基于gprs的水库监测系统——水位信号采集及传输设计毕业论文(编辑修改稿)

基于gprs的水库监测系统——水位信号采集及传输设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，我们使用前必须预先了解清楚该探头的性能参数。 超声波传感器的主要性能指标包括： （ 1）工作频率。 工作频率就是压电晶片的共振频率。 当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （ 2）工作温度。 由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。 医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （ 3）灵敏度。 主要取决于制造晶片本身。 机电耦合系数大，灵敏度高。 超声波测距模 块如图 36 所示。 图 36 超声波测距模块 14 信息科学与技术学院学士学位论文 如图所示，这个模块有五个引脚，引脚的功能分别是，电源（ +5V），控制引脚，接收端，空引脚，接地引脚。 LCD1602 液晶显示器 为了显示方便，设计增加了显示器，相对价格来说，选择了这款比较熟悉的。 从功能上来说，它使用的是 +5V 的电压，是本设计中的使用电压，对比度可调，有复位电路，以及各种控制命令，等等好处。 LCD1602 引脚图如图 37 所示。 图 37 LCD1602 引脚图 引脚功能如下： 第 1 脚： VSS 为电源地 第 2 脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 15 信息科学与技术学院学士学位论文 小结 本章对所用到的主要的硬 件做了简单的介绍，包括 DS18B20 测量温度，只占用单片机的一个引脚，大大的简化了单片机的系统设计。 MAX232 的电平转换给需要+12V 的串口提供了足够的电压。 STC12C5A60S2 整个系统的心脏部分。 LCD1602提供了实时显示，并介绍了引脚的作用。 16 信息科学与技术学院学士学位论文 4 硬件设计与实现 电路规划说明 整个电路分为两个部分，超声波的电路和 MAX232 电路。 对于温度的电路部分不需要特意去准备。 因为 DS18B20 可以直接和主芯片相连。 对于超声波的电路设计，是通过接受的信号经过放大 后传进主芯片的。 MAX232 的电路是固定的，所以需要的是动手做。 电路原理图设计 电路图设计 原理图的设计是先在稿子上画好大体的模样，需要的零件，然后在 Protel上画。 对于资料的整理需要从网络或者图书里得到芯片的每个引脚的功能，便于连线，对需要用到的零件有一定的认识。 电路原理图如图 41 所示。 图 41 原理图 17 信息科学与技术学院学士学位论文 图中由于需要封装的原因以及部分零件库里面没有，有代替零件。 PCB 图设计 PCB 电路图设计方法 （ 1）原理图画好和将每个元件的封装添加好（确保填入的 PCB 封装与原理图中元件可对应） （ 2）做 ERC 校 验 （ 3）生成网络表。 （ 4）在 PCB 设计界面中装入此网络表。 设定好板层。 （ 5）元件布局 （ 6）连线 （ 7）规则检查 [9]。 PCB 图 PCB 图如图 42 所示。 图 42 PCB 图 18 信息科学与技术学院学士学位论文 感光法制作电路板 （ 1） 准备 PCB 图 : 注意其大小，最在用 Protel 画图的时候将栅格的大小调整。 （ 2）打印 : 用激光打印机将 PCB 图打印到菲林纸上。 在打印之前要设置打印选项，因为我的图是在底层的，所以要选择打印底层并选择打印孔、不需要镜像。 （ 3） 裁板 : 因为在实验室里使用的感光板是 15cm 10cm大小的，而我的板子是。 所以需要将感光板裁成合适大小，避免浪费。 