基于单片机的远程液位实时监测系统 (正式)

广西民族大学普通全日制本科毕业论文（设计）论文题目基于单片机的远程水位控制学院：信息科学与工程学院专业：通信工程年级班级：学号：学生姓名：指导教师：职称：副教授广西民族大学普通全日制本科毕业论文（设计）任务书课题名称：基于单片机的远程水位控制学院 __信息科学与工程学院专业通信工程班级学号 __ 1姓名指导教师（签名）__________2014年11月30日教研室主任（签名）_________ 2014年11月30日2014年11月30日普通全日制本科毕业论文（设计）任务书目录基于单片机的远程液位实时监测系统 (1)摘要 (1)1 前言 (3)1.1课题研究的背景 (3)2.1研究的目的和意义 (3)2.1.1研究的目的 (3)2.1.2研究的意义 (3)2 总体设计方案 (4)2.1设计的思想理念 (4)2.2 设计方案选择 (4)2.3 设计方案论证 (5)3 硬件系统设计 (7)3.1 STC12C5A60S2单片机简介 (7)3.1.1 STC12C5A60S2系列单片机介绍 (7)3.1.2 STC12C5A60S2系列单片机内部结构 (8)3.1.3 STC15C5A60S2的引脚及功能描述 (8)3.2单片机最小系统及外围电路设计 (11)3.2.1单片机最小系统设计 (11)3.2.2单片机外围电路设计 (12)3.2.3压力传感器D3B简介 (14)4 RS485通讯设计 (14)4.1通讯方式介绍 (14)4.2 RS485通讯电路的设计 (15)4.2.1 MAX485芯片简介 (15)4.2.2基于MAX485芯片的电路设计 (15)4.3 RS485实现多机通信 (15)5 软件系统设计 (16)5.1下位机单片机程序设计（见附录1） (16)5.2上位机Visual Basic 程序设计（见附录2） (16)6 系统调试 (17)6.1系统硬件调试 (17)6.2系统软件调试 (18)7 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (21)基于单片机的远程液位实时监测系统摘要本次设计主要用于远程监测液位的变化及越限报警的分布式液位监测系统，重点介绍了以单片机为核心的远程液位监测的硬件设计和软件设计，它的采集部分用3路D3B压力传感器进行数据采集，同时可将测得的液位数据通过RS485远程通讯实时传输到PC机上, 并采用Microsoft Visual Basic 6.0在PC机上绘制出水位变化的曲线，提供了简洁易懂、形象直观、具有人性化的监测界面,上位机与下位机通过串口方式进行通信。

A/D转换采用STC12C5A60S2系列单片机内置A/D转换芯片,省去A/D转换模块的制作。

STC12C5A60S2单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点。

关键词：液位检测 STC12C5A60S2 A/D转换 RS485AbstractThis design is mainly used for remote monitoring of the liquid level change and out-of-limit alarm level of distributed monitoring system, is introduced with the single chip processor as the core of the hardware design and software design of remote liquid level monitoring, its acquisition part with 3 way D3B pressure sensors for data acquisition, and at the same time can be measured through RS485 telecommunication level data real-time transmission to the PC, and using Microsoft Visual Basic 6.0 PC in drawing the curve of water level change, provides a concise and easy to understand, image, intuitive, humanized monitoring interface, the upper machine and lower machine via a serial port communication way. A/D transformation USES STC12C5A60S2 series microcontroller built-in A/D conversion chip, saving A/D conversion module. STC12C5A60S2 MCU has the advantages of high speed, low power consumption, strong anti-jamming.key words:liquid level measurement,STC12C5A60S2,A/D transition,RS4851 前言当今社会许多领域都需要对液位进行实时监控，比如水池液位的监测、锅炉液位的控制、各种仪器储油罐的液位越限报警等，很多时候因为环境恶劣或者不能依靠人力等因素来实时监控液位，这时候我们就需要用到远程监控。

1.1课题研究背景对于本专业来说，液位测量有重要的使用，它几乎遍及生产与生活的各个领域，工厂盛液的反应锅需要测定液位，生活用水水池需要水位越限报警，各种机动车辆特别是大型机械动力油箱中的油位监控。

液位检测的范围有远近之分，测量的精度有高低之分，测量的环境和条件也有简单复杂之分。

近几年来由于微电子技术的快速发展使得液位监测技术发生了根本性变化。

新的检测原理使得液位测量系统更趋向微型化，液位监测也在朝着自动化发展，在液位测量领域内广泛应用单片机控制，可以实现故障诊断和越限报警，提高了测量的可靠性、精确度、安全性。

2.1研究的目的及意义2.1.1研究目的远程的液位监测系统可以对近千米外的液位变化进行观察，而且实现半自动化，操作简单方便，可以有效的解决传统人工检测存在的效率低、成本高、不精确等问题。

