1、毕业设计（论文）题 目： 水位遥测自控系统 学习中心： 重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心 年级专业： 0409 级 电子信息工程 学生姓名： * 学 号： * 指导教师： * 职 称： * 导师单位： 重庆信息工程专修学院 中 国 石 油 大 学 （ 华 东 ） 远 程 与 继 续 教 育 学 院论文完成时间： * 年 * 月 * 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 * 1设计(论文) 题目： 水位遥测自控系统 2学生完成设计(论文) 期限： *年 *月 *日至 *年 *月* 日3设计(论文) 课题要求：论文要内容鲜明，文字流畅，阐述清楚，严格围绕题目述写，逻辑性
2、思维强，内容理论联系实际，涉及他人观点，对本设计有全面的论证。设计原理、计算、电路和本产品设计独特的优势。格式严格按照学校规定排序。如有不熟悉的知识点，向指导老师请教。4实验（上机、调研）部分要求内容：在学校规定的时间内，利用所学的电路设计软件(PROTEL、EWB、PSPICE 等)，去设计图形。用 Microsoft word 2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表。 5文献查阅要求：充分利用课余时间到图书馆查阅相关资料，确保所引用到的一些事例真实；上网查寻与本论题相关的先进的一些资料,确保题材符合当今的发展趋势； 材料不宜过多，不可直接把别人的成果直接照搬，论文中引用到他人的观点
3、或者成果要注明出处，以免造成侵权。 6发 出 日 期： *年 * 月 * 日 7学员完成日期： * 年 * 月 * 日指导教师签名： 学 生 签 名： 摘 要给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。本文介绍一种利用水位监测模拟传感器以测得水位的状况，通过单片机和显示系统在水位现场以 LED的方式显示出来，并通过与之相连的
4、GSM 模块将水位信息以一种无线的方式发送给远程终端，起到检测的作用。在终端通过仿人工智能控制算法在大惯性、纯滞后系统中的应用，可克服传统 PID 控制的相位滞后、积分饱和，解决控制系统的稳定性及准确性的矛盾。将控制算法应用到水位控制，取得了较好的控制效果。关键词：GSM 串口通信 远程检测 水位的测试目 录摘 要 i目 录 ii第 1 章 前言 1第 2 章 水位遥测及信息处理 32.1 水位的测试 .32.2 工作原理图 .32.3 水位远程检测系统硬件组成 42.3.1 微控制器 .42.3.2 GSM 无线短信芯片 52.3.3 系统硬件接口连接 .5第 5 章 结 论 7致 谢 8参
5、考文献 9第 1 章 前言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。水塔很高，水位高低位不便于观察，水多会溢出来，可用以下方法来解决这个问题，改进供水装置就能实现供水自动化，
6、供水系统中的水塔和高位水池等设备由于所处地势高，上下极为不便，有时水即将用完也不知道，造成需用水时却无水可用的情况。此外，在向池中注入水的过程中，由于不知道水位的情况，也就无法控制注水量的多少，这会严重影响正常的工作效率。为此需要对水位进行自动显示、监测和报警。传统的水位检测系统一般通过有线方式与监控中心取得联系，这种方式不但维护起来困难，而且在很大程度上限制了其在时空上的拓展性。采用 GSM 模块与单片机构成的系统则能够解决以上的问题。通过单片机的并行 I0 口可以很方便的实现水位的显示功能。现有的 GSM 网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高
7、网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。当采用 GSM 模块时，就可以通过一种无线通信的方式以实现远程终端监控和报警的功能。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所研究的就是这方面的课题。此外,这次课程设计对我还有以下意义:(1) 通
8、过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。(2) 掌握单片机的内部模块的应用，如中断、控制、I/O 口、串行口通讯等。(3) 了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好基础。(4) 通过简单的课题设计练习，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。第 2 章 水位遥测及信息处理2.1 水位的测试水位的测试通常有两种方法；超声波水位探测仪和干簧管式水位显示仪。这两种方法虽然可行但不切实际，本文设计了一种简易的水位检测方法。该水位检测部分由绝缘支架、电极、导管和浮球几部分构成，如图 2-1 所示。浮子由 1
9、 个直径 15cm 的不锈钢球与 1 根长 105cm、外径 15mm 的不锈钢管焊接而成。导管是一根外径 20mm、内径 17mm 的 PVC 塑料管。支架由长 80cm 的电工导轨制作而成。其余部分安装在 1 个长 25cm、宽 20cm、厚 5cm 的塑料盒内。2.2 工作原理图图 2-1 接近开关构成水位检测系统水位测试系统与单片机的并行 I0 口、电阻、电源及 LED 发光二极管共同组成水位检测显示系统，如图 2-2 所示。图 2-2 水位显示系统电极 K1、K2 和 K3 的另一端分别与单片机的并行 IO 口 P11、P12 和P13 相连，而对应的 lO 口则通过电阻串 LED
