì)我國(guó)的七個(gè)主要河流系統(tǒng)（包括長(zhǎng)江，黃河和珠江）的100個(gè)州管理的州進(jìn)行水文監(jiān)視發(fā)現(xiàn)。整個(gè)流域的III類水文部分占36％，1V和V類水文部分占40％，下V類水文部分占24％。和2013年相比，就2年時(shí)間，III型水文的比例下降了17.4％，下V型水文的比例增加了15.3％。這表明我國(guó)水污染狀況逐年惡化。此外，在中國(guó)28個(gè)州管理的28個(gè)主要湖泊（水庫(kù)）中，劣V類水文學(xué)的比例高達(dá)43％，而滿足II類水文的湖(庫(kù))僅占7％。雖然地球的土地比較小小，水占據(jù)了地球的大部分，但是其中的淡水資源卻非常稀缺。淡水資源稀缺到它占地球的1％?；诠I(yè)用水量的劇增，以及人們沒(méi)有節(jié)約用水的習(xí)慣，使得有限能用的淡水資源成為一項(xiàng)緊缺的資源。隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐漸成熟，人們借助科技的手段對(duì)水污染展開(kāi)治理，并對(duì)地域的水資源狀況進(jìn)行監(jiān)控。1.2設(shè)計(jì)狀況和重要性人類進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在生活和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，電子技術(shù)發(fā)展迅速，各類電子產(chǎn)品給人類的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利，人們的生活水平有了顯著的提高。在此種情況，人們從追求溫飽轉(zhuǎn)向追求生活的質(zhì)量，開(kāi)始關(guān)注食品安全、環(huán)境安全和水資源安全等。以家庭為單位，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將他們郵箱的連接，以單片機(jī)為控制核心的水溫檢測(cè)設(shè)備能夠有效的檢測(cè)水文的發(fā)展?fàn)顩r，保障人們的用水安全。國(guó)家注意到電子技術(shù)對(duì)于水溫檢測(cè)方面有著較大的應(yīng)用潛力，因此推動(dòng)和鼓勵(lì)此領(lǐng)域的發(fā)展。水文監(jiān)測(cè)的對(duì)象是某些關(guān)乎人們用于安全，且容易被污染的河流。對(duì)水體的數(shù)據(jù)采樣，可以對(duì)該河流的污染狀況有一個(gè)充分的了解。評(píng)估水中的水文條件；通過(guò)分析不同時(shí)期的水文探測(cè)參數(shù)，可以掌握水體的水文變化趨勢(shì)。水文監(jiān)測(cè)對(duì)于加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)治理和解決我國(guó)水污染危機(jī)具有重要性意義。當(dāng)前，水文監(jiān)測(cè)受到了全世界的廣泛關(guān)注，各國(guó)根據(jù)實(shí)際情況制定了相應(yīng)的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和水文監(jiān)測(cè)規(guī)范。我國(guó)也有相關(guān)的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和水文監(jiān)測(cè)，例如《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838.2002），《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848.93）。當(dāng)今市場(chǎng)上主要的水文監(jiān)測(cè)探測(cè)器使用人工和資源密集型人工化學(xué)監(jiān)測(cè)，因此無(wú)法及時(shí)獲得水文結(jié)果。在此種情況下，水文監(jiān)測(cè)尤為重要性，定點(diǎn)水文檢測(cè)是指對(duì)某一特定的地點(diǎn)，使用專門(mén)的設(shè)備對(duì)水資源繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣。點(diǎn)水文信息通過(guò)微系統(tǒng)處理器獲取并實(shí)時(shí)發(fā)送到LCD模塊。單片機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的顯示水文的采樣狀況。水文在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專為水文安全風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)計(jì)，例如某些水參數(shù)，例如溫度，濕度和水位。1.3本文的主要內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的水文監(jiān)控系統(tǒng)，控制的核心是STC89C52單片機(jī)，根據(jù)實(shí)際電路功能對(duì)電路進(jìn)行劃分，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的水文監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足實(shí)踐的應(yīng)用要求。