最新毕业设计：水位检测仪设计
目录
摘要 (1)
1 引言 (2)
1.1水位检测仪器的现状和发展前景 (2)
1.2 本文的结构安排 (2)
2 水位监测仪的基本原理 (3)
2.1功能说明 (3)
2.2整体架构 (3)
3 硬件设计 (5)
3.1水位检测与数据采集 (5)
3.2数码管与LED显示 (7)
3.2.1 相关芯片简介 (7)
3.2.2 显示部分工作原理 (9)
4 系统软件设计 (12)
4.1 初始化程序 (12)
4.1.1 I/O端口方向控制寄存器 (12)
4.1.2 TMR1初始化 (12)
4.1.3 TMR0初始化 (13)
4.2 定时/计数器 (13)
4.2.1 TMR1中断服务程序 (14)
4.2.2 TMR0中断服务程序 (15)
4.3 数据转换子程序 (17)
结束语 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
附录 (22)
附录程序清单及注释 (22)
水位检测仪设计
摘要：水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用，本文设计了一种能实时检测并显示水位的仪器----水位检测仪。设计主要论述对水位数据采集系统的设计与实现，其主要功能是完成数据采集、处理、显示、数据存储等。根据对数据采集系统体系结构及功能要求的分析,以PIC16F877单片机为核心设计并实现的采集系统,结合CD4051实现对水位的检测，结构简单，实现可靠。在PIC 单片机中实现了数据存储和处理，获取了当前的水位，并设计实现了数码管的驱动显示电路。该设计是基于单片机技术设计实现的低功耗水位数据采集装置，是一个具有一定实用性的实时数据采集系统。最后的实验结果验证了水位监测仪的总体设计思路及硬件、软件设计方案正确，能够准确地实现了水位的自动检测。
关键词：PIC单片机；水位检测；LED显示
Design of Water-level Detecting Meter
Abstract: Water level detection and display devices has a wide range of applications in industry, this article design a real-time detection and display equipment ---- water level detector.This design focuses on the design and implementation of data acquisition system for the water level,and its main function is to complete the data collection, processing, display, data storage and so on.According to the data acquisition system architecture and functional requirements analysis,the article design and accomplish the acquisition system with simple structure using PIC16F877 single-chip as the core,it can detect the water level with CD4051 reliably.It implements the data storage and processing in the PIC MCU, access to the current water level, and design digital display drive control circuit.The design is a low-power
water-level data acquisition device based on single-chip technology,it's a practical real-time data acquisition system.Finally, the experimental results verify the water level monitor the overall design ideas and hardware, software design is correct, can be achieved accurately the water level auto-detection.
Keywords:PIC Single-chip Computer; Water level detection; LED display
第1章引言
1.1 水位检测仪器的现状和发展前景
随着科学技术的不断发展，我国的监测仪器已具有一定研究、开发和生产能力，特别是各种仪器的数据处理系统及自动控制系统的最新研究成果，使我国仪器研制和在用仪器改造的升级，迈上了一个新的台阶。目前国产仪器在功能齐全、性能稳定等方面，与国际上较为先进的同类产品不相上下，完全能够满足水位检测的需要，且价格比国外进口仪器便宜得多。
虽然我国的地下水环境监测仪器，从工艺力量和工艺装备，从行业生产水平和专业化水平等方面来看，与发达国家相比有较大差距，但在某些方面，已具有一定的优势，特别是各种仪器数据处理系统及自动控制系统的最新研究成果，使我国仪器研制和在用仪器改造的升级，迈上了一个新的台阶，而就功能设置与软件编辑来说，更适合我国的国情。
在水位检测仪器方面，国外具有较为先进产品，但不适合我国国情，突出表现在：仪器设备昂贵，操作步骤复杂，质控程序繁琐。我们应采取有效措施，扬长避短，将国外的先进技术引入国内消化吸收，建立既适合我国国情又尽可能与国际接轨的监测方法。在地下水监测仪器的研制中，要在多品种和提高技术水平上下功夫，真正做到能准确、及时、真实的数据反映地下水状况和变化规律[1]。
水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用[2-9]。为了适应我国自动检测的发展现状，本文设计了一种能实时检测并显示水位的仪器----水位监测仪
1.2 本文的结构安排
本文主要分三个章节介绍水位监测仪的开发流程：
第二章介绍水位监测仪的基本原理，简单介绍水位监测仪的功能以及整体架构
第三章介绍硬件设计，从数据采集和显示两个方面分别介绍
第四章介绍软件设计，从TMR1中断服务程序、子程序转换程序、TMR0中断服务程序三部分进行系统分析。
第2章水位监测仪的基本原理
2.1 功能说明
对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位置（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色发光二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示。
（1）水位检测：在0mm、±10mm，±25mm、±50mm、±80mm、±120mm、±160mm、±240mm共15点的基础上，检测水位偏离零点的大小。
（2）水位显示：将上一步检测结果用数码管显示出来，显示值以比实际水位小的最近点为准，同时用15个竖直排列的双色LED阵列直观地模拟当前水位高度，当水位没有达到某点时相应的LED显示红色、达到或超过则显示绿色。当水位低于-240mm时报警灯显示绿色，高于240mm是报警灯显示红色，当水位恢复正常时报警灯熄灭。
2.2 整体架构
水位监测仪主要由三部分组成：水位检测与数据采集电路、PIC16F877单片机以及数码管与LED显示电路。整体框图如图2.1所示。
图2.1 水位监测仪整体构架框图
水位数据采集电路将采集到的数据通过采样通道输入口传输给PIC16F877单片机，PIC单片机对数据进行处理后信号输出给显示电路，数码管及LED显示电路将水位显示出来。
本设计引入一种独特的扫描思想----循环扫描，由于水位检测的数据采集及显示的实时性要求不是很高，而单片机的的运行速度相对很快，如果分时选通各个采样及显示通道，整体开来近似为同时进行的，只要不断的重复这一扫描过程，就可以完成无间隔数据采集和无闪烁显示。
水位检测与数据采集电路部分采用电接点水位检测方法，在每一个预定水位检测点处，将两个电极安装在容器壁，使其一端能够与没过该点的水充分接触，另一端引出到容器外面同检测电路相连接，两个电极等高度并间隔一定距离。当水位没有达到该检定点是，两个电极间电阻为无穷大；而一旦水位上升到该点高度，则两个电极同时没入水中，由于水的导电性，两个电极导通。通过检测两个电极是否导通就可以检测水位的高度了。
