城市河道水位远程监控系统研究与设计说明.doc
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1、 . 题 目城市河道水位远程监控系统研究与设计学生 马 柱 柱 学号 1113024076 所在学院物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级通 信 工 程 专 业 1103 班 指导教师 争 兵 完成地点物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2015 年 6月 3日61 / 67毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1103班 学生 马柱柱 一、毕业论文设计题目城市河道水位远程监控系统研究与设计二、毕业论文设计工作自 2015 年 1 月 10 日 起至 2015 年 6 月 10 日止三、毕业论文设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、毕业论文设计
2、的容要求: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,因此,设计了城市河道水位远程监控系统,具体要求如下: 1.采用超声波非接触式测量方法完成水位测量; 2. 利用GPRSDTU模块实现远程数据传输功能和报警功能; 3.系统集成,完成功能调试。 成果形式:实验样机一套。 毕业设计进度安排: 1.103.20:查阅资料(参考文献不少于10篇),进行方案论证,完成
3、开题报告。完成不少于3000字的外文翻译; 3.204.30:设计硬件电路,编写相关软件、完成电路仿真与样机调试; 5.15.20:完善系统调试,撰写论文,准备毕业设计验收等工作; 5.21-6.10:整理资料,修改论文,准备毕业答辩。 指 导 教 师系 (教 研 室) 通 信 教 研 室 系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名城市河道水位远程监控系统研究与设计马柱柱(理工学院物理与电信工程学院通信1103班, 723003)指导教师:争兵摘 要 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,随着经济的发展和社会的进步,传统的河道水位测量方法在
4、许多领域已经不能满足人们的要求。结合世界上应用广泛的全球移动通讯系统即GSM(Global System for Mobile Communications),设计出来一款远程报警系统提上了日程。本设计主要由STC89C52RC单片机和GSM MODEM组成,通过超声波对水位的监控,借助最可靠、最成熟的GSM移动网络,以最直观的英文短消息,直接把报警距离的情况反映到用户的手机屏幕上,一改传统的有线方式,使整个水位监测系统更加完善、更加现代化。设计中介绍了单片机、GSM、超声波的基础知识,同时设计出了相关的各部分电路原理图以与软件流程,软、硬件相结合,详细介绍了整个系统。关 键 词 单片机,全球
5、移动通讯系统模块,超声波Research and design of remote monitoring systemforurban river channel water levelMa Zhuzhu (Grade11,Class3,Major of Communication Engineering,School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China)Tutor: Zheng ZhengbingAbstract:At p
6、resent, the monitoring of river water level in China is still at the level of manual measurement.With the advancement of economic and social development, the traditional method of river water level measurement cannot meet peoples demands in many fields. Combined with the worlds widely used global sy
7、stem for mobile communication system that is GSM (Global System for Mobile Communications), designed a remote alarm system put on the agenda. This paper will present the application to the security system, primarily by the design of MCU and GSM MODEM STC89C52RC composed by Ultrasonic, with the most
8、reliable, mature GSM mobile network in the most intuitive English short message directly to the alarm distance reflected in the users phone screen, a change in the traditional wired, so that the whole Water level monitoring system better and more modern. Design introduces the basics of MCU, GSM, and
9、 Ultrasonic while the design of the relevant parts of the circuit diagram and software processes, software and hardware combination, detailing the entire system.Key words:MCU, GSM Modules, Ultrasonic.目录1绪论12系统方案选择和论证43硬件设计与实现63.1 单片机最小系统63.2 超声波电路63.3 LCD显示电路103.4 报警电路123.5 串行与无线通信电路124软件设计154.1开发环境
10、与主程序设计154.2 数据处理采集程序设计194.3 显示程序设计194.4 SIM 900A程序设计205系统调试265.1硬件电路调试265.2软件仿真调试28总结31致32参考文献33附录A 英文文献原文34附录B 英文文献译文41附录C 源程序47附录D 元器件清单611绪论1.1课题背景伴随着社会的发展以与社会生产力水平的逐渐提高,大量的农村户口居民转入城市,使得城市人口数量急速增长,众多城市的人口密度越来越大,使得城市现代化建设面临严重的挑战。其中城市河道的治理与维护显得非常重要。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
