自动化韩振松水位监测报警系统设计

水位监测报警系统设计院 系：机电与自动化学院专 业 班：自动化 1101 班姓 名：韩振松学 号：20111184026指导教师：孟 骏2015 年 5 月 水位监测报警系统设计The System Design of Monitoring and Alarming Level摘 要本设计是一款基于 AT89C52 单片机的用于实现实时监测容器内的水位高度和上限水位报警功，自带矩阵键盘实时设定上限水位，制作相对比较成本低、体积小巧、可靠性能高、功能完备和操作简单实用是本单片机开发板的主要特点。本开发板采用爱特梅尔公司生产设计的 AT89C52 单片机为主控模块，板载资源主要包括水位高度采集处理模块、矩阵键盘输入模块、串行通信模块、报警端口信号接入模块、液晶显示模块、ADC0809 模数转换模块等。针对各个硬件模块都设计了相应的软件模块，包括报警端口信号接入程序、LCD12232 液晶显示程序和矩阵键盘的扫描程序、ADC0809 模数转换程序、水位高度模拟采集程序等。本开发板拥有通常单片机开发板的一般结构，利用程序下载器下载到单片机或者把单片机单独取下来放在自己以前的单片机开发板上下载程序进入单片机，一般是使用下载器下载，这样使设计者调试工作简化，加快了调试工作的进度。本开发板包含了两种基于单片机的水位显示功能，它们分别是设定水位和实时监测水位功能，将采集水位高度与上限水位报警有机地结合在一起，使它的安全提示性更强，适用性更广，具有一定的实用价值和现实意义。关键词：单片机 通信 液晶显示 矩阵键盘 水位高度采集 IAbstractThis design is based on a real-time monitoring alarm function for the realization of water level in the container height and limit water level AT89C52 microcontroller, with matrix keyboard real-time limit water level, relatively low manufacturing cost, small volume, high reliability, complete function and simple and practical operation is the main features of the MCU development board.The development board by Atmel Corp production and design of the AT89C52 microcontroller as the main control module, the on-board resources mainly include water level acquisition module, matrix keyboard input module, serial communication module, alarm signal port access module, LCD module, ADC0809 analog digital conversion module.For each hardware module is designed with the corresponding software modules, including alarm signal port access procedures, LCD12232 display program and matrix keyboard scanning program, ADC0809 analog digital conversion process, the water level simulation acquisition program etc. The general structure of the development board has usually MCU development board, using the program download downloaded to the microcontroller or the single-chip microcontroller development board take down on their previous download program into the MCU, is used to download, so that the designer debugging work is simplified, speed up the work schedule.The development board contains two kinds of display function of MCU based on water level, they are the level set water level and real-time monitoring function, will gather water height and limit water level alarm together organically, make it more safety tips, wide applicability, and has certain practical value and practical significance.Key words: MCU communication LCD Matrix keyboard The height of the water collection目 录摘要 .IAbstract .II绪论 .11 系统方案 .21.1 设计方案 .21.2 设计所要达到的要求 .32 硬件部分 .42.1 硬件结构 .42.2 硬件电路部分 .42.2.1 单片机主控制模块 .42.2.2 蜂鸣器报警模块 .62.2.3 水位传感器实时检测水位模块 .62.2.4 串行通信模块 .82.2.5 LCD12232 液晶显示模块 .92.2.6 矩阵键盘模块 .112.2.7 ADC0809 模数转换模块 .123 软件部分 .153.1 整体程序设计 .153.2 矩阵键盘模块程序设计 .153.3 LCD12232 液晶显示模块程序设计 .173.4 ADC0809 模数转换模块程序设计 .244 系统板设计及测试 .264.1 系统电路原理图设计 .264.2 系统板 PCB 设计 .264.3 系统板调试 .27结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 1 电路原理图 .34附录 2 主体程序 .350绪 论单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，这就相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。