本文各章節(jié)的具體寫(xiě)作內(nèi)容如下所示：第一部分主要是本題研究方面的背景以及意義，通過(guò)結(jié)合當(dāng)今世界對(duì)于水文檢測(cè)的研究狀況和設(shè)計(jì)背景來(lái)突顯出該設(shè)計(jì)研究的重要性，以此來(lái)展開(kāi)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。第二部分是在介紹本設(shè)計(jì)在研究設(shè)計(jì)時(shí)的整體思路，對(duì)于整體系統(tǒng)和各個(gè)分部的版塊進(jìn)行闡明，加深對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題要求，對(duì)于整個(gè)研究設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)性的解釋。第三部分主要是對(duì)于硬件部分的設(shè)計(jì)解釋說(shuō)明，通過(guò)對(duì)于硬件相關(guān)電路圖的設(shè)計(jì)來(lái)確保硬件可以正常使用，硬件主要包括傳感器模塊設(shè)計(jì)、水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)、LCD顯示模塊、電源模塊和水流速監(jiān)控模塊等方面的設(shè)計(jì)。第四部分則為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本課題設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究可以實(shí)時(shí)檢測(cè)水溫，水位和流量等基本信息，并在液晶顯示器上顯示當(dāng)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)值。當(dāng)水文檢測(cè)系統(tǒng)采樣的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的閾值，就會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的警報(bào)。系統(tǒng)原理框圖如下圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)原理框圖圖2.1是整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，以下對(duì)設(shè)計(jì)框圖的每個(gè)組成部分的功能做介紹：1、STC89C52單片機(jī)控制模塊本次設(shè)計(jì)的控制器是STC單片機(jī)，搭建了復(fù)位電路。2、液晶顯示模塊數(shù)據(jù)的顯示是由LCD液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)的，顯示的內(nèi)容是采集的溫度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)，顯示的方法是動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。3、電源模塊本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)接的是實(shí)驗(yàn)室的220V交流電，但是系統(tǒng)的供應(yīng)電路限制在5V?；谙到y(tǒng)安全的考量，需要將220V生活用電降到5V左右的低壓電，具體操作的步驟有降壓、整流、濾波等，最后得出的是5V低壓直流電。單片機(jī)的供電是5V低壓直流電，將整理出來(lái)的5V低壓直流電接到單片機(jī),可以運(yùn)行系統(tǒng)。4、液位檢測(cè)模塊本課題的液位檢測(cè)模塊主要檢測(cè)水位。.6、溫度傳感器模塊本課題的溫度傳感器模塊主要監(jiān)測(cè)水溫。7、流速傳感器檢測(cè)模塊本課題使用流速傳感器主要檢測(cè)水流速度。2.2系統(tǒng)軟件介紹2.2.1Proteus介紹在計(jì)算機(jī)技術(shù)沒(méi)有成熟，以及計(jì)算機(jī)沒(méi)有普及之前，電路設(shè)計(jì)、電路原理圖的繪制和電路仿真很多時(shí)候都是人工操作，隨著電子科技的逐漸成熟，以及計(jì)算機(jī)價(jià)格的平民化，電路設(shè)計(jì)等操作均是借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。尤其是基于市場(chǎng)的需求，大量的新型的元器件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，電子線路相較過(guò)去更加的復(fù)雜，如果使用手工進(jìn)行的電子線路的設(shè)計(jì)，就會(huì)相當(dāng)?shù)睦щy，出現(xiàn)的錯(cuò)誤也比較多，使用計(jì)算機(jī)軟件可以有效的提高工作的效率，保證工作的質(zhì)量。Proteus軟件是英國(guó)LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。