水管式沉降仪测量控制模块的设计(附件)【字数：17244】
摘 要伴随着科技的进步，自动化和智能化的发展，自动化智能设备的应用越来越普及。水管式沉降仪广泛应用于地基、大坝、边坡等在铅垂方向的升降量变化的观测，从而直接测读出在该点变化的沉降量，能进行数据的测量、存储以及显示。本文论述了基于单片机的水管式沉降仪测量控制模块的设计，本设计硬件部分主要由STC89C52单片机、水位开关检测及控制电路、4-20mA传感器测量电路、数据存储电路及显示电路和按键组成。本设计的软件部分是由主程序，显示子程序等部分构成。本设计使用STC89C52单片机通过串行通信方式控制识别按键是否按下，传输测量数据并存储等。论文详细论述了基于单片机的水管式沉降仪测量控制模块的设计原理、硬件系统、软件系统以及软硬件联合调试过程。此课题设计能实现的功能有水位开关检测及控制电路检测水位并控制球阀开关，时钟电路控制等待一段时间后通过4-20mA传感器测量电路将信号传输，经过A/D转换模块将信号处理，采集水位并控制继电器和电磁阀。最后将数据传输并存储到显示屏，以显示测得的岩土内部沉降量，从而完成测量。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题的研究现状和发展历史及意义 1
1.3设计思路和方法 2
1.4课题研究的步骤 3
第二章 系统的整体设计 4
2.1总体方案设计 4
2.2系统控制参数 4
2.3系统组成 4
2.4模块的方案论证与比较 5
2.4.1测量电路的选择 5
2.4.2键盘接口电路的选择 5
2.4.3显示器的选择 6
2.4.4单片机控制器的选择 6
2.4.5传感器的选择 6
2.5本章小结 7
第三章 系统的硬件设计 8
3.1硬件设计概述 8
3.2各模块的硬件设计 9
3.2.1单片机模块 9
3.2.2水位采集模块 9
3.2.3电流转电压模块和A/D转换模块 10
3.2.4按键模块 12
3.2.5电磁阀控制模块 12
3.2.6时钟控制模块 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2.7存储模块 13
3.2.8显示模块 14
3.2.9电源模块 15
3.3本章小结 16
第四章 系统的软件设计 17
4.1软件设计总流程图 17
4.2软件设计部分概述 17
4.3keil uvision4软件开发平台 18
4.4系统的软件设计 19
4.4.1按键控制模块 19
4.4.2A/D转换和通信模块 20
4.4.3读取电子时钟模块 20
4.4.4水位采集控制模块 22
4.4.5存储显示模块 23
4.5本章小结 24
第五章 系统的调试 25
5.1系统的调试概述 25
5.2调试过程存在的问题 26
5.3本章小结 26
结束语 27
致谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 绪论
1.1选题背景
随着科技水平的日益提高，自动化智能设备的发展越来越成熟，被广泛应用于各个领域。近年来，我国水电事业发展迅猛，大型水电站和全国病危水库大坝安全问题关乎国家和人民财产安全。为此，国家开发了一套符合国家规范的大坝安全检测系统，在三峡大坝，漫湾电站，清江隔河岩等地实施运行且不断改进。岁月的侵蚀，使得大坝和水电站岩土内部难免会发生变形或产生应力（物体内部产生的力）。其中变形监测是对大坝和岩体内部进行宏观监测，应力应变监测是对坝体内部进行微观监测。水管式沉降仪，作为诸多用于大坝安全监测的智能设备的一种，可直接测读出结构物各点沉降量的仪器，主要应用于土石坝下游堆石体、心墙、堤防等分层竖向位移的测读。
1.2课题的研究现状和发展历史及意义
事到如今，在现代的快节奏生活给我们带来物质财富的同时，我们也要着力于未来，防患于未来，将大坝安全隐患扼杀在摇篮。例如三峡大坝，三峡水电开发响应了我国可持续发展里新时代理念，成为清洁能源开发的一个重要里程碑。2006年，三峡水坝完成竣工，至今已有12年，每天数以万计的水流量流过，由于地壳运动和内外力的作用 ，坝体内部每时每刻都在发生细小的变化。通过各种大坝安全监测设备的数据采集，可以将大坝岩土内部微弱的应力应变放大监测，并将数据传输存储。
水管式沉降仪利用液体在U型管内液面在静止时处于同一水平面的原理制成。传统的水管式沉降仪采用手动方式控制和人为观测。首先设有测量点和观测房，观测房和测量点之间用软管连接，通过阀门向连通管 内注水，待沉降包中的水达到溢流口后停止注水，观测并记录观测房内水位高度并记录钢卷尺刻度。当测量点发生沉降，沉降包位置下降，则水从溢水口流出，连通管原理，相应观测房内水位降低，钢卷尺上刻度变化量极为测量点沉降量。这种方法不方便，测读的数据误差也比较大。随着科技的发展，技术的改进，现在最新一代的水管式沉降仪是全新的智能化自动设备。能定时分周期自动监测，在测量过程中电测水管式沉降仪通过控制器控制电池阀向管路中注水，系统经过判断管路中水满后关闭电磁阀停止注水，系统进入沉降包水位和观测房内测量管水位平衡状态，此后水位变化量即为沉降量，通过传感器采集液位变化，将信号传递至控制器显示和存储。最终显示到PC端。改进后简单方便，易于操作且误差小。该设备将坝体内部细微的变化放大，能够为坝体的稳定性提供判断的依据，能让我们及时发现问题后消除安全隐患，真正做到可持续发展。
