水位遙測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 水位遙測(cè)自控系統(tǒng) 學(xué)習(xí)中心： 重慶信息工程專修學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中心 年級(jí)專業(yè)： 0409級(jí) 電子信息工程 學(xué)生姓名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)教師： * 職 稱： * 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學(xué)院 中國(guó)石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間： * 年 * 月 * 日中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)發(fā)給學(xué)員 * 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 水位遙測(cè)自控系統(tǒng) 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： *年 *月 *日至 *年 *月* 日3設(shè)計(jì)(論文)課題要求：論文要內(nèi)容鮮明，文字流暢，闡述清楚，嚴(yán)格圍繞題目述寫(xiě)，邏輯性思維強(qiáng)，內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際，涉及他人觀點(diǎn)，對(duì)本設(shè)計(jì)有全面的論證。設(shè)計(jì)原理、計(jì)算、電路和本產(chǎn)品設(shè)計(jì)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。格式嚴(yán)格按照學(xué)校規(guī)定排序。如有不熟悉的知識(shí)點(diǎn)，向指導(dǎo)老師請(qǐng)教。4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：在學(xué)校規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，利用所學(xué)的電路設(shè)計(jì)軟件(PROTEL、EWB、PSPICE等)，去設(shè)計(jì)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(xiàn)查閱要求：充分利用課余時(shí)間到圖書(shū)館查閱相關(guān)資料，確保所引用到的一些事例真實(shí)；上網(wǎng)查尋與本論題相關(guān)的先進(jìn)的一些資料,確保題材符合當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)； 材料不宜過(guò)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(diǎn)或者成果要注明出處，以免造成侵權(quán)。 6發(fā) 出 日 期： *年 * 月 * 日 7學(xué)員完成日期： * 年 * 月 * 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 摘 要給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。本文介紹一種利用水位監(jiān)測(cè)模擬傳感器以測(cè)得水位的狀況，通過(guò)單片機(jī)和顯示系統(tǒng)在水位現(xiàn)場(chǎng)以LED的方式顯示出來(lái)，并通過(guò)與之相連的GSM模塊將水位信息以一種無(wú)線的方式發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，起到檢測(cè)的作用。在終端通過(guò)仿人工智能控制算法在大慣性、純滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用，可克服傳統(tǒng)PID控制的相位滯后、積分飽和，解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性的矛盾。將控制算法應(yīng)用到水位控制，取得了較好的控制效果。關(guān)鍵詞：GSM 串口通信 遠(yuǎn)程檢測(cè) 水位的測(cè)試目 錄摘 要i目 錄ii第1章 前言1第2章 水位遙測(cè)及信息處理32.1水位的測(cè)試32.2工作原理圖32.3 水位遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成42.3.1 微控制器42.3.2 GSM無(wú)線短信芯片52.3.3 系統(tǒng)硬件接口連接5第5章 結(jié) 論7致 謝8參考文獻(xiàn)9第1章 前言在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)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(huì)溢出來(lái)，可用以下方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，改進(jìn)供水裝置就能實(shí)現(xiàn)供水自動(dòng)化，供水系統(tǒng)中的水塔和高位水池等設(shè)備由于所處地勢(shì)高，上下極為不便，有時(shí)水即將用完也不知道，造成需用水時(shí)卻無(wú)水可用的情況。此外，在向池中注入水的過(guò)程中，由于不知道水位的情況，也就無(wú)法控制注水量的多少，這會(huì)嚴(yán)重影響正常的工作效率。為此需要對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)顯示、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。