如圖2.2所示為Proteus軟件打開(kāi)界面：圖2.2Proteus軟件打開(kāi)界面2.2.2KeilC51軟件KeilSoftware公司在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，為了更好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真，推出了uVision3軟件，該軟件支持的單片機(jī)較多，支持多種單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)。就其使用功能來(lái)說(shuō)，在其配置的基礎(chǔ)功能之上，還配設(shè)有功能導(dǎo)航器，所以在該軟件的使用過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)模板的編寫(xiě)與修改，還可以進(jìn)行功能向?qū)?。完成代碼的書(shū)寫(xiě)和方針圖的設(shè)計(jì)之后，可以將仿真代碼生成Hex文件，嵌入到仿真圖實(shí)現(xiàn)仿真。晶振電路可以起到計(jì)數(shù)的作用，原理在于晶振震蕩頻率的快慢，一般使用的晶振頻率為11.0592MHz，這個(gè)頻率并不是固定的，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。在進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候，需要仿真器與PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)流暢的數(shù)據(jù)通信，keil配置了LEC，功能是用于數(shù)據(jù)的接收，當(dāng)它通信流暢的時(shí)候，則其會(huì)一直處于閃光狀態(tài)。在開(kāi)始使用keil軟件的時(shí)候，打開(kāi)時(shí)keil軟件處于灰色狀態(tài)，無(wú)法直接的進(jìn)行程序的編輯和調(diào)試，需要先創(chuàng)建一個(gè)新文件。具體的操作流程如下：打開(kāi)keil文件，選擇菜單欄的“project”，選定“Target1”，點(diǎn)擊“SourceGroup1”，選擇“addfilestogroupssourcegroup1”，在進(jìn)行編輯的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的指示燈開(kāi)始閃爍，基于程序的編輯順序，一步一步的進(jìn)行編譯。如果編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤，最下面的空白窗口會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的提示，使用鼠標(biāo)單機(jī)提示，自動(dòng)索引到錯(cuò)誤出現(xiàn)的位置，設(shè)計(jì)人員根據(jù)提示，進(jìn)行錯(cuò)誤的糾正或警報(bào)的處理。在進(jìn)行多輪的錯(cuò)誤修改之后，在程序編譯沒(méi)有錯(cuò)誤的時(shí)候，可以生成“HEX”文件，如果程序還存在著錯(cuò)誤，則無(wú)法生成該文件。導(dǎo)出“HEX”文件的操作步驟如下所示：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單欄的“project”選項(xiàng)卡，在下拉菜單中選擇“optionsfortarget1”，系統(tǒng)彈出窗口，進(jìn)行晶振頻率的設(shè)置，本次設(shè)計(jì)使用的晶振頻率為12MHz，設(shè)置完成后，點(diǎn)擊彈出窗口的“output”選項(xiàng)卡，在“createHEXfile”前的方框內(nèi)勾選。當(dāng)程序的編譯沒(méi)有錯(cuò)誤之后，該窗口會(huì)有“createHEXfilefrom”的選項(xiàng)，點(diǎn)擊該選項(xiàng)，將“HEX”導(dǎo)出來(lái)。KeilC51軟件的打開(kāi)界面具體如圖2.3所示：圖2.3KeilC51軟件打開(kāi)界面3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1主處理器系統(tǒng)電路STC89C52單片機(jī)出現(xiàn)的時(shí)間較早，基于多年的更新和完善，設(shè)計(jì)較為成熟，應(yīng)用廣泛。如果僅僅是讓單片機(jī)運(yùn)行起來(lái)，只需要配置相應(yīng)的晶振電路和復(fù)位電路，組成的系統(tǒng)被稱為“最小系統(tǒng)”。晶振電路的作用是為單片機(jī)提供計(jì)數(shù)，是維持單片機(jī)運(yùn)行的核心模塊，復(fù)位電路能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的重啟。任何系統(tǒng)如果想正常的運(yùn)行，都需要配置單片機(jī)的“最小系統(tǒng)”，本文設(shè)計(jì)的“水文檢測(cè)系統(tǒng)”，“最小系統(tǒng)”也發(fā)揮了巨大的作用。在單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站或相關(guān)的專業(yè)資料上，關(guān)于“最小系統(tǒng)”的搭設(shè)和用途，都有詳細(xì)的說(shuō)明，在設(shè)計(jì)具體單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)候，可以進(jìn)行參考。