数码管与LED显示电路部分主要由15个双色发光二极管和4个数码管组成。模拟
水位高度由15个双色发光二极管（LED）来完成，共分4组。数字水位高度显示由四个数码管来完成，分别表示正负、百位、十位和各位。
在某一特定时刻，每组LED与一个数码管一起被选通（4组LED对应4个数码管），两个8位的移位寄存器74LS164级联，将单片机送出的2个字节串行数据转化为16位并行数据，分别送选通的LED和数码管。在不同时刻，系统对4组LED和数码管快速的循环扫描，就完成了面板显示的功能。
第3章硬件设计
本部分介绍多通道水位循环检测的硬件设计、利用串行芯片扩展I/O端口的方法以及循环扫描方式实现面板显示的硬件结构。水位检测仪的电路原理图如图3.1所示。
图3.1 水位监测仪电路原理图
3.1 水位检测与数据采集
本设计采用电接点水位检测方法，通过检测两个电极是否导通就可以检测水位的高度了。对15个检测点相应有15个检测通道，本设计运用两片8通道的多路选择开关CD4051，对各个通道循环检测来实现数据采集。
CD4051是一种双向8通道的多路开关，可以8路选通输入，1路输出；也可以1路输入，8路选通输出。通过3为数据位A,B,C进行通道选择。禁止输入输出端INH可以禁止和允许工作。其引脚定义如图3.2所示，真值表如表1所示。
IN/OUT
4 6 OUT/IN 7
5 INH EE SS
IN/OUT IN/OUT
图3.2 CD4051引脚图
表1 CD4051真值表
尽管水位检测原理简单，但应用时却不能仅仅用每路的通断来判断水位时否没过该路的点击。实际上水的电阻因水的所含成分不同有很大的差异，例如蒸馏水就不到点，就不能用这种方法来检测。另一方面，空气电阻也不是无穷大的，也跟其成分有关，例如饱和蒸汽的组织大概有1M欧左右。所以，不能通过判断单片机的数据采集引脚输入电平高低来判断水位是否到达某点，否则介于高低电平之间的电平状态就无法做出判断，而这种情况可能存在。
一个可靠的方法就是对输入引脚的数据进行采样，然后将结果与一个阀值电压进行比较，从而得出结论。
根据这个原理设计的水位检测仪数据采集部分的电路如图3.3所示。从图中可以看出，RD3口是地址扩展口，其与一个非门连接，结合INH引脚，将2个8路选通开关扩展为一个16路选通开关。通过RD0～3口进行采样通道地址译码，在不同时刻选通15
个通道中的1个,循环扫描15个通道。当水位上升到某一对电极高度时，相应通道的采样电压将会较低；若没有上升到电极高度，那么上拉电阻将会把采样值箝位到+5V。通过判断采样电压的高低，就可以判断选通的通道是否没于水中，进而判断水位高度，RA0口作为A/D采样的通道输入口。POLE0～14为15对模拟水位高度的电极。
图3.3 数据采集原理图
3.2 数码管与LED显示
键盘和显示器是单片机系统中人机对话不可缺少的一部分。在许多智能仪表的设计中，多用LED数码管来显示。这是因为LED数码管驱动简单，成本较低并且能适应恶劣的环境。用于数码管显示驱动的芯片有很多种，常见的有MAX7219、MAX7221、ZLG7290、ICM7218B以及8279等。这些专用芯片使用方便，功能较强，但价格偏高。本设计中采用循环扫描的方式，充分利用单片机快速的处理能力对各显示单元分时选通，只需普通的串行移位芯片，就可以达到显示驱动的目的。
3.2.1 相关芯片的介绍
显示部分用到的芯片包括移位寄存器74LS164、数据缓冲器74LS244以及多路开关CD4051。下面就74LS164和74LS244作简单介绍。
（1)移位寄存器 74LS164。74LS164引脚定义如图3.4所示，起真值表如表2所示，其功能是将外部输入的串行数据转化为8位的并行数据输出，+5V供电，串行传输的频
率由外部时钟控制，其数据输出具有锁存功能。A,B端为穿行数据输入端，Q
A ～Q
H
为并
行数据输出端，CLK为外部时钟输入端，CLR为清零端。当清除端CLEAR为低电平时，
输出端（Q
A ～Q
H
）均为低电平。串行数据输入端（A、B）可控制数据，当A、B任意一个
为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q
A
为低电平。当
A、B有一个为高电平则另一个就允许数据输入，并在CLOCK上升沿作用下决定Q
A
的状态。
图3.4 74LS164引脚图[10]
表2 74LS164的真值表
输入输出
CLEAR CLOCK A B Q
A Q
B
Q
H
L X X X L L L
H L X X Q
A0 Q
B0
Q
H0
H ↑H H H Q
An Q Gn
H ↑L X L Q
An Q Gn
H ↑X L L Q
An Q Gn
注: Q A0、 Q B0、Q H0为在稳态输入条件建立之前Q A、Q B和Q H相应的电平；Q An、Q Gn为在最近的时钟↑转换前Q A或Q G的电平，表示移1位。
(2)数据缓冲器74LS244。由于74LS164在高电平输出时，其输出最大电流为0.4mA；低电平输出时，起输出最大电流为8mA，不足以驱动数码管或发光二极管正常工作，所以在本设计中外加数据缓冲器以增大驱动能力，使数码管和二极管可以正常工作。
74LS244缓冲器常用作三态缓冲或总线驱动，+5V供电，其高电平时输出最大电流可达15mA，低电平输出时最大电流可达24mA，足以驱动数码管和LED工作。74LS244
共8个输入输出通道，通过门控端1G和2G来选择其通断，其引脚图如图3.5所示。
图3.5 74LS244内部结构及引脚图
从图中可以看出，当引脚1G为低电平时，输入通道1A1～1A4与输出通道1Y1～1Y4连通；当引脚1G为高电平时则截止。当引脚2G为低电平时，输入通道2A1～2A4与输出通道2Y1～2Y4连通；当引脚2G为高电平时，输入通道2A1～2A4与输出通道2Y1～2Y4截止。
3.2.2 显示部分工作原理
首先介绍一下双色二极管的功能和用法。如图3.6所示，1个双色二极管有3个引脚，引脚1，2均为信号“+”端，引脚3为GND端（信号“-”端）。引脚电平（TTL电平）与LED显示颜色如表3所示。
图3.6 双色二极管外观图
引脚1 引脚2 二极管状态
0 0 熄灭
0 1 绿色
1 0 红色
1 1 混合颜色
数码管及LED显示电路如图3.7所示，其主要功能流程是：将单片机输出的串行数据通过74LS164移位寄存器转化并行数据，经74LS244数据缓冲器驱动数码管及LED显示。
RC5口作为串行数据输出端，与74LS164的数据输入端相连，当单片机输出的串行数据输入74LS164；RC3口作为串行数据的同步时钟端，与74LS164的时钟同步输入端相连。两片移位寄存器74LS164的并行数据输出端则分别与两片数据缓冲器74LS244的输入端相连，两片74LS244分别驱动数码管和LED的显示，RD7口作为数据缓冲器74LS244的门控信号输出端，控制74LS244的通断。
图3.7 数码管及LED显示电路
每4个双色二极管和1个数码管一组，二极管的8个信号“+”端分别与第一片
74LS244的8位数据输出端相连，数码管的8为数据输入端分别与第二片74LS244的8为数据输出端相连，每组二极管和数码管的GND端都与CD4051的1个输入通道相连，CD4051的输出端与系统的“地”相连。RE0～RE1口作为地址译码输出端口，用于多路开关CD4051的4路通道选择，每一时刻只有一组共4个二极管和一个数码管被选通，其GND端同系统的“地”构成通路，其他的二极管与数码管则不能构成通路。
每向74LS164传送完2个字节共16位数据，通过RD7口使能74LS244，将数据送到二极管和数码管的输入口，然后通过RE0～RE1口打开一条通道，则被选通的数码管和二极管就会按照接收的数据进行相应的显示。不断的发送新数据并利用CD4051循环的扫描4个通道，则所有的二极管和数码管就会持续的发光显示。利用人的视觉暂留现象，每个LED或数码管两次被选通的时间间隔不能大于100ms。
另外由一个双色二极管作为报警灯，RD5口与二极管引脚1相连，作为上限报警灯；RD4口与二极管的引脚2相连，作为上限报警灯。
第4章系统软件设计
本设计关键的核心是两个不循环执行的中断程序：TMR0中断用于驱动数码管和LED 显示；TMR1中断用于采集水位值并且将采集结果送缓冲寄存器供显示部分读取，同时对采集结果进行简单的分析，判断其是否超过水位上限和下限，若超过则点亮相应的报警灯。