傳統(tǒng)的水位檢測(cè)系統(tǒng)一般通過(guò)有線方式與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，這種方式不但維護(hù)起來(lái)困難，而且在很大程度上限制了其在時(shí)空上的拓展性。采用GSM模塊與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)則能夠解決以上的問(wèn)題。通過(guò)單片機(jī)的并行I0口可以很方便的實(shí)現(xiàn)水位的顯示功能?，F(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無(wú)需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)采用GSM模塊時(shí)，就可以通過(guò)一種無(wú)線通信的方式以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報(bào)警的功能。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)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(cè)是由人工完成的，值班人員全天候地對(duì)水位的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室。然后主控室再開(kāi)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無(wú)論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)也容易出差錯(cuò)。因此急需一種能自動(dòng)檢測(cè)水位，并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，我所研究的就是這方面的課題。此外,這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我還有以下意義:(1) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解。(2) 掌握單片機(jī)的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如中斷、控制、I/O口、串行口通訊等。(3) 了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。(4) 通過(guò)簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)練習(xí)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。第2章 水位遙測(cè)及信息處理2.1水位的測(cè)試水位的測(cè)試通常有兩種方法；超聲波水位探測(cè)儀和干簧管式水位顯示儀。這兩種方法雖然可行但不切實(shí)際，本文設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的水位檢測(cè)方法。該水位檢測(cè)部分由絕緣支架、電極、導(dǎo)管和浮球幾部分構(gòu)成，如圖2-1所示。浮子由1個(gè)直徑15cm的不銹鋼球與1根長(zhǎng)105cm、外徑15mm的不銹鋼管焊接而成。導(dǎo)管是一根外徑20mm、內(nèi)徑17mm的PVC塑料管。支架由長(zhǎng)80cm的電工導(dǎo)軌制作而成。其余部分安裝在1個(gè)長(zhǎng)25cm、寬20cm、厚5cm的塑料盒內(nèi)。2.2工作原理圖圖2-1 接近開(kāi)關(guān)構(gòu)成水位檢測(cè)系統(tǒng)水位測(cè)試系統(tǒng)與單片機(jī)的并行I0口、電阻、電源及LED發(fā)光二極管共同組成水位檢測(cè)顯示系統(tǒng)，如圖2-2所示。圖2-2 水位顯示系統(tǒng)電極K1、K2和K3的另一端分別與單片機(jī)的并行IO口P11、P12和P13相連，而對(duì)應(yīng)的lO口則通過(guò)電阻串LED接電源的正極。當(dāng)水位達(dá)到水滿時(shí)，此時(shí)通過(guò)水的導(dǎo)電，電極開(kāi)關(guān)K1、K2和K3都導(dǎo)通，相應(yīng)Pl口接地置低，3個(gè)發(fā)光二極管都點(diǎn)亮；當(dāng)水位達(dá)到正常水位時(shí)，K2和K3導(dǎo)通，而K1斷開(kāi)，相應(yīng)P12和P13置低，2個(gè)二極管點(diǎn)亮;當(dāng)水位達(dá)到缺水位置時(shí)，此時(shí)只有K3導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)只有LED3被點(diǎn)亮。通過(guò)二極管燈點(diǎn)亮個(gè)數(shù)的顯示，在現(xiàn)場(chǎng)給水池注水時(shí)，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(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成水位遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際是一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是通過(guò)現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的傳送。它主要由兩部分組成，微控制器芯片89C2051和GSM無(wú)線短信芯片G100A。2.3.1 微控制器微控制器采用Atrnel公司推出的一種小型單片機(jī)89C2051，其片內(nèi)含有2 KB的Flash程序存儲(chǔ)器和128 B的片內(nèi)RAM。