如下圖3.1為STC89C52型號(hào)單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)51單片機(jī)功能強(qiáng)大，指令系統(tǒng)完善，現(xiàn)在市場(chǎng)上較為流行的16位單片機(jī)和32位單片機(jī)都是在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，本次設(shè)計(jì)使用的STC89C52型號(hào)單片機(jī)也不例外。STC89C52型號(hào)單片機(jī)配置相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，在系統(tǒng)運(yùn)行課程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)程序的控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。3.1.1復(fù)位電路單片機(jī)最小系統(tǒng)配置了“復(fù)位電路”，VCC引腳給電容供電，復(fù)位引腳短地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位，該系統(tǒng)的復(fù)位操作使用的時(shí)間在幾毫秒內(nèi)。在操作過(guò)程中，當(dāng)VCC給電容充滿電后，復(fù)位引腳短地，但是系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生復(fù)位，表示復(fù)位電路發(fā)生故障，重啟電源，重新運(yùn)行系統(tǒng)。3.1.2晶振電路根據(jù)“單片機(jī)最小系統(tǒng)”可知，晶振電路的構(gòu)成是8MHZ晶振，外加兩30PF電容，缺少任何一個(gè)部分，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)晶振電路的正常運(yùn)行。晶振會(huì)產(chǎn)生頻率，頻率的大小與安裝的晶振有關(guān)。單片機(jī)計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)都是靠接受晶振發(fā)出的脈沖信號(hào)，晶振的參數(shù)設(shè)置欸8MHZ，表示晶振會(huì)產(chǎn)生的頻率我為8MHZ，該參數(shù)設(shè)置的越高，表示頻率就越高，高參數(shù)設(shè)置的越低，表示頻率就越低。單品機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，晶振電路屬于外設(shè)電路，因此對(duì)于配置了晶振電路的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就不需要在嵌入晶振芯片。單片機(jī)引腳的定義如下所示：40引腳：VCC，接的是電源，給系統(tǒng)供應(yīng)5V的直流電；20引腳：GND，接地，該引腳的電壓為0V；9引腳：外界電路是復(fù)位電路，復(fù)位電路對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是必不可少的，可以使單片機(jī)程序運(yùn)行出現(xiàn)故障的時(shí)候，直接跳到程序的原始位置。復(fù)位電路有一個(gè)RC電路，承擔(dān)濾波的職責(zé)，能夠穩(wěn)定電路。31引腳：當(dāng)該引腳的電平為高電平的時(shí)候，單片機(jī)訪問(wèn)的是片內(nèi)程序，當(dāng)該引腳的電平為低電平的時(shí)候，單片機(jī)可以訪問(wèn)片外程序。19引腳：對(duì)單片機(jī)配設(shè)的時(shí)鐘振蕩器具有控制作用。18引腳：外接的是晶振電路，晶振電路是由8MHZ晶振和兩個(gè)30PF的電容組成的，晶振電路的作用是為單片機(jī)提供計(jì)數(shù)，是維持單片機(jī)運(yùn)行的核心，晶振電路能夠產(chǎn)生持久恒定的頻率，實(shí)現(xiàn)單系統(tǒng)的計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，是單片機(jī)系統(tǒng)的重要模塊，對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。P0，P1,P2和P3口是單片機(jī)的輸入輸出口，對(duì)于單個(gè)具體的輸入輸出口來(lái)說(shuō)，又有特殊的作用，具體使用可自行查閱相關(guān)的專業(yè)資料。尤為重要的是，P3口具有復(fù)位作用，當(dāng)單片機(jī)外設(shè)的復(fù)位電路出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以使用P3進(jìn)行電路的復(fù)位。3.2LCD顯示模塊本次設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)有限，因此選用了性價(jià)比較高的1602顯示模塊，數(shù)據(jù)模塊與主控單元相連，連接的引腳如下圖3.2所示，在每條連接線上都會(huì)串聯(lián)一個(gè)1000歐姆的電阻，以此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。圖3.2LCD1602顯示模塊3.2.1LCD的分類市場(chǎng)上較為流行的液晶顯示器有兩種，分別是段碼式液晶，另一種是點(diǎn)陣式液晶。段碼式液晶設(shè)計(jì)之初是為了代替數(shù)碼管的，因此其具備數(shù)碼管的一切功能，成本低廉，不僅可以顯示公司的品牌商標(biāo)，而且還可以顯示數(shù)字和特定圖案，受到了各大顧客公司的廣泛認(rèn)可。