整个软件大体可以分为初始化程序、TMR0中断服务程序、数据转换子程序、TMR1中断服务程序4个部分，以下分别加以描述。
4.1 初始化程序
初始化程序位于主程序开始部分，主要对3部分进行初始化：I/O端口、TMR1和TMR0。各部分的初始化步骤如下描述。
4.1.1 I/O端口方向控制寄存器
◆RA0端口用于将采集到的数据输入，故将A/D端口RA0设置为输入方式
◆串行数据同步端口RC3，设置为输出方式
◆串行数据输出端口RC5，设置为输入方式
◆采样通道地址译码端口RD0～RD3，设置为输出方式
◆显示部分地址译码端口RE0～RE1，设置为输出方式
◆报警输出端口RD4～RD5，设置为输出
4.1.2 TMR1初始化
TMR1初始化步骤如下：
●将第一外设中断标志寄存器PIR1（地址为0CH）中的TRM1溢出中断标志位TMR1IF （Bit0）清零。
●将第一外设中断屏蔽寄存器PIE1（地址为8CH）中的TMR1溢出中断屏蔽位TMR1IE （Bit0）置位。
●通过TMR1中断控制寄存器T1CON（地址为10H）设置时钟及分频比等。
即：①时钟源选择位TMR1CS（Bit1）清零，选择内部时钟源
②分频比选择位T1CKPS0～T1CKPS1（Bit5～4）置位11，选择分频比1：8
●给TMR1计数器TMR1H（地址为0FH）、TMR1L（地址为0EH）赋初值
●将中断控制寄存器INTCON（地址为0BH）中的全局中断屏蔽位GIE（Bit7）置位，响应所有外围设备模块产生的中断请求
●将中断控制寄存器INTCON（地址为0BH）中的外设中断屏蔽位PEIE（Bit6）置位，开放第二级别的外围中断
4.1.3 TMR0初始化
TMR0初始化步骤如下：
?通过选项寄存器OPTION_REG（地址为81H）设置TMR0的分频比及时钟
即：①时钟选择位T0CS（Bit5）清零，由内部提供的指令周期信号作为时钟源
②分频器分配为PSA(Bit3)清零，分频器分配给TMR0
③分频器分频比选择位PS2～PS0（Bit2～0）置位111，选择分频比1：128
?将INTCON寄存器（地址为0BH）中的TMR0中断标志位T0IF(Bit2)清零并将中断屏蔽位T0IE（Bit5）置位
?将中断控制寄存器INTCON（地址为0BH）中的全局中断屏蔽位GIE（Bit7）置位，响应所有外围设备模块产生的中断请求
?将中断控制寄存器INTCON（地址为0BH）中的外设中断屏蔽位PEIE（Bit6）置位，开放第二级别的外围中断
?给TMR0计数器赋初值
4.2定时/计数器
定时/计数器其功能都是靠寄存器计数值的累积来实现的，PIC单片机采用递增方式，计数值累加到上限后会产生溢出，相应的会在溢出中断标志位上反映出来。计数值的累加又是靠时钟来触发的，它可以是单片机内部时钟，也可以来自外部。定时的长短以及数值的上限都是定时/计数器的位宽、分频器的分频值有关。PIC16F87X系列单片机集成3个定时/计数器模块TMR0、TMR1、TMR2。在结构和功能上不尽相同，其定时长短，计数上限因此也不一样，应用场合也不同[11]。
TMR0为8位宽，与WDT共用一个可选的预分频器，用于一般的通用目的。TMR1为16位宽，附带一个可编程的预分频器以及一个可选的低频时基振荡器，不仅可以用来计数，还可与CCP模块一起实现输入捕捉与输出比较功能。TMR2也是一个8位宽的定时/计数器，附带一个可编程的预分频器，一个可编程的后分频器，一个周期寄存器和比较器，只能用于定时，不能用于计时，可与CCP模块一起实现PWM功能（即产生脉宽调制信号）。
TMR0的特点：
◆8位宽定时/计数器
◆计数器TMR0内容可读可写
◆8位软件可编程预分频器
◆内部/外部时钟可选，外部时钟触发边沿可选
◆溢出中断功能
TMR1的特点：
◆16位宽定时/计数器
◆计数器TMR1内容可读可写
◆3位软件可编程预分频器
◆累加计数信号源可选内部时钟、外部触发信号或自带时基振荡器信号
◆溢出中断功能
TMR2的的特点：
◆8位宽的定时器
◆计数器TMR2内容可读可写
◆2位软件可编程与预分频器，4位软件可编程后分频器
◆累加计数信号源可选内部时钟信号，因此只能工作在定时器模式
◆8位周期寄存器
◆溢出次数经过分频后溢出中断
◆可以由用户软件关闭退出定时
本设计应用到了TRM0和TMR1
4.2.1 TMR1中断服务程序
设定系统的水位刷新时间为1S，即单片机每秒钟对采样通道进行一遍A/D转换、软件上则设定TMR1定时器每秒产生一次中断，执行数据采样程序，从最高水位采样通道向下执行，并不断将每次采样结果与系统设定的门限值比较（采样结果如果小于门限值，说明电平低，即电容两极同时没于水中，水位已经超过该电极）当检测到水位超过某一对电极时，则退出采样程序。接下来判断水位是否越限，若是则点亮相应的报警灯，否则使报警灯熄灭。然后调用数据转换子程序，将水位采样结果转化为相应数码管和LED 显示段码值存入显示数据缓冲寄存器。由于PIC单片机的中断矢量只有一个，而本设计中用到两个中断（TMR1和TMR0），故而在中断服务程序入口处，需要对中断源进行判断，这是通过判断相应的中断标志寄存器来实现的。TMR1中断服务程序流程图如图4.1所示。
设置TMR1定时器分频比为1：8，采用内部时钟源，系统采用2M晶振。那么TMR1的时钟脉冲周期为2μs，由于分频比为1：8，则每16μs计数一次，1s需要计数62500次，即从计时开始到62500个计数周期后，TMR1寄存器达到上限65536并溢出，所以TMR1寄存器初始值65536-62500=3036，即0BDCH。
下面对流程图中的关键部分进行简单说明：
（1）关于ADC控制寄存器ADCON0的设置：AD转换时钟选择位Bit7～6置位01，
/8，模拟输入通道选择位Bit5～3置位000，选择通道0
选择系统时钟，频率为f
osc
（RA0/AN0）。
（2）关于ADC控制器ADCON1的设置：A/D转换结果格式选择位（Bit7）清零，A/D 转换结果左对齐，ADRESH有效，ADRESL的低六位为0，A/D端口控制位（Bit3～0）置
位1110，选择RA0口为模拟输入口
（3）采样开始部分，要先关闭A/D转换器（Bit0=0），令其退出工作状态，等待采样值稳定后在重新开启A/D转换器（Bit0=1），开始采样。并通过检测A/D转换状态位GO/DONE（Bit2）是否为0，确定采样是否结束。
图4.1 TMR1中断服务程序流程图
4.2.2 TMR0中断服务程序
TMR0中断用于数码管及LED显示，每次中断将两个字节的数据串行发送发送至以为寄存器，后经74LS244驱动一组LED和1个数码管发光。由于每个LED或数码管两次被选通的时间最大不能烧过100ms（利用人的视觉暂留现象，否则就会出现闪烁），加之TMR1中断可能占用的时间，所以每次TMR0中断溢出时间不能太长；两一方面，TMR0中断溢出时间又不能太短，必须保证串行发送正常发送完毕。综合两方面因素，将TMR0溢出时间设定为10ms。TMR0中断服务程序流程图如图4.2所示。
设置TMR0定时器分频比为1：128，采用内部时钟源，系统采用2M晶振。那么TMR0的时钟脉冲周期为1μs,由于分频比为1：128，则每256μs计数一次，10ms需要计数39
次，即从计时开始到39个计数周期后，TMR0寄存器达到上限256并产生溢出，所以TMR0寄存器初始值256-39=217，即0D9H。
图4.2 TMR0中断服务程序流程图
下面对流程图中的关键部分进行简单说明：
（1）发送的两个字节，根据硬件电路原理可知，先发送的字节经过移位寄存器74LS164及数据缓冲器74LS244驱动一组LED；后发送的字节经过移位寄存器74LS164及数据缓冲器74LS244驱动一个数码显示管。
（2）发送字节过程中，需清74LS244使能位，暂时禁止数据输出显示，待发送完
毕后，置74LS244使能位，允许数据输出显示。
（3）当使用SPI来进行数据发送时，采用软件对标志位查询的方式来完成。
（4）关于同步串口控制寄存器SSPCON的设置：同步串行口允许位SSPEN（Bit5）置位，允许串口工作；同步串行口工作模式选择位SSPM3～0(Bit3～0）置位0000，选择SPI主控模式，并且时钟频率为系统时钟的1/4。
4.3 数据转换子程序
在进行水位检测后，会产生一个水位的高度值（设置为HEIGHT），但它并不是一个真实的水位值，只是一个标识水位高度的通道号，其值为0～15中的某个数，分别表示没有水以及15种水位高度共16种情况。故而需要将其转化为LED和数码管的实际显示段码值。表4列出了高度值HEIGHT、LED段码值LED1～LED4和数码管显示数据SEG1～SEG4的对应关系，表5则为数码管的七段码值遇显示符号的对应关系。