我用的是电钻来裁剪感光板，同时选用直径为 毫米的铣刀作为电钻的钻头。 （ 4）曝光 : 将打印有电路图的菲林纸铺在撕去了保护膜的感光板上（注意将菲林纸有墨的一面种感光板贴紧），将铺好菲林纸的感光板放在两块玻璃板中间，用夹子夹好固定，将夹好的玻璃板放于日光灯下曝光（注意将有菲林一面朝上）。 根据经验，在夏天，用日光灯曝光时间约为 8 到 9 分钟，冬天可长 1 到 3 分钟，不过同时要根据室外的光线来调整曝光时间，最好不要晚上做板子，除非你有曝光机。 曝光图如图 43 所示。 图 43 曝光 19 信息科学与技术学院学士学位论文 （ 5） 显影 : 将显影剂（烧碱）与水按 1： 20 的比例配置好，如果实在是没有测量工具的话可以先在容器倒入一矿泉水瓶的三分之一水量，然后放入约为小手指大小的显影剂，混合均匀后，放入一小块的感光板实验一下，之后根据它的反应来调整显影剂的浓度。 然后将曝光好的板子放入其中显像，并微微晃动让板子表面的显影液均匀流动。 显影剂配置的好的话，只要几分钟就能看到最终效果：除线路和焊盘上一层绿色的感光膜外，其他地方均为 裸露的红色铜。 显影图如图 44 所示。 图 44 显影 （ 6） 蚀刻 : 将三氯化铁按与水的比例为 4： 6 配置好，将显影好的板子放入装有三氯化铁溶液的塑料盆中（不要用金属盆，特别是铜的），蚀刻电路板，在蚀刻的同时，如果给溶液加热的保持温度在 5060 度之间，温度越高蚀刻速度越快。 最终效果 是 除有线路的地方有感光膜覆盖铜线外，其他地方的铜均已被腐蚀掉，剩下绝缘的基板，这样电路板就算是做好了。 （在这个过程中，可能无法很好的掌握好比例，可以通过调节水温的方法实现）。 蚀刻图如图 45 所示。 20 信息科学与技术学院学士学位论文 图 45 蚀刻 （ 7） 去膜：将蚀刻好的电路板，再次放入显影液溶液中，去掉线路上的感光膜，这个显影液的浓度没有什么要求。 最终效果是板上只剩下需要的线路，且线路上没有感光膜，均为红色的铜线。 （ 8）钻孔：用电钻对零件孔或需要钻孔的地方进行钻孔，选用 的钻头。 钻孔图如图 46 所示。 图 46 钻孔 手工焊接技术 （ 1） 焊接的工具 21 信息科学与技术学院学士学位论文 焊接所用的工具为电烙铁，电烙铁有内热式和外热式两种，电子制作中以 20－40W 的内热式烙铁为宜，焊台是比电烙铁更为优越的焊接工具。 不同用途所使用的烙铁类型也不同，从烙铁头就可以分为很多种 ，一般使用的是尖锥式密集焊点的烙铁。 暂时不用的电烙铁要放在烙铁架上，新的烙铁也不能拿来就用，需要先给烙铁镀上一层焊锡才能使用。 （ 2） 锡焊前的预制工作 先用砂纸或利器将焊件表面的氧化物及污垢处理干净，使焊件露出金色光泽，然后用预热好的烙铁头沾上锡，在焊件表面均匀地涂上一层锡，良好的镀层应该均匀发亮，无颗粒和表面凹凸现象。 （ 3） 手工焊接的五步操作法 A 准备施焊：一手拿电烙铁，一手拿焊锡丝。 电烙铁有握笔式和拳握法。 B 加热焊接点：将烙铁边侧放置于焊件与焊盘形成的直角处，使焊接升温。 C 送入焊 锡丝：及时将焊锡丝放置到电烙铁焊接处的对面，接触焊件。 D 移开焊锡丝：落在焊点上的焊料适量后，迅速移开焊锡丝。 E 移开电烙铁：当焊点上的焊料接近饱满，充分浸润在焊盘和焊件之间，在焊锡最光亮，流动性最强时，及时迅速地移开电烙铁，移开的时候往上稍稍提拉（完全焊接过程所用的时间大约 3－ 5 秒）。 （ 4） 焊接技术要点 ① 注意焊接时机。 最好的焊接时间是在做完了电路板之后就立即焊接，防止电路板放置时间过长被氧化，所以电路板打好孔之后中马上就进行焊接。 ② 注意拿板方式。 不要用手直接接触电路板的铜线电路，防 止手上的污渍沾上电路板，导致元件焊接不上。 正确的方式应该是使用手指同时拿板的边缘处。 ③ 注意焊接顺序。 焊接顺序为先焊接元件高度低的，后焊接元件高度高的，比如飞线就应该最先焊。 