點(diǎn)陣式數(shù)碼管主要用于顯示漢字，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要顯示漢字，且點(diǎn)陣式數(shù)碼管種類繁多，常用的LCD1602設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，受到師生的喜愛(ài)，且價(jià)格低廉，所以本次設(shè)計(jì)使用點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD1602。3.2.2LCD模塊的引腳和封裝下面介紹常用的16字*2行（簡(jiǎn)稱16*2）字符模塊，如圖3.3所示，通過(guò)圖3.4可以得知PCB封裝。圖3.3LCD的原理圖圖3.4LCD封裝圖針對(duì)LCD1602的引腳功能進(jìn)行具體闡述，其有16個(gè)引腳，具體功能如下：引腳1：VSS，接地；引腳2：VCC，為L(zhǎng)CD1602提供5V直流低壓電；引腳3：當(dāng)液晶顯示屏接電的時(shí)候，屏幕的對(duì)比度就會(huì)降低，引腳3可以有效的提高屏幕的對(duì)比度，使得顯示出來(lái)的數(shù)字更加的清晰準(zhǔn)確。需要說(shuō)明的是，當(dāng)顯示屏幕的對(duì)比度過(guò)高，就會(huì)出現(xiàn)“鬼影”現(xiàn)象，所以需要合理操作，有效調(diào)節(jié)對(duì)比度；引腳15和引腳16，分別接背光的正極和負(fù)極。對(duì)程序進(jìn)行編輯可以有效的進(jìn)行液晶模塊的讀寫(xiě)和光標(biāo)的移動(dòng)等操作。下面針對(duì)相關(guān)指令進(jìn)行具體闡述：指令1：清楚01H里的內(nèi)容，光標(biāo)復(fù)位，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)不變，最后復(fù)位到00H；指令2：光標(biāo)恢復(fù)至原來(lái)的位置；指令3：在寫(xiě)書(shū)數(shù)據(jù)的時(shí)候，顯示光標(biāo)移動(dòng)的位置。指令4：當(dāng)B接高電平的時(shí)候，光標(biāo)開(kāi)始閃爍，當(dāng)B接低電平的時(shí)候，光標(biāo)停止閃爍；當(dāng)C接高電平的時(shí)候，光標(biāo)開(kāi)始出現(xiàn)，當(dāng)C接低電平的時(shí)候，光標(biāo)消失；當(dāng)D接高電平的時(shí)候，屏幕內(nèi)的內(nèi)容開(kāi)始顯示，當(dāng)D接低電平的時(shí)候，屏幕內(nèi)的內(nèi)容消失；指令5：該指令的功能在與實(shí)現(xiàn)光標(biāo)和屏幕內(nèi)容的移動(dòng)，并且配合引腳10和引腳9的使用。當(dāng)引腳10為高電平的時(shí)候，表示屏幕內(nèi)容可以移動(dòng)，當(dāng)引腳10為低電平的時(shí)候，表示光標(biāo)可以移動(dòng)。當(dāng)引腳9為高電平的時(shí)候，移動(dòng)的方向?yàn)橛曳?，?dāng)引腳9為低電平的時(shí)候，表示移動(dòng)的方向?yàn)樽蠓?。指?：用于設(shè)置相應(yīng)的格式，配合引腳9，引腳10和引腳11的使用。當(dāng)引腳9接的是高電平的時(shí)候，表示顯示的字符是按照5乘10的規(guī)范，當(dāng)引腳9接的是低電平的時(shí)候，表示顯示的字符是按照5乘7的規(guī)范；當(dāng)引腳10為高電平的時(shí)候，表示是以雙行的形式進(jìn)行顯示，如果引腳10是低電平，則表示以單行的形式進(jìn)行顯示；當(dāng)引腳11為高電平的時(shí)候，使用的數(shù)據(jù)接口規(guī)格是8位，當(dāng)引腳11為低電平的時(shí)候，使用的數(shù)據(jù)接口規(guī)格為4位。指令7：設(shè)置地址。指令8：對(duì)DDRAM進(jìn)行地址索引，或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候，使用的地址范圍00H-7FH；指令9：顯示“忙”或者讀取計(jì)數(shù)器地址，與引腳14配置使用。當(dāng)引腳前接入的是高電平的時(shí)候，表示系統(tǒng)的狀態(tài)為“忙”，此時(shí)系統(tǒng)不接收任何指令和信息；如果系統(tǒng)處于不忙的狀態(tài)，此時(shí)引腳14顯示為“低”電平。指令10：進(jìn)行寫(xiě)CGRAM或者是DDAM，要配合地址設(shè)置命令；指令11：讀CGRAM或DDAM在配置命令是要考慮到地址。初始化LCD1602模塊，則數(shù)據(jù)清零的模塊具體如下：屏幕的內(nèi)容清除掉：功能設(shè)置恢復(fù)原始狀態(tài)；是否顯示恢復(fù)至原始設(shè)定；輸入模式恢復(fù)至原始設(shè)定。3.3電源電路本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，所有的模塊的供電電壓均為5V直流，外部接入的電壓為220V交流電，因此需要將220V交流電變成５V直流電，使用的電路圖如圖3.5所示：圖3.5電源電路3.4溫度傳感器檢測(cè)電路確保數(shù)據(jù)的安全，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使用的是“一線總線”的傳輸方法，配置使用的溫度傳感器DS1822、DS18B20，都支持該種數(shù)據(jù)傳輸方式。