表4 高度值与显示段码对照表
表5 数码管七段码
有三种方法对LED和数码管显示缓冲寄存器写入数据：第一种是采用查表的方法，将各个高度值对应的数据预先存入一块缓冲区内，通过对指令指针赋值来访问特定数据单位，返回转换后的数值；第二种是采用逐个比较的方法，将采样结果与1～15的数逐个比较，若相等则向缓冲区赋相应值；第三种方法是根据表的特征来赋值，很显然，第二、三种方法比较费时间，第一种方法虽然程序代码最大，但执行起来速度快，本设计采用第一种方法，具体可参见查表子程序的程序代码。
结束语
由于许多数据采集、显示的实时性要求不是很高，因此单片机的执行速度相对于这些过程要快得多，若分时选通各个采样或显示通道，虽然单片机对各个通道的处理是依次进行的，但是只要这一过程达到一定速度，总的看来几乎同时执行，不断重复这一过程，就产生了循环扫描的思想，它在单片机系统设计中得到了广泛的应用。
本设计中的水位采样通道设计以及数码管、LED显示都是基于这一思想。主要是通过移位的方法，用74LS164芯片将每个通道的串行数据转化为并行方式，在通过数据缓冲器74LS244输出，用CD4051循环对每个通道选通，从而实现对数码管的驱动。串行通信上则利用PIC的CCP模块，采用硬件SPI方式进行串行通信。软件上采用了两个中断程序分别进行采样和显示。
水位检测仪系统文献综述
高精度水位监测仪的设计 一.高精度水位监测仪意义 中国水之源总量居世界第六位，人均占有水资源量仅为世界人均占有量的四分之一，并且在 地域上分布很不平衡，长江以北的广大地区，特别是北方大、中城市大部分地区处于缺水状态，水资源短缺已成为制约我国经济发展的一个重要因素。合理的利用水资源已成为我国现在面临的一个重要问题。 为了达到水资源的合理利用，除了要在兴修水利工程和提高全民节水意识等方面努力提高。而更重要的是应用新的技术信息，实时准确的了解和掌握各种水情信息，以此根据做出正确的水资源调度和管理，做到防患于未然，尽可能减少水资源的浪费。再加上长久以来水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题。为及时发现事故苗头，防患于未来，经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用。水位是水库大坝安全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一。水位的自动化监测、传输和处理为水库现代化建设提供了良好的基础资料。在工农业生产的许多领域都需要对水位进行监控。在现场可能无法靠近或无需人力来监控时，我们就可以通过远程监控，坐在监控室里对着相关的仪器就能对现场进行监控，既方便又节省人力。 为了保证水利发电站的安全生产,提高发电效率,水电站生产过程需要对水库水位、拦污栅压差和尾水位进行监测。但是,由于不同电站有着不同的实际情况,因此就有着不同的技术要求,而且水位参数的测量方法和测量位置不同，对监测设备的要求亦有所不同。这样往往造成监测系统设备专用化程度高,品种多,互换性差,不利于设备维护,亦增加了设备设计、生产、安装的复杂性。因此,在综合研究水电站水位监测的实际情况以及特点的基础上,利用现代电子技术,特别是单片机技术,设计开发一种通用性好,可靠性高,维护方便,精度高的水位监测系统具有重要的实际意 义{1}。 二.高精度水位监测仪的发展历史 目前我国水文自动测报系统建设的三个阶段：初级阶段、发展阶段以及网络化阶段。上一世纪七十年代中期开始到八十年代中期为初级阶段。八十年代中后期开始的十余年为（小流域）水文自动测试系统建设的发展期。九十年代后期为适应防汛和水利调度现代化、信息化的要求，以及近代通信、嵌入式、计算机和网络技术高速发展的时代特点，水文自动测试系统的建设进入了网络化阶段。 近三十年的发展历史，水位自动测报系统的建设和技术有了巨大的进步。在不同的历史时期，所建系统快速采集的数据，为防汛和水利调度的决策提供了依据和参考，发挥了相当大的社会经济效益。不少系统除常规水雨情信息外，闸门开度、大坝渗压渗流、灌区水位流量、土壤墒情、风向风速、温度湿度、地下水位乃至在线水质监视参数陆续纳入遥测系统，使遥测系统的功能大为扩展，从而可为防汛、水利调度、水环境管理等各应用服务提供了更多的实时数据。 水位自动测报系统运用的先进技术有： ·可靠的传感技术：各种类型的传感技术，声学、光学、力学和化学的传感技术。系统的可自动监测的参数不断丰富。
基于单片机环境噪音测量仪
毕业设计（论文）课题名称： 基于单片机的环境噪音测试仪 专业电气系工程系 班级车辆电子081 学生姓名陈斌 指导老师张敏三 完成日期 2010年12月
2011届毕业设计任务书 一、课题名称：基于单片机环境噪音测量仪系统的设计 二、指导老师：张敏三 三、设计内容与要求 1、课题概述 本课题采用单片机设计一个环境噪音测量仪，实现测量噪音基本功能。通过这个具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段，在实践教学环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。 2、设计内容与要求 （1）设计内容： 1)绘制噪音测量仪系统框图，确定设计方案。 2)了解电路所需芯片的功能、参数和工作原理。 3)采用protel完成噪音测量仪的原理图绘制。 4)采用C语言完成软件设计。 5)采用软件完成编译、仿真、下载. 6)完成噪音测量仪的硬件设计方案. 7)调试并实现噪音测量仪控制系统的功能. （2）设计功能要求： 外界噪声信号通过传声器转换成音频信号,经过放大和V /F变换输入到单片机进行处理,实现对噪音的时实监测。 四、设计参考书 《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机技术与应用》 五、设计说明书要求 1)封面 2)内容摘要 3)目录 4)绪论
5)正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、设计结果的说 明及特点） 6)文献 7)致谢 8)附录（参考文献、图纸、材料清单） 六、毕业设计进程安排 第1周：材料准备与借阅，了解设计思路。 第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。 第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿。 第7-8周：第一次检查，了解设计完成情况。 第9周：第二次检查学生设计完成情况，并做好毕业答辩准备。 第10周：毕业答辩与综合成绩评定。 七、毕业设计答辩及论文要求 1、毕业设计答辩要求 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或者毕业论文、专题报告等必要数据交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。 学生答辩时对自述部分写出的书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始数据或者参考文献、实验方法、测试方法、鉴别学生独立工作的能力、创新能力。 2、毕业设计论文要求 文字要求：说明要求打印，不能手写。文字通顺，语言通顺，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 3、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。 4、曲线图纸要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图等不准手画，必须按国家标准或者工程要求绘制。
噪声测试仪的原理分析