10、接电源的正极。当水位达到水满时，此时通过水的导电，电极开关 K1、K2 和 K3 都导通，相应 Pl 口接地置低，3 个发光二极管都点亮；当水位达到正常水位时，K2 和 K3 导通，而 K1 断开，相应 P12 和 P13 置低，2 个二极管点亮;当水位达到缺水位置时，此时只有K3 导通，对应只有 LED3 被点亮。通过二极管灯点亮个数的显示，在现场给水池注水时，就能很清楚的知道水位的状况，这样就能够正确的注水了。2.3 水位远程检测系统硬件组成水位远程检测系统实际是一个无线数据的收发系统。该系统主要是通过现有的移动通信网络来实现无线数据的传送。它主要由两部分组成，微控制器芯片 89C2051
11、 和 GSM 无线短信芯片 G100A。2.3.1 微控制器微控制器采用 Atrnel 公司推出的一种小型单片机 89C2051，其片内含有 2 KB 的 Flash 程序存储器和 128 B 的片内 RAM。89C2051 共 20 引脚，其中 P1 口8 脚，可以作为一般的准双向端口，在引脚的驱动能力上，具有很强的下拉能力，工作电压为 276 V。当工作电压在 3 V 时，电流相当于 6 V 工作时的14,空闲时为 1mA，掉电时仅为 20nA。这样小的功耗,很适合于电池供电的小型控制系统。主要特点为采用 Flash 存储器技术，其软件、硬件与 MCS-51 完全兼容，程序的电可擦写特性，
12、使得开发与试验比较容易。2.3.2 GSM 无线短信芯片GSM 无线短信模块 G100A 是由北京捷麦公司推出的，该模块采用全 SMT 组装，工艺先进、可靠性高，工作电压范围为 515 v。其内置的德国西门子公司 GSM 模块 TC35 使得模块操作简单，无须学习复杂的 GSM 模块 AT 指令集。G100A 的串口具有 TTL、RS232 和 RS485 半双工三种形式，标准配置为 RS232。2.3.3 系统硬件接口连接整个水位远程检测系统由上位机和下位机构成，其中上位机主要是指移动终端即手机，而下位机是由 GSM 无线收发模块及与其相连的单片机构成，其电路连接原理图如图 2-3 所示。图
13、 2-3 串行接口原理图下位机安装在水池附近，而微控制器 C2051 与 G100A 之间是通过串口RS232 相连的，即 TX、RX 和 GND 三条线，图 2-3 中以网络标号相连。由于各自的工作电压不太一样，在这里采用电平转换芯片 MAX3232 以实现电平转换。单片机的并行 IO 口,通过网络标号 P11、P12 和 P13 分别与水位测试系统中的电极按键 K1、K2 和 K3 的一端相连。当水位在不同状态时，由于按键的作用使得对应的 P11、Pl2 和 P13 电平的状态也不一致。这样就可以通过检测 P1 口的状态，并将其状态以短消息的形式由 GSM 模块发送出去，手机终端收到短信后
14、就可以判断水位的状态。这样就完成了水位的远程检测功能。第 5 章 结 论水塔水位自动控制装置应用,主要起水位自动调节作用，以传感器来获得水位信息，用滤波器滤掉各种谐波信号，经过模数转换器变成标准的数字信号，用单片机处理后可以达到水塔自动控制的目的。以前主要依靠人工观测水位，通知泵站控制室，因此净化站水位波动很大。改进后，机组负荷稳定时，最大误差可控制到设定水位25cm 以下（设定水位为 500cm） ，满足用户需求，控制输出变化正常。实践证明，用仿人智能控制方案实现的控制策略，系统动态响应快，并且系统具有较高的控制精度。水位测试系统实用方便，系统通过水位的变化来控制与单片机 I0 口相连的 L
15、ED 变化，这种显示效果可以很好的控制水位。在远程检测系统中，通过采用单片机的串口可以实时的将水位信息传送给(GSM 模块。在无请求时，其水位信息暂存在单片机中，且不断的更新水位信息。当用户需要时，会根据用户的需要自动的通过串口将最新的水位信息送给 GSM 模块。由于 GSM 短信模块采用G100A，使得无线数据的传送变得极为容易，用户操作起来也非常方便。该系统的种种特点完全可以扩展到其他的领域使用。致 谢在完成本篇毕业论文的过程中，本人得到了许多老师和同学们的帮助，是他们为此付出了心血和精力，在此请允许我向他们表示最衷心的感谢！首先，我要感谢我的导师*。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他
16、精心的指导和修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他的心血。其次，我要感谢教学中心的老师。是他们对论文选题、选材、编写格式等方面给予了细心的指导，使本人的毕业论文设计得以有条不紊地进行。最后，我要感谢所有参考文献的作者。我论文是建立在他们研究基础上的。参考文献1胡国龙,孙优贤.预测控制进展及其应用研究.自动化学报，2000.42李朝青单片机原理及接口技术北京:北京航空航天大学出版社3涂时亮单片微机控制技术上海:复旦大学出版社4全国民用编写组全国民用建筑工程设计技术措施(给水排水)，北京：中国计划出版社，20035付家才. 单片机控制工程实践技术M. 北京:化学工业出版社,2004.56GB 500152003，建筑给水排水设计规范