其中DS18B20的誤差在±0.5℃，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，DS1822的測(cè)溫精度較差，誤差為±2℃?；谏鲜鲫U述的原因，本次設(shè)計(jì)使用的顯示器件是DS18B20，其引腳配置以及具體功能如下所示。DS18B20引腳的作用與功能具體如下：（1）DQ：進(jìn)行輸入信號(hào)的輸入和輸出；（2）GND：接地，該引腳的電平為0；（3）VDD：供電電源的輸入。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，使用的溫度傳感器是DS18B20，窗簾式封裝可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)讀取。將DS18B20與單片機(jī)TXD相連，單片機(jī)通過(guò)該引腳可以實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的讀取，并使用顯示模塊，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的顯示。具體的連接圖如下圖3.6所示：圖3.6DS18B20與單片機(jī)連接圖3.5水位監(jiān)測(cè)模塊本模塊的核心知識(shí)是三極管的電流放大原理，一定的液位會(huì)使得基級(jí)和發(fā)射級(jí)導(dǎo)通，那么集電極和發(fā)生級(jí)之間會(huì)產(chǎn)生較大的電流。水位監(jiān)控模塊如下圖3.7所示：圖3.7水位監(jiān)測(cè)模塊3.6水流速度檢測(cè)模塊水流速度檢測(cè)脈沖信號(hào)需要借助LM293芯片進(jìn)行整形，將整形完成后的脈沖接入光電耦合電路，進(jìn)行光電耦合處理后，脈沖才能輸入到處理器的TCLK1引腳。本次設(shè)計(jì)中配置了定時(shí)器和計(jì)數(shù)器計(jì)算速度傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)。51單片機(jī)本身有2個(gè)8位的定時(shí)器。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器本質(zhì)是先用的，定時(shí)是根據(jù)計(jì)數(shù)的多少。水流速度采集電路的電路圖如圖3.8所示：圖3.8速度采樣電路圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，所要完成的工作較多，為了保證工作的效率，需要根據(jù)特定的步驟和方法來(lái)完成。對(duì)這些步驟進(jìn)行梳理，具體操作如下：第一是熟悉系統(tǒng)的控制要求，明確系統(tǒng)所要的算法，理解相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于控制的需求，確定編程的步驟，并對(duì)編程過(guò)程中所要注意的點(diǎn)有明確的掌握；第二是科學(xué)的編制算法繪制流程圖?；诮鉀Q問(wèn)題所需要的步驟，編制相應(yīng)的算法流程圖，指導(dǎo)程序的編輯，降低出錯(cuò)的概率，提高變成的效率。第三是針對(duì)選擇的算法和編輯的流程圖，進(jìn)行程序的編輯，注重程序的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)化的程序不僅可以提高程序的可讀性，而且降低程序的復(fù)雜性，使得程序的上下結(jié)構(gòu)趨于一致。4.1主程序該系統(tǒng)軟件以51單片機(jī)為設(shè)計(jì)主體，并采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能監(jiān)控過(guò)程。圖4.1是正常條件下運(yùn)行的軟件的程序流程圖。系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化工作，然后收集溫度，水位和水流量。收集這些信息后，信息將被打包，打包后將顯示LCD顯示屏。用戶通過(guò)LCD顯示屏可以查看測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。倘若實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)超過(guò)了數(shù)值限制，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。圖4.1主程序軟件流程圖4.2溫度檢測(cè)子程序該程序的作用是寫(xiě)入傳感器中的數(shù)據(jù)，為了保障溫度數(shù)值讀取的正確性，需要嚴(yán)格的按照單總線的命令順序進(jìn)行，保障其與主機(jī)之間的通信。溫度傳感器模塊程序流程圖如圖4.2所示：開(kāi)始發(fā)寫(xiě)入指令開(kāi)始發(fā)寫(xiě)入指令初始化發(fā)讀取指令結(jié)束4.3顯示程序的流程圖本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基于數(shù)字顯示的需要，使用的顯示模塊是LCD1602，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)接電的時(shí)候，需要先進(jìn)行初始化，然后再使用LCD具體操作流程如圖4.3所示：圖4.3LCD初始化流程進(jìn)行數(shù)字顯示的時(shí)候，根據(jù)輸入的ASCII碼，查找相應(yīng)的漢字，然后根據(jù)字模地址進(jìn)行處置位置的計(jì)算，如果需要復(fù)位，按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)就很快恢復(fù)至初始狀態(tài)。