噪声测试仪的原理分析 噪声测试仪，是用于工作现场，广场等公共场所的噪声检测和测试的仪器。噪声污染是影响较大的环境污染之一，较高分贝的噪音甚至会对人的耳膜造成严重的损伤，致使失聪等。噪声测试仪的应用可以提供噪声所达到的分贝以便采取相关措施控制和减小噪音。声音大小的计量单位是分贝，专业的噪音测试仪具有高灵敏的传感器，精度高，适用范围广，能广泛用于各种环境的噪音测量。 噪声测试仪原理 噪声计中的频率计权网络有A、B、C三种标准计权网络。A网络是模拟人耳对等响曲线中40方纯音的响应，它的噪声计曲线形状与340方的等响曲线相反，从而使电信号的中、低频段有较大的衰减。B网络是模拟人耳对70方纯音的响应，它使电信号的低频段有一定的衰减。C网络是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个声频范围内有近乎平直的响应。声级计经过频率计权网络测得的声压级称为声级，根据所使用的计权网不同，分别称为A声级、B声级和C声级，单位记作dB（A）、dB（B）和dB（C）。目前，测量噪声用的声级计，表头响应按灵敏度可分为四种： 1、“慢”。表头时间常数为1000ms，―般用于测量稳态噪声，测得的数值为有效值。 2、”快”。表头时间常数为125ms，一般用于测量波动较大的不稳态噪声和交通运输噪声等。快档接近人耳对声音的反应。 3、“脉冲或脉冲保持”。表针上升时间为35ms，用于测量持续时间较长的脉冲噪声，如冲床、按锤等，测得的数值为最大有效值。 4、“峰值保持”。表针上升时间小于20ms。用于测量持续时间很短的脉冲声，如枪、炮和爆炸声，测得的数值是峰值．即最大值。 声级计可以外接滤波器和记录仪，对噪声做频谱分析。国产的ND2型精密声级计内装了一个倍频页程滤波器，便于携带到现场和作频谱分析。声级计按精度可分为精密声级计和普通声级计。精密声级计的测量误差约为土1dB，普通声级计约为土3dB。声级计按用途可分为两类：一类用于测量稳态噪声，一类则用于测量不稳态噪声和脉冲噪声。积分式声级计是用来测量一段时间内不稳态噪声的等效声级的。噪声剂量计也是一种积分式声级计，主要用来测量噪声暴露量。脉冲式声级计是用于测量脉冲噪声的，这种声级计符合人耳对脉冲声的响应及人耳对脉冲声反应的平均时间。 环境噪声监测仪器的选用 为防治噪声污染，保障城乡居民生活工作和学习的声环境质量，国家环境保护部最近发布了
水位检测设计
摘要 对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位值（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示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。在每一个预定水位检测点处，将两个电极安装在容器壁，使其一端能够与没过该点的水充分接触，另一端引出到容器外面同检测电路相连，两个电极等高度并间隔一定距离。当水位没有达到该检定点时，两个电极间电阻为无穷大；而一旦水位上升到该点高度，则两个电极同时没于水中，由于水的导电性，两个电极导通。通过检测两个电极是否导通就可以检测水位的高度了。对15个检测点相应有15个检测通道，本设计运用了两片8通道的多路开关CD4051，对各通道循环检测来实现数据采集。系统的软件的核心是两个不断循环执行的中断程序：TMR0中断用于驱动数码管和LED显示：TMR1中断用于采集水位值并且将采集结果送缓冲寄存器供显示部分读取，同时对采集结果进行简单的分析，判断其是否超过水位上限或下限，若超过则点亮相应的报警灯。整个软件部分大体可分为初始化程序、TMR1中断服务程序、数据转化子程序、TMR0中断服务程序4个部分。该系统还设计了报警系统，因为水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用而本设计采用的是一种低成本的数码管显示驱动方案。所以在对成本较敏感的小型系统中，该方案有着一定的参考价值。 关键字:单片机水位检测应用 前言 在当今社会,水在人们正常生活和生产中起着非常重要的作用。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
环境监测课程设计——噪声监测
环境监测综合实践 -------噪声监测 姓名：学号： 班级：环境111 专业：环境工程 学院：海洋科学与工程学院
【摘要】 图书馆是读书、学习的地方，应当保持一个安静的环境，因而本实践对上海海事大学图书馆进行噪声监测与评价。通过对噪声声压级的监测，计算连续等效声压级，与环境噪声标准作比较，对噪声进行评价，并进行分析讨论，提出合理建议。 【关键词】图书馆噪声噪声计等效声级
目录 1前言 (1) 2相关原理知识 (1) 2.1噪声的概念 (1) 2.2噪声的量度单位 (2) 2.3噪声产生的原因 (2) 2.4噪声的分类 (2) 2.5噪声的特征 (2) 2.6噪声的危害及控制 (3) 2.7噪声的管理 (3) 3监测地点和时间 (3) 4监测方案 (3) 4.1监测仪器 (3) 4.2监测方法 (3) 4.3监测条件 (4) 5数据处理方法 (4) 6评价标准 (4) 7监测数据统计及分析 (5) 7.1数据处理 (5) 7.224小时声级变化图形 (6) 7.3昼夜等效声级 (6) 7.4结论及讨论 (6) 8参考文献 (7)
1前言 噪声监测作为环境监测中的一个重要因素和环境保护行业中的一项不可或缺的工作，是每一位环境专业的学生在大学学习阶段的必修课。一方面，它作为环境学科中专业课的基础课，另一方面它又是培养学生业务素质与能力的课程。 噪声污染和水污染、空气污染、固体废物污染等一样是当代主要的环境污染之一。但噪声与后者不同，它是物理污染，一般情况下它并不致命，且与声源同时产生同时消失，噪声源分布很广，较难集中处理。由于噪声渗透到人们生产和生活的各个领域，且能够直接感觉到它的干扰，不象物质污染那样只有产生后果才受到注意，所以噪声往往是受到抱怨和控告最多的环境污染。 噪声会干扰人们的睡眠、工作和学习，强噪声会使人听力损失。这种损失是累积性的，在强噪声下工作一天，只要噪声不是过强（120分贝以上），事后只产生暂时性的听力损失，经过休息可以恢复；但如果长期在强噪声下工作，每天虽可以恢复，经过一段时间后，就会产生永久性的听力损失。过强的噪声甚至能杀伤人体。 图书馆作为特殊的公共场所，安静的环境是图书馆读者最最基本的条件和要求，因此，从图书馆建筑的建设规划开始，图书馆员和建筑师就应想方设法控制图书馆内的噪音污染，通过各种努力为读者提供一个安静舒适的学习环境。在图书馆，噪声会影响我们的阅读和思考，影响我们的心情。因而，对图书馆进行噪声监测和评价，有其现实意义。 2相关原理知识 2.1噪声的概念 物理学定义：噪声是发生体做无规则振动时发出的声音。 生理学定义：凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音。从这个意义上来说，噪声的来源很多，街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。
多功能环境参数测试仪的设计与制作
多功能环境参数测试仪的设计与制作 浙江工贸职业技术学院电子工程系 摘要：多功能环境参数测试仪的设计采用智能化的测量方法实现对环境参数的检测，包括温度、湿度、露点和噪音等四个参数。论文论述了系统的硬件、软件设计过程及系统的主要功能。该系统以AT89S52单片机作为主控芯片，采用了具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点的SHT11-P 温湿度传感器实现温度与湿度的检测，测量精度可以达到±0.4℃，±3.0%RH；结合温度、湿度，通过数学运算计算出露点；采用电容话筒检测音量，通过信号放大、滤波、检波、A/D转换、信号比较等过程实现对噪音的检测；采用了内置128×64汉字图形点阵模块显示字母、数字、中文字型及自定义图形，实现四种环境参数值的直观显示。该系统具有体积小、响应迅速、低能耗等优点，可以适应多种场合的应用。 关键词：AT89S52单片机；温湿度检测；噪音检测；液晶显示 二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械装置，这种计算机成为单片微型计算机亦称为微型控制器。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。多功能环境参数测试仪（以下简称系统）就是基于AT89S52单片机而开发出来的。 一、系统的主要功能和特点
环境监测仪器项目规划设计方案
环境监测仪器项目规划设计方案 规划设计/投资分析/实施方案
承诺书 申请人郑重承诺如下： “环境监测仪器项目”已按国家法律和政策的要求办理相关手续，报告内容及附件资料准确、真实、有效，不存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、隐瞒真实情况的行为，将愿意承担相关法律法规的处罚以及由此导致的所有后果。 公司法人代表签字： xxx投资公司（盖章） xxx年xx月xx日