11、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。城市化快速的发展已然改变了城市附近区域的河道水位情况,每当遇到大雨时,河流总量猛然增大,经常引起城市洪涝问题。而且许多城市发展的过快,城市河道基础设施也不是非常完善,防灾防水措施也十分薄弱,最终导致城市河道水位的急剧上升,河道水位的溢出,造成了大量惨重的城市洪灾问题,很有可能直接威胁到广大人民群众的生命财产安全。所以,城市河道水位的实时监测是十分有必要的。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
12、监测的转变,使用新科技来进行设计。近些年来我国对河道水位的监测大部分区域依然处于人工定时测量的阶段,比如说使用测钟、测绳电表、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进步和社会劳动成本的陆续增长,传统的测量方法在诸多领域已经不能满足我们的要求,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。但是伴随着人们对单片机的开发与研究,基于单片机来完成的好多技术已经得到了广泛的完善与发展,例如超声波测距技术。再结合单
13、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。随着科学技术的快速发展,远程监测的技术也被广泛应用到了各行各业,各个领域。本课题所设计的河道水位远程监测系统使用的是基于GSM模块的新型远程监测系统。它充分地利用了GSM无线通信模块的功能,可以实时、准确、快速的实现城市河道水位的远程监测,同时也可以实现无人看守以与远程监测与控制,最终节省了大量的物理资源和人力资源1。本次课题综合运用了多种技术,并且逐步述了基于GSM无线通信模块的超声波河道水位远程监测系统的基本原理和具体实现方法。城市河道水位远程监测系统在避免了传统监测不足的同时,还具有实时、准确和快捷等众多优点,是十分不错的。经无
14、线通讯将监测到的城市河道水位数据发送给上位机,通过与以往测量记录的数据进行比较分析,经过合理的推测,可以大致的预测出下年的城市河道水位情况,这样的话,就可以相对准确的提前制定下年的城市河道水位管理措施。1.2 课题研究现状和前景自上世纪60年代以来,人们对超声波测量技术就已经引起了广泛的关注。近几年来,随着自动化测量技术和控制工程的蓬勃发展,尤其是计算机控制技术的迅速发展,使得人们对超声波测量技术的研究更加深入,更加广泛,同时也为超声波测量技术的实际应用奠定了基础。近年来超声波测量技术已明显表现出下列趋向:(1)、由定性的判断缺陷的有无而发展为对缺陷的位置、大小、形状、性质进行定量判断,并且利
15、用各种成像技术直接显示缺陷的二维、三维图像;(2)、向在线自动检测和仪器的智能化发展,其中非接触超声测试技术取得突破进展;;(3)、超声测试技术和材料的物性评价相结合,材料的设计、加工和工程应用迅速发展.。超声在许多领域比可听声的用途更加广泛,是基于以下儿个原因:(1)、具有方向性,超声波的频率越高,则方向性越强.在无损探伤、水下声纳系统、超声测距系统中方向性是一个重要的考虑因素。(2)、超声波的频率越高,则波长越短,波长可以小到与超声传播媒介材料尺寸相比更小的程度.在高分辨率探伤、微小厚度测量、高精度Mail距中,这一点相当重要。(3)、超声是不可听声,这样就避免产生噪声,因而超声具有绿色特
16、性。在工业生产中,超声波被应用在金属材料和部分非金属材料探伤,钡口厚,以与超声振动切削加工、清洗、焊接等行业.以与进行物位、浓度、硬度、温度等检测。超声波还被广泛应用于医学领域,在诊断显像技术,血流测量计,胎儿检查仪,超声波洁牙器等医疗器械都是利用了超声波的特性。使用超声波技术进行水位测量在国外的技术研究中已经有很长的发展历史了。现在,国超声波技术的发展也在日趋成熟,与国外先进测量技术相比,目前国的测量精度还有待提高。影响超声波测量精度的除了传感器的制作方面的技术之外,还有发射电路和接收电路的性能和测量误差的修正技术。然而随着国先进技术的快速发展,超声波测量技术的精度也在人们的研究下一点一点提
17、高,所使用的围也在进一步的扩大。现在该技术不仅用于野外河流环境的不同指标的监测,还用于工业环节中液位的监测。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。由于超声波指向性好,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常被用于距离的,利用超声波检测距离设计比较简单,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。超声波是一种频率在20khz以上的声波,作为一种特殊的声波,同样具有声波传输的基本物理特性:反射、折射、干涉、衍射和散射,与物理联系紧密,应用灵活。并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。无论从精度还是可靠性
18、方面,超声波测距都做得比较好。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。具有广泛的应用前景。超声波测距应用于各种工业领域,如工业自动控制,建筑工程测量和机器人视觉识别。超声波作为一种检测技术,采用的是非接触式测量,由于它具有不受外界因素影响,对环境有一定的适应能力,且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响,大大解决了传统测量仪器存在的问题,比如,在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害,腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀,触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损,使测量仪器牢固耐用,使用寿命加长,而且还降低了能量耗损,节省人力和劳
19、动的强度。因此,利用超声波检测既迅速、方便、计算简单,又易于实时控制,在测量精度方面能达到工业实用的要求。本课题的远程监测部分用的是GSM无线通信模块。一般来说,远程监测系统采用接入互联网或者企业部网两种方式来实现。目前,这两种远程监测方法已经在视频会议、远程加工和远程诊断等领域得到了极其广泛的应用。但是这两种远程监测方式一般是以时间进行收费,或者是租用或架设专线,这导致成本过高。本课题的无线通信模块传输的数据量并不大,而且需要长时间保持远程通信状态,如果用这两种通信的任意一种,都是很不合适的。因此针对本课题中系统对通信模块所提出的要求,综合考虑,最终选用GSM远程通信方式来实现对河道水位的实
20、时监测。GSM远程通信方式的优点很多,费用廉价、通信稳定、可靠性强、安装十分灵活,此通信方式在远程监测系统中获得了广泛的应用2。1.3设计的目的和任务(1)、设计目的:水位数据采集:能够使用超声波自动监测河道水位,可以对河道水位进行实时监测。水位数据分析和显示:测得的数据经A/D转换后传给单片机,然后单片机对这些数据分析,将河道实时水位数据传送到LCD和报警器,分别进行数据的显示和报警。 水位数据的远程通信:通过GSM模块来实现数据的远程通信,把现场测得的实时河道水位数据通过GSM模块传送到手机,从而对河道水位的数据信息进行实时显示。(2)、设计任务:采用超声波非接触式测量方法完成水位测量;利
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