鉴于目前工业的快速发展，以及人们日常生活的需要，专门设计一种性能优良、功能全面、价格低廉的液位液位监测系统，不仅能满足对液位数据的显示，而且具有超限报警等功能。

2.1.2研究意义实现远程无人看守、全自动的多路液位测量数据的显示，可以为工业生产、日常生活用水等多个领域服务，提高工业生产中液位的自动化测量水平，节约生产成本，简化生产管理，为居民生活提供简单实用，方便快捷的服务。

2 总体设计方案2.1设计的思想理念本设计严格按照设计任务书的要求制作，在完成指导老师下达的指标的基础之上，融入自己的思维，使本次设计更能够应用到社会服务当中，完成设计并不是主要的目的，我希望通过本次设计，在毕业之后，它可以成为我们一项技能，远程液位监测系统的应用在现实生活中是十分普遍，也是十分重要的。

从一名学生的角度出发，结合当前的经济状况，我们在选材上也十分讲究，既要能达到所要求的性能指标，又要经济适用。

因为是远程监测，所以我们既要考虑距离的因素，又要保证数据传输的准确性、实时性，所以要处理好发送与接受的关系，正确编写主机与从机之间的通行协议是关键，RS485通讯可以满足本次设计的需要，而因STC12C5A60S2单片机体积小、功能强大、造价低等诸多优点，使其成为本次设计的首选器件。

2.2 设计方案选择通过查阅大量参考文献，根据老师提出的设计任务，结合自己当前的实际情况，总结出三种设计方案。

方案1：采用无线传输模块PTR2000进行数据收发，水位高度的监测利用水位传感器完成，采用SY-9411L-D压力变送器，主控芯片采用STC89C52单片机，通过MAX202进行电平转换与上位机进行通讯，监控画面采用组态王。

设计框图如图2-1所示。

图2-1 方案1总设计框图方案2：采用RS485通讯设计，传感器采用应变片自制的压力传感器，通过ADC0809芯片进行AD转换，主控芯片采用AT89S52单片机，单片机与上位机的数据传输采用RS485传输协议，通过RS485转RS232与上位机通信，上位机监控画面采用组态王控制，设计框图如图2-2所示。

图2-2 方案2总设计框图方案3：采用RS485通讯设计，传感器采用松下公司生产的D3B压力传感器，主控芯片采用STC12C5A60S2新型单片机，单片机与上位机的数据传输采用RS485传输协议，通过RS485转USB与上位机通信，上位机监控画面采用VB编写，设计框图如图2-3所示。

图2-3 方案3总设计框图2.3 设计方案论证从传输模式上来说，方案1采用的是无线传输，方案2、3采用的是有线传输，理论上来比较，无线传输显然是比有线传输占优势的，因为我们可以省去布线的开支，安装方便无需考虑传输路径，但是结合实际应用以及设计任务书的要求，方案1有明显的不足之处，首先是传感器的选择，SY-9411L-D压力变送器是水位测量专用的传感器，但是在市场上很难买到这样的传感器，而且在网上也很难找得到。

其次是无线传输模块PTR2000，经查阅大量资料发现，PTR2000的传输距离受多方因素的影响，虽然现在已经有PTR8000，但是其在空旷地有效传输距离还不到1000米，这达不到任务书上的要求，无线传输可以达到1000米以上的距离，但是要买较好的无线模块才行，综合自身经济条件，方案1不可行。

方案2与方案3都采用RS485通信，最远距离可达1219米，不同之处在于传感器的选择，单片机的选择，RS485通信转换接口的选择，还有上位机的监控软件的选择。

应变片的原理图如图2-4所示。

图2-4 自制应变片原理图采用四片应变片可以提高灵敏度，可以消除一定线性误差，因为其输出电压是十分微弱的，所以在后面接一个放大电路，是电压输出在0~5V之间才可以被单片机接收，自制应变片的缺点是灵敏度差，后期数据处理比较麻烦，而方案3采用的D3B压力传感器灵敏度高，直接输出0.23V到4.9V电压，无需放大电路，而且价格便宜。

在主控芯片单片机的选择上，AT89S52与STC12C5A60S2都是功能十分强大的单片机，不同在于STC12C5A60S2是一中新型的单片机，其自身AD转换，P1口8个通道都可以作为AD转换输出口，可以省去AD转换模块的制作。

在RS485转换接口的选择上，RS232接口与USB接口都可以实现数据传输，RS-232串行接口方式数据传输为19,200或57,600bit/s，USB通信接口方式下数据传输最高可达2Mbit/s,现在大部分电脑都使用USB输出，使用USB 接口相对方便。