水塔水位远程监控系统的设计
摘 要传统的水位控制在生产中一直占有主导地位，但随着生产线的更新，不仅要求有更直观、准确、稳定的水位控制系统，同时还要求在降低生产设备的成本方面要求更新自动化程度和性价比高的水位控制系统。单片机控制系统以其控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、造价低等特点被应用到水位系统的控制中。 本系统采用单片机STC89C52为控制核心来实现水位的基本控制功能。系统由键盘、无线通信、LCD液晶显示、水位传感器、电源和水泵控制部分组成。本文通过超声波传感器来实时监测水位变化并通过无线通信来传输信息给主机，主机可根据需要设定水位控制的高度，同时具备超限报警功能，并以LCD1602实时显示相应水位的状态。水位采集端和接收端通过NRF2401无线模块进行通信，当水位低于设定值，系统驱动继电器加水，到达设定水位，继电器驱动水泵停止抽水，当水位高于设定值，系统驱动继电器放水。
Key words: STC89C52, water level control, ultrasonic sensor, wireless transmission, 1602 LCD display 目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 系统硬件电路设计 5
3.1 硬件元器件介绍 5
3.1.1 STC89C52 5
3.1.2 HCSR04 6
3.1.3 LCD1602液晶 6
3.2 主控电路 7
3.3 水位检测电路 8
3.4 液晶显示电路 8
3.5 数据传输电路 10
3.6 报警电路 10
3.7 按键电路 11
3.8 水泵驱动电路 12
4 系统软件设计 13
4.1 主程序 13
4.2 液晶显示子程序 14
4.3 按键子程序设计 15
4.4 超声波子程序设计 16
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5 系统测试与分析 17
5.1 系统构成及功能介绍 17
5.2 系统调试 18
5.2.1硬件测试 18
5.2.2软件测试 19
5.3 测试结果分析 19
6 总结与展望 22
6.1 课题总结 22
6.2 课题展望 22
参考文献 24
致 谢 25
附 录A1 26
附 录A2 27
附 录B1 28
附 录B2 34
1 绪论
研究背景
我国是一个经济发达的国家，而且人民的生活水平有了很大程度上的提高。因此对如何更方便、简单的管理水有了很多想法 。因而考虑的问题也就比较多，减少环境和污染避免资源浪费成了人们首先考虑的。不管在那个行业里的人水都是他们所离不开的东西，然而大部分就为了给自己储存一点水，以备不时之需。但是储存水的水箱人们又不可能时时都在盯着 ，这就给人们带了很大程度上的困扰，如何控制好水箱里的水位成了当前吃水用水人民的比较棘手的问题。所以就很需要一个能够无人看管的自动上水放水的东西，这就是我们本次课题研究的目的和意义，此次研究的设计就可以很好帮助人们解决这个重大问题。它能够很好的识别水箱里面的水位情况同时也能解决水箱的自动加水跟放水的问题。该设计选用单片机作为主控芯片，只是因为单片机可以通过自己编写的程序实现高智能、高效率！
1.2 国内外研究现状
目前在我国监控装置的研究应用中，取得了比较优异的成绩，也总结出很多有用的经验，但是各行业仍然处于发展的时期，经过可靠的调查，很多的科学研究非常看重的是基本的理论和核心的算法，在这里一些实力强大的国家已经开始研究了。我们可以借鉴一下他们所积累下来的宝贵经验这样一来的话我们也可以少走一些弯路。虽然我们跟他们存在一些差距，但是我国的人员克服很多的困难，并且在不断地进行摸索，有机会在该领域赶上或者甚至超过其他的发达国家的水平，这就是发展趋势。
在我国人民平时生活和各行各业的需求中，他们经常会对水箱里的水位值进行监控和管理。在这些各式各样的水位控制面前虽然所需要的技术也大不相同、准确度不同，但是他们的基本的控制原理如出一辙。我国的经济水平不断发展，单片机的技术也有很大的提高。单片机别看它的个头小，可是它的运算速度却非常的惊人并且耗电很低。正是由于它的这些优点让它在研究领域的应用越来越多。所以说用它来作为水位的控制部分是一个非常非常明智的。
1.3 本课题的研究内容
本课题是一个基于单片机的水塔水位远程监控系统设计。设计主要的研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，给出水位远程监控系统设计总体设计方案；
（2）完成系统硬件电路设计，包括单片机最小系统电路、水位检测电路、无线收发电路、控制电路、电源供电电路、报警显示电路等设计；
（3）完成系统软件设计，包括：主程序、水位检测子程序、水泵控制子程序、显示报警子程序等设计；
（4）进行系统电路制作，完成硬件电路的制作，并对系统的软、硬件调试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本课题是水位远程监控系统的设计，要实现的功能为：利用超声波传感器对水位进行检测，并对采集的数据进行预处理，通过无线收发模块电路将检测数据送入主控电路，对采集数据与预置数据进行比对，判断水位所处位置，当水位高于上限阈值则关闭阀门，水位介于上下限，启动补水，当水位低于下限值，则通过按键强制补水，从而控制进水量，同时实时显示水位数据，当水位达到设定预警位置，要求系统能够进行报警提示。