项目概要 环境监测仪器，是用于监测室内外环境各项参数的仪器总称，通过对 影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变 化趋势。 该环境监测仪器项目计划总投资8044.12万元，其中：固定资产 投资5584.12万元，占项目总投资的69.42%；流动资金2460.00万元，占项目总投资的30.58%。 达产年营业收入18097.00万元，总成本费用14207.24万元，税 金及附加154.27万元，利润总额3889.76万元，利税总额4580.55万元，税后净利润2917.32万元，达产年纳税总额1663.23万元；达产 年投资利润率48.36%，投资利税率56.94%，投资回报率36.27%，全部投资回收期4.26年，提供就业职位313个。 重视环境保护的原则。使投资项目建设达到环境保护的要求，同时，严格执行国家有关企业安全卫生的各项法律、法规，并做到环境 保护“三废”治理措施以及工程建设“三同时”的要求，使企业达到 安全、整洁、文明生产的目的。 报告主要内容：项目承担单位基本情况、项目技术工艺特点及优势、项目建设主要内容和规模、项目建设地点、工程方案、产品工艺 路线与技术特点、设备选型、总平面布置与运输、环境保护、职业安
水位检测仪系统
数理与信息工程学院课程设计 题目：水位检测仪系统 专业： 班级： 姓名：学号： 实验地点：数理与信息工程学院电子系统设计室指导老师： 成绩：
目录 第1节引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 系统功能说明 (1) 第2节硬件设计基本原理与实现方法 (2) 2.1 水位检测与数据采集 (2) 2.2 数码管LED显示 (4) 2.2.1 相关芯片简介 (4) 2.2.2 显示部分工作原理 (5) 第3节系统软件设计 (8) 3.1 初始化程序 (8) 3.2 TMR1中断服务程序 (9) 3.3 数据转换子程序 (10) 3.4 TMR0中断服务程序 (11) 3.5 程序清单 (13) 第4节结束语 (22) 参考文献 (22)
水位检测仪系统 第1节引言 水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用。本设计采用的是一种低成本的数码管显示驱动方案。在对成本较敏感的小型系统中，该方案有着一定的参考价值。 1.1 设计背景 键盘和显示器是单片机系统中人机对话不可缺少的一部分。在许多智能仪表的设计中，多用LED数码管来显示。这是因为LED数码管驱动简单，成本较低并且能适应恶劣的环境。用于数码管显示驱动的芯片有很多种，常见的有MAX7219、MAX7221、ZLG7290、IMC7218B以及8279等。这些专用芯片使用方便、功能教强，但价格偏高。本设计中采用的循环扫描的方式，充分利用单片机快速的处理能力对各显示单元分时选通，只需普通的串行移位芯片，就可以达到显示驱动的目的。这种方法对单片机的CPU占用率相对较高，不适宜于CPU任务繁忙的场合，但是对那些功能相对简单，CPU相对空闲的中小型系统非常实用，能够大大降低系统成本。 1.2系统主要功能 该装置对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位值（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色发光二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示。整个装置主要包含水位检测和显示两个部分，现将每部分功能说明如下：（1）水位检测：在0mm、±10mm、±25mm、±50mm、±80mm、±120mm、±160mm、±240mm共15点基础上，检测水位偏离零点的大小。 （2）水位显示：将上一步检测结果用数码显示出来，显示值以比实际水位小的最近点为准，例如：水位实际高度为35mm，则数码管显示25mm。同时，用15个竖直排列的双色LED阵列直观的模拟当前水位高度，当水位没有达到某点相应的LED显示红色，达到或超过则显示绿色。当水位低于-240mm时报警灯显示绿色，高于+240mm时报警灯显示红色，当水位恢复正常值时报警灯熄灭。
便携式光照强度检测仪系统的设计
本科生毕业论文（或设计） （申请学士学位） 论文题目便携式光照强度检测仪系统的设计 作者姓名赵志强 专业名称自动化 指导教师刘立 2013年6月
学生：（签字）学号：2009210399 答辩日期：2013年6月16日 指导教师：（签字）
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 绪论 (2) 1.1 课题的选题背景及意义 (2) 1.2 国内外研究发展现状 (2) 1.3 课题的主要研究内容及章节安排 (3) 1.3.1 主要研究内容 (3) 1.3.2 章节安排 (3) 2 系统总体方案设计 (3) 2.1 光照强度对蔬菜种植、动物养殖、居室环境的影响 (3) 2.2 系统的任务和功能 (4) 2.3 系统总体结构设计 (4) 3 系统硬件电路设计 (5) 3.1 电源模块 (5) 3.2 单片机 (5) 3.3 采集模块 (7) 3.4 语音模块 (7) 3.5 时钟模块 (8) 3.6 串口通信模块 (8) 4 系统的软件流程图 (9) 5 实物的展示及性能测试分析 (11) 5.1 系统整体实物图 (11) 5.2 光强传感器模块实物图 (12) 5.3 彩屏模块实物图 (12) 5.4 系统测试及结果数据分析 (13) 结论 (13) 参考文献 (14) 附录1 便携式光照强度检测仪整体设计图 (15) 附录2 设备及元器件清单 (16) 附录3 系统主程序图 (17) 致谢 (20)
便携式光照强度检测仪系统的设计 摘要:随着现代生活和生产对光照强度的要求越来越严格，因而便携式光照强度检测仪具有广泛的应用前景。便携式光照强度检测仪系统是以单片机STC89C52RC和光强传感器为技术核心，由单片机最小系统、电源模块、时钟模块、串行通信模块、WTV020语音模块、光强传感器模块、电源模块、显示模块组成。主要通过单片机对光强的转换来实现整个系统的工作。实验测试表明，基本上实现了便携式光照强度检测仪系统的整体功能，可显示当前光照并语音播报当前光照强度。 关键词：单片机STC89C52RC；TSL2561光强传感器；WTV020语音模块 Design of the Portable Light Intensity Detector System Abstract:With the development of modern life and production, the light intensity is required more and more stricter, so that the portable light intensity detector has the widespread application prospect.Portable light intensity detector system is taken the single chip microcomputer (SCM) STC89C52RC as the core, including the smallest SCM system, power module, clock module, serial communication module, WTV020 module, voice light sensor module, power module, display module.The whole system work is realized by mainly the conversion of light intensity with SCM. The experimental tests show that the whole function of the portable light intensity detector system is basically realized and is displayed the current light and voice broadcast the light intensity. Key words:SCM; STC89C52RC; Sensor TSL2561 Light Intensity; WTV020 Voice Module
环境噪音测试仪的设计
