城市河道水位远程监测系统设计 毕业设计论文

状态，如果用这两种通信的任意一种，都是很不合适的。因此针对本课题中系统对通信模块所提出的要求，综合考虑，最终选用GSM远程通信方式来实现对河道水位的实时监测。GSM远程通信方式的优点很多，费用廉价、通信稳定、可靠性强、安装十分灵活，此通信方式在远程监测系统中获得了广泛的应用。

1.3 课题研究的主要内容

本课题所研究的城市河道水位远程监测系统主要包括以下几方面的内容： (1) 水位数据采集：能够自动监测河道水位，可以对河道水位进行实时监测。 (2) 水位数据分析和显示：测得的数据经A/D转换后传给单片机，然后单片机对这些数据分析，将河道实时水位数据传送到LED和报警器，分别进行数据的显示和报警。

(3) 水位数据的远程通信：通过GSM模块来实现数据的远程通信，把现场测得的实时河道水位数据通过GSM模块传送到PC机，通过组态王软件对河道水位进行实时显示。

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2 系统方案设计

本课题所设计的河道水位监测系统分为两大部分：一是测量站部分，另外一个是上位机部分。这两个部分通过GSM无线通讯模块连接在一起。测量站部分以单片机作为该部分的核心，另外再对超声波传感模块、显示模块、报警模块与通信模块所构成的外围电路进行完善，以达到对城市河道水位的测量的目的。上位机部分使用PC机，测量站测量的的数据通过无线通信网络发送给监测站的GSM模块，然后通过串行通信接口传输给PC机。使用PC机上的组态软件建立虚拟串口设备，对传送到PC机的数据进行接收，然后对数据进行处理分析后，将河道水位实时显示在屏幕上。该系统通过对城市河道水位进行实时监测，来进行对城市河道水位情况的记录与分析。

城市河道水位远程监测系统主要由以下部分组成：超声波测量部分、声光报警部分、LED数据显示部分、单片机部分、GSM无线通信模块部分、、串行接口部分、PC机部分。

该系统部分硬件模块基本情况如下： （1） 单片机部分

该系统的主控制器部分选用STC12C5A08S2单片机。该单片机是8051系列单片机中相对来说综合性能比较不错的一款单片机，它拥有非常高的处理速度，不仅能够兼容8051指令系统，更重要的是其功耗比原来的51单片机要低很多，能够大幅度提高该系统的工作效率。 （2） 超声波测量模块

本课题测量部分用超声波传感器对河道水位情况进行测量。水位的测量方式一般分为两大类：接触式与非接触式。该系统中使用的是非接触式测量的典范--超声波测量。超声波测量和其他测量方法相比，具有许多优点，比如精度高、适用性强、使用方便等优点。在使用超声波传感器对河道水位进行测量时，由单片机控制某个端口输出信号经发射电路发出超声波，这时由超声波接收电路接收反射回来的超声波信号，在对测量的数据进行计算处理，就可以很容易地得出河道水位实时数据。 （3） 通讯控制模块

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测量站和监测站之间使用无线通讯模块来实现连接。测量站的无线通信模块将系统采集处理过的信息，通过GSM网络，以短信的方式发送到监测站的通信模块，监测站的通信模块经串行通信接口电路送给PC机，通信模块所传送的信息经过PC机的处理，可以对河道水位的具体情况进行实时显示，并对河道水位数据做好历史记录。 （4）数据显示模块

测量点的河道水位数据可以通过显示模块来进行实时的显示。一般系统的显示方案有两种：一种是LCD显示屏，另一种是LED数码管。该系统使用LED数码管显示，共使用四位七段数码管。数码管和LCD显示屏相比，具有更高的亮度、能更清楚显示数据的特点。在该设计中四位数码管以共阳极方式连接，用74LS245来连接数码管与控制器之间的总线接口。最终通过LED数码管对河道的水位情况进行实时显示。

系统的总体结构图如图2.1。

天线 天线TC35iTC35i 串口 超声波测量STC单片机PC机数据显示声光报警 图2.1 系统总体结构框图

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3 系统硬件电路设计

3.1 单片机最小系统 123第一台单片机于20世纪70年代被生产出来，由存储器、运算器、控制器和输入输出设备组成。经过这么多年的开发与完善，使它具有了体积小、质量轻、价格便宜、有利于学习和开发的各个优点。发展到现在国内外单片机的应用领域已经变得十分广泛，其中包括水位测量领域。 本课题所用到的是宏晶公司生产的STC系列单片机。它有很多优点，比如说，加密性比较强、很难解密或者破解、超强抗干扰能力、超低功耗。这一系列的优点使得STC系列单片机得到了广泛的应用。 单片机最小系统一般包含三部分：单片机部分、复位电路和晶振电路。STC12C5A08S2单片机的最小系统如图3.1所示。 C630pFY1C730pF12MU11011125678341213VCC4020293631R8R710K1K9P3.0/RXDP3.1/TXDP1.0P1.1P1.4P1.5P1.6P1.7P1.2/RXD2P1.3/TXD2P3.2/INT0P3.3/INT1VCCGNDP4.4P4.5P4.6/RST2P4.7/RSTSTC12C5A08S2P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.73938373635343332141516172122232425262728VCCC510uFS1RSTXTAL2XTAL11819 图3.1 STC12C5A08S2单片机的最小系统 6