1.3设计思路和方法
这个课题主要以STC公司生产的STC89C52单片机为核心，结合传感器技术和智能控制系统，开发一套单片机最小系统，使该系统能够实现对坝体内部环境所发生的变化的一些参数进行自动测量、自动控制。
本课题研究设计的控制系统所包含的主要特点有：
1.项目采用STC89C52单片机控制的设计，经420mA水位传感器进行水位采集后自动控制继电器和电磁阀的开关动作，经一个时钟电路动作后自动采集液位变化数据，存储并显示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题的研究现状和发展历史及意义 1
1.3设计思路和方法 2
1.4课题研究的步骤 3
第二章 系统的整体设计 4
2.1总体方案设计 4
2.2系统控制参数 4
2.3系统组成 4
2.4模块的方案论证与比较 5
2.4.1测量电路的选择 5
2.4.2键盘接口电路的选择 5
2.4.3显示器的选择 6
2.4.4单片机控制器的选择 6
2.4.5传感器的选择 6
2.5本章小结 7
第三章 系统的硬件设计 8
3.1硬件设计概述 8
3.2各模块的硬件设计 9
3.2.1单片机模块 9
3.2.2水位采集模块 9
3.2.3电流转电压模块和A/D转换模块 10
3.2.4按键模块 12
3.2.5电磁阀控制模块 12
3.2.6时钟控制模块 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2.7存储模块 13
3.2.8显示模块 14
3.2.9电源模块 15
3.3本章小结 16
第四章 系统的软件设计 17
4.1软件设计总流程图 17
4.2软件设计部分概述 17
4.3keil uvision4软件开发平台 18
4.4系统的软件设计 19
4.4.1按键控制模块 19
4.4.2A/D转换和通信模块 20
4.4.3读取电子时钟模块 20
4.4.4水位采集控制模块 22
4.4.5存储显示模块 23
4.5本章小结 24
第五章 系统的调试 25
5.1系统的调试概述 25
5.2调试过程存在的问题 26
5.3本章小结 26
结束语 27
致谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 绪论
1.1选题背景
随着科技水平的日益提高，自动化智能设备的发展越来越成熟，被广泛应用于各个领域。近年来，我国水电事业发展迅猛，大型水电站和全国病危水库大坝安全问题关乎国家和人民财产安全。为此，国家开发了一套符合国家规范的大坝安全检测系统，在三峡大坝，漫湾电站，清江隔河岩等地实施运行且不断改进。岁月的侵蚀，使得大坝和水电站岩土内部难免会发生变形或产生应力（物体内部产生的力）。其中变形监测是对大坝和岩体内部进行宏观监测，应力应变监测是对坝体内部进行微观监测。水管式沉降仪，作为诸多用于大坝安全监测的智能设备的一种，可直接测读出结构物各点沉降量的仪器，主要应用于土石坝下游堆石体、心墙、堤防等分层竖向位移的测读。
1.2课题的研究现状和发展历史及意义
事到如今，在现代的快节奏生活给我们带来物质财富的同时，我们也要着力于未来，防患于未来，将大坝安全隐患扼杀在摇篮。例如三峡大坝，三峡水电开发响应了我国可持续发展里新时代理念，成为清洁能源开发的一个重要里程碑。2006年，三峡水坝完成竣工，至今已有12年，每天数以万计的水流量流过，由于地壳运动和内外力的作用 ，坝体内部每时每刻都在发生细小的变化。通过各种大坝安全监测设备的数据采集，可以将大坝岩土内部微弱的应力应变放大监测，并将数据传输存储。
水管式沉降仪利用液体在U型管内液面在静止时处于同一水平面的原理制成。传统的水管式沉降仪采用手动方式控制和人为观测。首先设有测量点和观测房，观测房和测量点之间用软管连接，通过阀门向连通管 内注水，待沉降包中的水达到溢流口后停止注水，观测并记录观测房内水位高度并记录钢卷尺刻度。当测量点发生沉降，沉降包位置下降，则水从溢水口流出，连通管原理，相应观测房内水位降低，钢卷尺上刻度变化量极为测量点沉降量。这种方法不方便，测读的数据误差也比较大。随着科技的发展，技术的改进，现在最新一代的水管式沉降仪是全新的智能化自动设备。能定时分周期自动监测，在测量过程中电测水管式沉降仪通过控制器控制电池阀向管路中注水，系统经过判断管路中水满后关闭电磁阀停止注水，系统进入沉降包水位和观测房内测量管水位平衡状态，此后水位变化量即为沉降量，通过传感器采集液位变化，将信号传递至控制器显示和存储。最终显示到PC端。改进后简单方便，易于操作且误差小。该设备将坝体内部细微的变化放大，能够为坝体的稳定性提供判断的依据，能让我们及时发现问题后消除安全隐患，真正做到可持续发展。
1.3设计思路和方法
这个课题主要以STC公司生产的STC89C52单片机为核心，结合传感器技术和智能控制系统，开发一套单片机最小系统，使该系统能够实现对坝体内部环境所发生的变化的一些参数进行自动测量、自动控制。
本课题研究设计的控制系统所包含的主要特点有：
1.项目采用STC89C52单片机控制的设计，经420mA水位传感器进行水位采集后自动控制继电器和电磁阀的开关动作，经一个时钟电路动作后自动采集液位变化数据，存储并显示。
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