理论知识与动手操作相结合对于学习单片机是很重要的，单片机的学习并不能只限定在某一款或者某一种型号的单片机，而是通过学习一些基本的简单的单片机的使用，再掌握单片机硬件接线原理和软件设计的思想，为的是在将来在以后更熟悉各种型号单片机，让各种型号单片机为自己服务，用单片机控制电路达到自己想要实现的功能。本课题设计的是基于AT89C52单片机的水位监测报警系统开发板，拥有通用单片机开发板的一般结构。在学习方面，利用开发程序并使用烧写器下载到单片机，使设计者调试工作简化更有效率，加快了调试工作的进度和发展。本开发板包含了两种基于单片机的水位显示功能，它们分别是实时水位监测和设定上限水位报警，将实时水位和报警水位有机地结合在一起，使它工作更有实用性和可靠性，适用性更广，通过对开发板上不同模块进行调试和测试，提高检测硬件电路故障问题的能力，并且也可以提高编程的能力，同时通过调试过程中出现的现象对所用的硬件也有更深一步的认识，这样既可以让自己使用一些画原理图和pcb板的软件更加熟练，单片机和各种芯片的使用，硬件焊接调试，查找故障等等能力得到提升，而且让自己软件编程更具有编程思维，更能编出自己想要实现某种功能的程序。在现实方面，水位监测报警系统在很多地方都有很实在的作用，比如说在工业生产中，常常需要测量液体液位。在各种工厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是让这些机械设备安全运行的可靠保障；在学校的教学和一些学校的科研中，也会遇到来监测液位的装置。除此之外，我国的水资源很丰富，但我们对水资源利用管理还有不到位的地方，存在一些严峻的问题。像有些地方常年干旱，有些地方则是经常发生水灾，这个时候，我们要合理的利用国内的水库，用水库里面的存水去解决干旱地方的问题，用水库来存储更多发生水灾的时候多余的水量，水位监测这个时候显得尤为重要，在一些湖泊，江河，及时、实时监测水位的变化对我们国家的发展也起着很重要的作用。11 系统方案1.1 设计方案图 1-1 总体硬件结构框图此设计开发板总框图如图 1-1 所示，共分为九个模块，分别是：AT89C52 控制模块、蜂鸣器报警模块、水位传感器实时检测水位模块、MAX232 模块、LCD12232 液晶显示模块、复位电路模块、时钟电路模块、ADC0809 模数转换模块、矩阵键盘模块。其中以 AT89C52 单片机作为主控制器，就像是人的大脑一样，存放开发程序的地方，指挥所有其他模块工作的统领；蜂鸣器报警模块是在单片机里面程序实现达到上限位水位时候让蜂鸣器报警，让工作人员及时知道水位高度情况，起到一个通知作用；水位传感器实时检测水位模块主要是用来检测容器内水位高度，检测得到的是一个电压信号，本次毕业设计用的是一个滑动变阻器的分压来模拟水位检测的水位高度，得到的电压信号是 0 到 5V 之间； MAX232 模块主要是用来下载程序进入单片机，起到一个通信作用，让设计者的工作更加简单，软件的调试更有效率；LCD12232 液晶显示模块一开始用来显示毕业设计的名字和设计者的信息，然后就是用来显示实时的水位高度和已经设定水位报警值；时钟电路模块就是单片机实现功能的节拍系统，可以形象地比喻为人类的心脏，人为规定好一个周期，单单片机AT89C52C52 主控制模板LCD12232时钟电路复位电路水位传感器报警模块MAX232 模块ADC0809 模数转换模块矩阵键盘电源电路2片机要干的事情，这些事情要在规定时间做完；单片机在刚开始运行时候会用到它的复位功能，复位电路模块就是让单片机回到最开始的那种状态；ADC0809 模数转换模块就是把水位变送器实时检测到的水位高度信号送到芯片转换成数字信号，再把这个信号送给单片机；矩阵键盘键盘模块是用来设定上限位水位报警值的，用键盘按键比用增加和减少两个键方便快捷；这个系统的工作过程是这样的，首先通过矩阵键盘模块设定容器内上限水位报警值并且在 LCD12232 液晶显示模块上显示在第二行，然后水位传感器实时检测水位模块把容器内水位值检测到送到 ADC08009模数转换模块转换成数字信号送给单片机，然后经过单片机内程序把刚刚检测到的实时水位值送给 LCD12232 送显在第一行，然后调整容器内水位的高度值，直到水位高度值达到了之前设定水位上限值，然后经过单片机程序让蜂鸣器报警模块发出报警声音提示工作人员采取必要 措施，LCD12232 是串行通信方式，一次性送一串数据送给单片机只要三根线连接单片机就可以实现在屏幕上显示内容。1.2 设计所要达到的要求在此开发板上可以正确完成以下功能：(1) LCD12232 液晶显示模块：LCD12232 字符型液晶显示，主要显示两行内容，第一行显示内容是水位当前值，第二行是水位设定报警值，水位当前值方便工作人员实时监测看守水位，提高安防场所的安全系数，减少浪费和损失。(2) 串口通信模块： MAX232 能将计算机里面的程序下载到单片机开发板里面。(3) 蜂鸣器报警模块：通过观察显示屏幕上显示的当前水位值达到设定报警值时候，蜂鸣器报警模块里面的蜂鸣器就开始发出声音来提示工作人员现在水位已经达到设定的上限位值，工作人员应该采取相应的措施。(4) 水位传感器实时检测水位模块：水位传感器能把当前水位值检测出来通过ADC0809 模数转换模块转换成数字信号送给单片机然后让单片机把这些信息送显给LCD12232 液晶显示屏上显示出来。(5) 矩阵键盘模块：在键盘上按键能够正常地显示在 LCD12232 液晶显示屏的第二行上，用来设定水位上限警戒值。(6) ADC0809 模数转换模块：能够把水位传感器实时检测到的水位高度这个3模拟信号及时转换成数字信号送入单片机，让单片机在程序里面反映出来然后送显。2 硬件部分2.1 硬件结构本设计的硬件结构主要包括：AT89C52 单片机主控制器模块、蜂鸣器报警