本系统主要包括：单片机最小系统电路、电源供电电路、控制电路、报警电路、数据传输电路、水位检测电路、报警电路、液晶显示电路等。系统整体框图如下图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）主控电路
主控电路包含单片机，时钟电路及复位电路。
（2）电源供电电路
为系统的各个电路提供电源。
（3）按键电路
按键主要是为设置相应的参数提供支持。
（4）显示电路
Key words: STC89C52, water level control, ultrasonic sensor, wireless transmission, 1602 LCD display 目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 系统硬件电路设计 5
3.1 硬件元器件介绍 5
3.1.1 STC89C52 5
3.1.2 HCSR04 6
3.1.3 LCD1602液晶 6
3.2 主控电路 7
3.3 水位检测电路 8
3.4 液晶显示电路 8
3.5 数据传输电路 10
3.6 报警电路 10
3.7 按键电路 11
3.8 水泵驱动电路 12
4 系统软件设计 13
4.1 主程序 13
4.2 液晶显示子程序 14
4.3 按键子程序设计 15
4.4 超声波子程序设计 16
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5 系统测试与分析 17
5.1 系统构成及功能介绍 17
5.2 系统调试 18
5.2.1硬件测试 18
5.2.2软件测试 19
5.3 测试结果分析 19
6 总结与展望 22
6.1 课题总结 22
6.2 课题展望 22
参考文献 24
致 谢 25
附 录A1 26
附 录A2 27
附 录B1 28
附 录B2 34
1 绪论
研究背景
我国是一个经济发达的国家，而且人民的生活水平有了很大程度上的提高。因此对如何更方便、简单的管理水有了很多想法 。因而考虑的问题也就比较多，减少环境和污染避免资源浪费成了人们首先考虑的。不管在那个行业里的人水都是他们所离不开的东西，然而大部分就为了给自己储存一点水，以备不时之需。但是储存水的水箱人们又不可能时时都在盯着 ，这就给人们带了很大程度上的困扰，如何控制好水箱里的水位成了当前吃水用水人民的比较棘手的问题。所以就很需要一个能够无人看管的自动上水放水的东西，这就是我们本次课题研究的目的和意义，此次研究的设计就可以很好帮助人们解决这个重大问题。它能够很好的识别水箱里面的水位情况同时也能解决水箱的自动加水跟放水的问题。该设计选用单片机作为主控芯片，只是因为单片机可以通过自己编写的程序实现高智能、高效率！
1.2 国内外研究现状
目前在我国监控装置的研究应用中，取得了比较优异的成绩，也总结出很多有用的经验，但是各行业仍然处于发展的时期，经过可靠的调查，很多的科学研究非常看重的是基本的理论和核心的算法，在这里一些实力强大的国家已经开始研究了。我们可以借鉴一下他们所积累下来的宝贵经验这样一来的话我们也可以少走一些弯路。虽然我们跟他们存在一些差距，但是我国的人员克服很多的困难，并且在不断地进行摸索，有机会在该领域赶上或者甚至超过其他的发达国家的水平，这就是发展趋势。
在我国人民平时生活和各行各业的需求中，他们经常会对水箱里的水位值进行监控和管理。在这些各式各样的水位控制面前虽然所需要的技术也大不相同、准确度不同，但是他们的基本的控制原理如出一辙。我国的经济水平不断发展，单片机的技术也有很大的提高。单片机别看它的个头小，可是它的运算速度却非常的惊人并且耗电很低。正是由于它的这些优点让它在研究领域的应用越来越多。所以说用它来作为水位的控制部分是一个非常非常明智的。
1.3 本课题的研究内容
本课题是一个基于单片机的水塔水位远程监控系统设计。设计主要的研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，给出水位远程监控系统设计总体设计方案；
（2）完成系统硬件电路设计，包括单片机最小系统电路、水位检测电路、无线收发电路、控制电路、电源供电电路、报警显示电路等设计；
（3）完成系统软件设计，包括：主程序、水位检测子程序、水泵控制子程序、显示报警子程序等设计；
（4）进行系统电路制作，完成硬件电路的制作，并对系统的软、硬件调试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本课题是水位远程监控系统的设计，要实现的功能为：利用超声波传感器对水位进行检测，并对采集的数据进行预处理，通过无线收发模块电路将检测数据送入主控电路，对采集数据与预置数据进行比对，判断水位所处位置，当水位高于上限阈值则关闭阀门，水位介于上下限，启动补水，当水位低于下限值，则通过按键强制补水，从而控制进水量，同时实时显示水位数据，当水位达到设定预警位置，要求系统能够进行报警提示。
本系统主要包括：单片机最小系统电路、电源供电电路、控制电路、报警电路、数据传输电路、水位检测电路、报警电路、液晶显示电路等。系统整体框图如下图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）主控电路
主控电路包含单片机，时钟电路及复位电路。
（2）电源供电电路
为系统的各个电路提供电源。
（3）按键电路
按键主要是为设置相应的参数提供支持。
（4）显示电路
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