课 程 设 计 课程名称 测控电路 课题名称 环境噪音测试仪的设计 专 业 测控技术与仪器 班 级 1302 学 号 201301200204 姓 名 翟富祥 指导老师 黄峰、徐谦、余晓霏、李亚 2016年 6月20日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称环境噪音测试仪的设计 姓名翟富祥专业测控技术班级1302 学号04 指导老师黄峰 课程设计时间2016年6月20日-2016年6月26日（17周） 教研室意见意见：审核人： 一、任务及要求 1）设计一个噪音测试仪，量程为0~100dB（也可以选择其它量程），分辨率10dB； 2）采用LED数码管显示测量值，具有“保持（HOLD）”功能和“启动（START）”按键。 设计要求： 1）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。 2）进行系统的方案设计； 3）要绘制原理框图，绘制原理电路； 4）要有必要的计算及元件选择说明； 5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图； 6）写出课程设计报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。 7）答辩。 二、进度安排 周一：集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。 周二～周三：完成硬件电路设计 周四～周五：设计报告撰写。周五进行答辩和设计结果检查。 三、参考资料 1.测控电路（第2版），张国雄，机械工业出版社.2006。 2.模拟电子技术基础（第2版），童诗白，高等教育出版社.1988。 3. 传感器原理及应用（第2版），王化祥，天津大学出版社.1999。 4.中国传感器网站https://www.360docs.net/doc/a618329645.html,/
基于单片机的空气质量检测仪的设计与实现
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/a618329645.html, 基于单片机的空气质量检测仪的设计与实现作者：彭玲 来源：《科学与信息化》2017年第08期 摘要本文主要介绍了基于arduino单片机和夏普GP2Y1010AUOF粉尘传感器的空气质量PM2.5测量设计系统。该系统通过传感器多次采集空气粉尘浓度数据，把相应的模拟量传回单片机，系统通过模数转换、滤波算法，最后把检测到PM2.5浓度数值显示到OLED显示屏 上，如果检测值超过了污染指标，就发出警报提醒使用者，除此之外，还加入了温湿度和时间，增加了设备的实用性。该设计对检测空气质量，提高人们的生活质量以及环境意识，促使人们改善环境，具有重要的意义，因此应用前景非常广泛。 关键词单片机；传感器技术；滤波算法；PM2.5 引言 由种种环境空气污染带来的危害是人所皆知的，人们也越来越渴望有个空气干净的居住环境，每天都看不到雾霾天气，呼吸新鲜空气。对PM2.5进行更深入细致地研究，可以有助于 我们了解身边的空气质量。天气预告往往只能给出某一个地区的近期空气质量大体情况，带有不少的时间、地域局限性。因此设计出一款轻便、小巧的PM2.5、温湿度检测仪对我们实时了解身边空气质量具有重要的意义和市场价值。 2 总体设计 本设计将单片机与传感器相结合，开发和研究时采用模块化设计的方案，系统架构图如图1所示，实现集成温湿度、空气PM2.5监测为一体的环境质量检测系统。 3 硬件设计 3.1 MCU（微控制单元） 本设计采用Arduino uno R3核心板作为开发单片机，是Arduino USB接口系列的最新版，集成了USB接口贴片芯片ATmega16U2和ICSP在线串行编程接口。其MCU是使用ATMEGA328P-PU芯片，是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。另外最重要的是它分别集成了6个独立的ADC模拟输入口和6个PWM数字输出口，这极大地方便了传感器等设备在其身上的应用。 3.2 PM2.5粉尘传感器 本设计采用的是一款GP2Yl010AUOF光学空气质量传感器，其内部结构为对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使其能够探测到空气中尘埃反射光[1]。相对于同类产品
水位监测课 程 设 计
电子技术基础课程设计题目:水位检测器 姓名： 院系： 专业： 学号： 指导教师： 2015年1月6日
电路说明：本电路的功能是检测容器内的水位。把探头装在容器的底部、中部和顶部，通过导线与电路板连接，而3个LED灯分别代表不同的水位。最右侧的代表满，中间的代表一半的水位，最左侧的代表空。探头用用的是电路的接触通电的原理，然后用导线连接到电路板上的对应焊接孔上。 目录 一、电路的设计 1、电路设计功能和原理 2、介绍电路各个元件模块在整体电路中的工作原理 二、电路设计的要求 1、电路的制作过程 2、注意事项 三、总结 附录1、实物图展示 附录2、所用元器件清单 一、电路设计 （一）、功能 此次的数字电子技术课程设计，我们运用模电的知识制作水位检测器。水位检测器所具有的功能是：可以自动检测不同的水位，用不同的灯表示出来，如果外界水泵或电磁阀则可以做到自动加水和排水的功能，让水位维持在一定范围内。
原理： 工作电压：5V 继电器触点容量：3A/250V 液位控制器可实现以下两种功能：（功能1和2通过按键S1切换） 1. 三种颜色LED分别指示低（红色）、中（黄色）、高（绿色）水位，低水位时继电器吸合（外接水泵工作），开始加水，水位升高到高水位时继电器断开（水泵停止工作），待水位再次降到低水位时继电器再次吸合，上述过程循环。此功能应用在自动加水设备中，可让水位维持在低水位和高水位之间。 2. 三种颜色LED分别指示低（红色）、中（黄色）、高（绿色）水位，高水位时继电器吸合（外接电磁阀工作），开始排水，水位降到低水位时继电器断开（电磁阀停止工作），待水位再次升高到高水位时继电器再次吸合，上述过程循环。此功能应用在自动排水设备中，可让水位维持在低水位和高水位之间。 工作原理： 整个系统由振荡电路、LED指示电路、继电器驱动电路、基准电压、电源电路及传感器电路构成。 1.振荡电路：U1A及外围元个组成一个多谐振荡器，工作在放大比较 器状态。R1和R12对5V进行分压，R3为正反馈电阻，共同作为同相输入3脚的基准电压V+，反相输入端2脚V-取自R2、C1组成的积分电路C1两端。V+与V-进行比较决定输出SIG电压的高低，
智能环境监测系统的设计说明
智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment
摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and
水位水温检测系统的设计与制作
本科毕业论文(设计) 题目：水位水温检测系统的设计与制作 学院：物理与电子科学学院 班级： 姓名： 指导教师：卢玉和职称：教授 完成日期： 2014 年 5 月 25 日
水位水温检测系统 摘要：此系统的设计主要是采用了STC89C52这种单片机，还有其它设备如：单总线温度传感器DS18B20，三极管与少量的上拉电阻，串口与并口功能兼具的液晶示出器LCD12864，以及发声器等，要做出具有可以出示容器内水位水温的小型仪器。此系统包含硬件与软件两大部分，硬件部分又包含五小部分：单片机、DS18B20监测、三极管，上拉电阻装置、显示部分、发声提醒装置。这样的设计就能使那些需要具备这些功能的水容器有了可行的仪器，而这种仪器是简单耐用的，是容易移动的，是价格低廉的。 关键词：芯片STC89C52；传感器DS18B20；发声提醒器。