LCD主程序流程圖如圖4.4所示：圖4.4LCD顯示流程系統(tǒng)仿真圖如圖4.5所示：圖4.5系統(tǒng)仿真圖5結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在原有掌握的知識(shí)體系內(nèi)，基于畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要，去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，綜合運(yùn)用知識(shí)，最終才能完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有時(shí)候?yàn)榱肆私庖粋€(gè)新的知識(shí)點(diǎn)，需要翻閱大量的專業(yè)知識(shí)，在查閱資料的過(guò)程中，進(jìn)一步加強(qiáng)了我對(duì)單片機(jī)的理解。當(dāng)然，在畢業(yè)設(shè)計(jì)制作的過(guò)程中，我也走了很多的彎路，但是我認(rèn)為這些彎路是必須的，有了這些彎路的經(jīng)歷，增長(zhǎng)了我在此方面的知識(shí)，磨礪了我的意志和品格，讓我能夠靜下心來(lái)做一件事，時(shí)常涌現(xiàn)出勇士無(wú)畏的心理狀態(tài)。水文水質(zhì)的檢測(cè)仍然在現(xiàn)實(shí)生活中必要的，通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水文和對(duì)于水質(zhì)環(huán)境的治理都用顯著的幫助，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)Proteus和Keil軟件的使用開(kāi)始并不熟悉，但是基于后面設(shè)計(jì)的需要，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)練習(xí)，隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我對(duì)Proteus和Keil軟件也有了很多深刻的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)于硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)也使得我對(duì)于單片機(jī)方面的知識(shí)更加深入的學(xué)習(xí)，同時(shí)對(duì)于仿真軟件運(yùn)用也更加熟練。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)使用Proteus仿真，很多模擬檢測(cè)傳感器仿真軟件并不支持，因此僅對(duì)部分功能進(jìn)行了仿真，通過(guò)仿真設(shè)計(jì)可以精準(zhǔn)的測(cè)量水位單位，并通過(guò)LCD顯示出實(shí)時(shí)數(shù)值，如果數(shù)值超出了預(yù)先設(shè)置的限值，報(bào)警器則會(huì)發(fā)出聲響。通過(guò)該設(shè)計(jì)可以有效測(cè)量水位，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)水位的目的。參考文獻(xiàn)李虹靜,李升輝.基于單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新,2019(13):36-38.陳旭,蔡文靜.關(guān)于單片機(jī)在溫濕測(cè)控技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].電子世界,2019(13):150-152.姚越,吳寶慶.關(guān)于單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的研究[J].科技資訊,2018,16(09):112-113.周琳博.基于單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的水箱液位控制器[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2018,24(08):75-77.張建興,任沁,王州強(qiáng).基于單片機(jī)技術(shù)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦(理論版),2018(15):99-103.吳凱.高效能源監(jiān)管智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2019,42(13):142-144.劉光平.基于AT89C51的超聲波水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界,2019(13):125-126.趙華峰.基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)