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城市河道水位远程监测系统设计

目录

1引言 1

2系统方案设计 4

3系统硬件电路设计 6

3.1单片机最小系统 6

3.2超声波发射电路 7

3.3超声波接收电路 8

3.4数码管显示电路 10

3.5报警电路 11

3.6串行通信电路 11

3.7无线通信电路 13

3.8电源电路设计 14

4软件设计 15

4.1主程序模块 15

4.2数据采集处理模块 16

4.3显示程序模块 16

4.4通信程序模块 17

4.5PC机监测模块 18

1引言

随着社会的不断发展,社会生产力水平的不断提高,大量的农村剩余人口涌进城市,导致城市人口的急剧增长,许多城市的人口密度也不断攀升,这些对城市的现代化建设提出了更严峻的要求,其中城市河道的治理与维护更显得尤为重要。一座城市,不仅作为一个地区的政治中心,更是作为经济、文化和科技中心,其单位土地的价值是非常高的。然而快速的城市化发展使得相应的城市基础设施建设跟不上来,尤其是城市河道的建设与治理。城市化的进程已经改变了城市附近区域的径流条件,当该地区遇到暴雨时,径流总量猛然增大,洪峰流量增加,很容易引起城市洪涝问题。而又因为许多城市发展过快,城市河道基础设施不完善,防洪基础十分薄弱,是城市河道水位急剧增高,导致河道水溢出,造成严重的城市洪涝问题,更甚会直接威胁到广大人民群众的生命财产安全。因此,对城市河道水位进行实时监测是十分重要的。

近些年来,对河道水位进行实时、准确的监测越来越受到广大人民群众的重视。然而要建立一个稳定的、可靠地、准确的城市河道水位远程监测系统,就必须要解决由人工监测向自动化监测的转变,使用新科技来进行设计。

截至目前我国对河道水位的监测大部分区域仍旧处在人工定时测量的层次上,比如说使用电表、测钟、测绳等半自动测量工具。这些测量方法不仅会耗费许多人力和物力资源,而且很容易造成很大的人为误差。随着科学技术的不断发展,随着对社会劳动成本的不断增长,传统的测量方法在许多领域已经不能满足人们的要求,例如本课题所要求的对水位进行实时远程监测,传统的测量方法已经无法达到课题的要求。本课题所使用的超声波非接触式测量方法,就可以很容易的去解决许多传统方法所达解决不了的问题。

随着人们对单片机的研究与开发,使得基于单片机来完成的好多技术都得到了广泛的发展与完善,比如本课题所采用的超声波测距技术。再结合单片机上的各个优点,使得该技术较容易地得到非常广泛的实际应用。

2系统方案设计

本课题所设计的河道水位监测系统分为两大部分:一是测量站部分,另外一个是上位机部分。这两个部分通过GSM无线通讯模块连接在一起。测量站部分以单片机作为该部分的核心,另外再对超声波传感模块、显示模块、报警模块与

通信模块所构成的外围电路进行完善,以达到对城市河道水位的测量的目的。上位机部分使用PC机,测量站测量的的数据通过无线通信网络发送给监测站的GSM模块,然后通过串行通信接口传输给PC机。使用PC机上的组态软件建立虚拟串口设备,对传送到PC机的数据进行接收,然后对数据进行处理分析后,将河道水位实时显示在屏幕上。该系统通过对城市河道水位进行实时监测,来进行对城市河道水位情况的记录与分析。

城市河道水位远程监测系统主要由以下部分组成:超声波测量部分、声光报警部分、LED数据显示部分、单片机部分、GSM无线通信模块部分、、串行接口部分、PC机部分。

该系统部分硬件模块基本情况如下:

(1)单片机部分

该系统的主控制器部分选用STC12C5A08S2单片机。该单片机是8051系列单片机中相对来说综合性能比较不错的一款单片机,它拥有非常高的处理速度,不仅能够兼容8051指令系统,更重要的是其功耗比原来的51单片机要低很多,能够大幅度提高该系统的工作效率。

(2)超声波测量模块

本课题测量部分用超声波传感器对河道水位情况进行测量。水位的测量方式一般分为两大类:接触式与非接触式。该系统中使用的是非接触式测量的典范--超声波测量。超声波测量和其他测量方法相比,具有许多优点,比如精度高、适用性强、使用方便等优点。在使用超声波传感器对河道水位进行测量时,由单片机控制某个端口输出信号经发射电路发出超声波,这时由超声波接收电路接收反射回来的超声波信号,在对测量的数据进行计算处理,就可以很容易地得出河道水位实时数据。

(3)通讯控制模块

测量站和监测站之间使用无线通讯模块来实现连接。测量站的无线通信模块将系统采集处理过的信息,通过GSM网络,以短信的方式发送

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