89C2051共20引腳，其中P1口8腳，可以作為一般的準(zhǔn)雙向端口，在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上，具有很強(qiáng)的下拉能力，工作電壓為276 V。當(dāng)工作電壓在3 V時(shí)，電流相當(dāng)于6 V工作時(shí)的14,空閑時(shí)為1mA，掉電時(shí)僅為20nA。這樣小的功耗,很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。主要特點(diǎn)為采用Flash存儲(chǔ)器技術(shù)，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，程序的電可擦寫(xiě)特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比較容易。2.3.2 GSM無(wú)線短信芯片GSM無(wú)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(jìn)、可靠性高，工作電壓范圍為515 v。其內(nèi)置的德國(guó)西門子公司GSM模塊TC35使得模塊操作簡(jiǎn)單，無(wú)須學(xué)習(xí)復(fù)雜的GSM模塊AT指令集。G100A的串口具有TTL、RS232和RS485半雙工三種形式，標(biāo)準(zhǔn)配置為RS232。2.3.3 系統(tǒng)硬件接口連接整個(gè)水位遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成，其中上位機(jī)主要是指移動(dòng)終端即手機(jī)，而下位機(jī)是由GSM無(wú)線收發(fā)模塊及與其相連的單片機(jī)構(gòu)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(jī)安裝在水池附近，而微控制器C2051與G100A之間是通過(guò)串口RS232相連的，即TX、RX和GND三條線，圖2-3中以網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)相連。由于各自的工作電壓不太一樣，在這里采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的并行IO口,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)P11、P12和P13分別與水位測(cè)試系統(tǒng)中的電極按鍵K1、K2和K3的一端相連。當(dāng)水位在不同狀態(tài)時(shí)，由于按鍵的作用使得對(duì)應(yīng)的P11、Pl2和P13電平的狀態(tài)也不一致。這樣就可以通過(guò)檢測(cè)P1口的狀態(tài)，并將其狀態(tài)以短消息的形式由GSM模塊發(fā)送出去，手機(jī)終端收到短信后就可以判斷水位的狀態(tài)。這樣就完成了水位的遠(yuǎn)程檢測(cè)功能。第5章 結(jié) 論水塔水位自動(dòng)控制裝置應(yīng)用,主要起水位自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，以傳感器來(lái)獲得水位信息，用濾波器濾掉各種諧波信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，用單片機(jī)處理后可以達(dá)到水塔自動(dòng)控制的目的。以前主要依靠人工觀測(cè)水位，通知泵站控制室，因此凈化站水位波動(dòng)很大。改進(jìn)后，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，最大誤差可控制到設(shè)定水位25cm以下（設(shè)定水位為500cm），滿足用戶需求，控制輸出變化正常。實(shí)踐證明，用仿人智能控制方案實(shí)現(xiàn)的控制策略，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，并且系統(tǒng)具有較高的控制精度。水位測(cè)試系統(tǒng)實(shí)用方便，系統(tǒng)通過(guò)水位的變化來(lái)控制與單片機(jī)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(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)采用單片機(jī)的串口可以實(shí)時(shí)的將水位信息傳送給(GSM模塊。在無(wú)請(qǐng)求時(shí)，其水位信息暫存在單片機(jī)中，且不斷的更新水位信息。當(dāng)用戶需要時(shí)，會(huì)根據(jù)用戶的需要自動(dòng)的通過(guò)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(wú)線數(shù)據(jù)的傳送變得極為容易，用戶操作起來(lái)也非常方便。該系統(tǒng)的種種特點(diǎn)完全可以擴(kuò)展到其他的領(lǐng)域使用。致 謝在完成本篇畢業(yè)論文的過(guò)程中，本人得到了許多老師和同學(xué)們的幫助，是他們?yōu)榇烁冻隽诵难途Γ诖苏?qǐng)?jiān)试S我向他們表示最衷心的感謝！首先，我要感謝我的導(dǎo)師*。本篇論文從提綱到初稿乃至成稿，都經(jīng)過(guò)他精心的指導(dǎo)和修改，提出了嚴(yán)格的要求和許多寶貴的意見(jiàn)?？梢哉f(shuō)，我的整篇論文凝聚著他的心血。其次，我要感謝教學(xué)中心的老師。是他們對(duì)論文選題、選材、編寫(xiě)格式等方面給予了細(xì)心的指導(dǎo)，使本人的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)得以有條不紊地