目录 1 绪论 ····························································································- 1 - 1.1 背景 ·······················································································- 1 - 1.2研究与发展前景 ········································································- 1 - 2 设计水位水温系统的目的与内容 ························································- 1 - 2.1 设计的目的 ··············································································- 1 - 2.2 设计的内容 ··············································································- 2 - 3 水位水温系统的硬件分析 ·································································- 2 - 4 硬件部分介绍 ················································································- 2 - 4.1主控芯片单片机 ········································································- 2 - 4.2DS18B20测温装置 ····································································- 4 - 4.3测水位装置 ··············································································- 6 - 4.412846测温装置·········································································- 6 - 4.5 发声装置 ·················································································- 7 - 5 硬件工作情况介绍 ··········································································- 7 - 6 软件部分介绍 ················································································- 8 - 6.1仿真电路 ·················································································- 8 - 6.2 软件程序 ·················································································- 9 - 6.3软件检测 ·················································································- 9 - 7 实物与功能检查 ··········································································· - 10 - 8 总结 ·························································································· - 11 - 参考文献 ······················································································· - 12 - The detection system of Water level and temperature ···································· - 13 - 致谢 ····························································································· - 14 -
基于89C51单片机的环境噪声测量仪
文章编号:1005-9490(2000)02-146-149 基于89C 51单片机的环境噪声测量仪 1 潘启勇,娄维鸿*,邬正义 (常熟高等专科学校物理系. 常熟, 215500) (*东南大学电子工程系. 南京, 210096) 摘要:介绍了一种用单片机构成环境噪声测量系统的设计方法。给出了相关硬件框图和软件流程图。 关键词:单片机;环境噪声;声压级;测量 中图分类法:TM 937.4 文献标识码:A 1 引 言 环境噪声监测,是人类提高生活质量,加强环境保护的一个重要环节,在各大城市的繁华街区和居民区,已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪,多为价格昂贵的进口专用设备,除卫生、计量等环保专业部门拥有外,无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89C 51单片机为核心,采用V /F 转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好,经校验定标后能满足一般民用需要,可广泛应用于工矿企业、机关、学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。 2 声压级的测量机理 人耳的听阈一般是20L Pa,痛阈一般是200Pa,其间相差107倍,这样宽广的声压范围很不易测量,而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此,声学中常用声压级L p 来反映声压的变化,将声压p 的声压级表示成 Lp =20lg(p /p 0) (dB)(附) 其中:基准量p 0为20L Pa 。当p =p 0时,L p =0dB,而当p =200Pa 时,L p =140dB 。 用声级计可以测量声压级,采用1kHz 纯音输入0.2s 到0.25s 或0.5s 以上,即可得到真实声压级或平均声压级。考虑到人耳对不同频率的响度感觉,在噪声测量中,常取40 phon 等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正,即用A 计权网络测得A 声级,写成dB (A)。附表给出倍频带中心频率与A 声级的校正量之间的关系: 附表 倍频中心频率与A 声级校正量对应表 倍频带中心频率/Hz 31.5631252505001k 2k 4k 8k 16k A 声级校正量/dB -39.4-26.2-16.1-8.6- 3.20 1.2 1.0- 1.1- 6.6第23卷第2期2000年6月 电 子 器 件Journal of Electron Devices Vol.23,No.2June.20001来稿日期:1999-12-27
家用环境监测系统的设计方案
家用环境监测系统的设计方案 第1章绪论 1.1 引言 随着现代社会的高速发展，对环境参数的测量监控涉及到工农业生产、国防建设、科学实验、人们生活等各个方面。所以对标准测量室环境要求越来越高，尤其在人们的日常家庭生活中。人们会需要一个适宜的温度，不是太冷也不是太热。同时，人们对室空气质量的要求更显重要。抽烟会使室烟雾弥漫，使用液化气也难免会有泄露，这些气体都是对人体有害的。因此，把握室的温度、湿度、空气质量的度，来进行妥善调节，从而避免由于这些环境因素的超标对人体造成的伤害就显得尤为重要。为了更好的对这些环境参数进行有效快速的测量，传统的人工控制已经不能满足要求。随着传感器技术的不断发展，单片机的应用不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。现代家庭环境监测中，对家庭环境的温湿度和有害气体浓度会有一定的要求，房主要随时能观看到房间里的温湿度。当温湿度超过或者低于一定的围的时候，人会感觉到不舒服，有害气体浓度超过一定的值的时候，会对人们的身体健康造成危害。这就需要对家庭环境进行监测，使家庭环境达到人们要求的围，从享受到到健康舒适的生活。采用51单片机来对这些参数进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，从而能大大提高人们的生活质量。本课题要求根据家庭要求的环境参数，设计一个家用环境监测系统，该系统应以单片机为核心，实现对家庭环境的实时监测。 1.1.1 家庭环境监测系统国外发展趋势 在过去，室的温湿度主要靠我们的身体感知来感受，对温度的高低没有确切的数