部分元件，如 DIP 封装的底座、 IDC 封装的插针，最好是装上元件之后，再进行焊接，防止底座因受热变形，影响焊接过程。 ④ 注意焊接过程中元件高度调整。 元件焊接完后，应该是紧靠在板上的，防止之后意外受力，导致反面焊接处的铜皮翘起断裂，所以，在焊接两个引脚的元件的 22 信息科学与技术学院学士学位论文 时候，应先焊一边的管脚，压紧后再焊另一边的管脚；焊接多个引脚的元件的时候，先对 角焊好，调整后再焊其他的引脚。 电路板成品图 下图为修改前的成品图如图 47 所示。 图 47 成品图 小结 对于硬件的做法，只为这个实验，而去准备，而不是批量化的生产，是比较麻烦的。 在制作的过程中因为无法正确的掌握药品的用量，所以开始很担心，但是后来在做的过程中，认为升高温度应该也是可以的，就用了升高温度，结果是肯定的。 对于其他步骤，在做的过程中才能感悟到，实践很简单，就是照做就行，也有点难， 23 信息科学与技术学院学士学位论文 因为细节很难把握。 24 信息科学与技术学院学士学位论文 5 程序设计 程序 整体规划说明 程序是单片机内使用的程序，通过 Keil 来调试，再通过 ISPLAY 写入单片机。 在程序内部，首先是对单片机的初始化， DS18B20 初始化，串口置位，超声波置位。 然后对温度的测量，在得到温度的同时超声波测量时间差，并和温度进行运算得到距离值。 在通过串口传送出去， LCD 是实时负责显示的部分。 在本章中列出了一些重要的程序段，但详细程序见附录一。 DS18B20 温度传感器程序 对于本程序单片机访问 DS18B20 需要经过以下几个步骤 ,DS18B20 程序流程图如图 51 所示。 图 51 DS18B20 程序流程图 说明如下。 （ 1） DS18B20 复位。 25 信息科学与技术学院学士学位论文 （ 2）写入跳过 ROM 的字节，即 0xcc。 （ 3）写入开始转换的功能命令， 0x44。 （ 4） DS18B20 再次复位。 （ 5）再次写入跳过 ROM 的字节，即 0xcc。 （ 6）写入暂存的功能命令， 0xbe。 （ 7）读入结果的低八位。 （ 8）读入结果的高八位 [10]。 其中读出数据部分程序为： void TemperatuerResult(void) { unsigned char i,temp_buff[2],crc_data=0。 while(Init_DS18B20())。 WriteOneChar(0xcc)。 WriteOneChar(0x44)。 delay_ds18b20(50000)。 while(Init_DS18B20())。 WriteOneChar(0xcc)。 WriteOneChar(0xbe)。 for(i=0。 i2。 i++) { temp_buff[i] = ReadOneChar()。 } tpmsb=temp_buff[1]。 //读入温度数据高字节 tplsb=temp_buff[0]。 //读入温度数据低字节 } 26 信息科学与技术学院学士学位论文 超声波测距程序说明 超声波程序主要是对电平的控制，对单片机里的时钟周期进行计数，就是对发射和接受所花费的时间进行计数。 然后得到时间差，再用这个时间差和温度值进行计算就可以得到所需要的比较准确的距离值。 超声波程序图如图 52 所示。 图 52 超声波程序图 如图，单片机向探头 T 发送一个脉冲，超声波遇到障碍物时返回这 个脉冲，然后和 DS18B20 所取得的温度一起计算，可得到距离。 计算公式为距离 s=（发送脉冲时间 得到信号时间） *超声波速度 /2；超声波速度 v=+*温度值。 其中超声波程序读取数据部分程序为： while(1) //检测到高电平时定时器 0 开始计时 { if(ECHO==1) { TH0 = 0。 TL0 = 0。 TR0 = 1。 break。 } if(TH0amp。 0x80) { flag = 1。 27 信息科学与技术学院学士。