水塔水位水温监测系统的设计

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1、水塔水位水温监测系统的设计【摘要】论文借助超声波模块与温度传感器模块，采用单片机微处理控制器，设计了一套水塔水位水温检测系统，并给出了详细的设计过程。该方案识别精度高、成本低廉、结构简单、可靠性高、维护方便、扩展性强，在实际生产生活中具有一定的实用意义和市场应用价值。中国4/vie　　【Abstract】Inthispaper，odule，thetemperaturesensormoduleandMCUmicroprocessorcontroller，itdesignedasetofperaturedetectionsystemfortheehastheadvanta

2、gesofhighaccuracy，loplestructure，highreliability，convenientmaintenanceandstrongexpansibility.Ithascertainpracticalsignificanceandmarketapplicationvalueinpracticalproductionandlife.　　【�P键词】超声波；单片机控制；水塔监测　　【Keyonitoring　　【中图分类号】TN216【文献标志码】A【】1673-1069（2017）04-0129-02　　1引言　　在日常生活和工农业生产过程中

3、，经常需要对水塔水位和水温进行监控。传统的水塔水位大部分采用浮球水位控制器，一般分为管式浮球与缆浮球。管式浮球适合清水及粘度不大的液体；缆浮球适合污水。浮球水位控制器优点是价格适中，缺点是属于开关量控制，无法给出实际水位。并且管式浮球容易卡滞，缆浮球容易缠绕，所有浮球都有触点接触不良现象，其后果是容易造成系统失控，调整控制点很不方便。另外，水塔的水温检测系统也一般是独立的系统，并不能与水位系统整合在一起，实际使用中比较不方便[1]。　　基于这一现状，笔者设计了一款基于超声波和温度传感器的水塔水位水温监控系统。该系统依靠超声波的回声来测量水塔液位高度，其最大检测高度可达

4、6m；温度传感器采用DS18B20，测温范围-55℃～+125℃。该传感器参数足以应用于水塔的水位水温监控。　　2系统方案设计　　整个系统由HC-SR04超声波模块、DS18B20温度模块、显示模块、报警模块、单片机最小系统、电源管理模块、RS485总线模块等组成。系统以单片机为核心，读取DS18B20温度模块温度数据和超声波模块数据，通过RS485总线与上位机进行数据交换。系统总体框架图如图1所示。　　3硬件设计　　3.1单片机最小系统　　在此次设计中，由于系统的处理任务比较少，因此采用传统的51单片机作为核心微控制器。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个

5、计算机系统集成到一个芯片上。单片机的使用领域十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等[2]。　　3.2电源管理模块　　电源管理模块是这个系统的能量来源，在此次设计中，采用5V直流电为超声波模块、单片机最小系统、温度检测模块、RS485总线模块、显示模块、报警模块等供电。　　3.3超声波模块　　利用超声波指向性强，在介质中传播的距离较远的特点，广泛应用于物体距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求[3]。超声波测量水位的原理是：超声波模块放置在水塔顶端，通过超声波发射装置向水塔

6、水面间隔一定的时间发射超声波，同时单片机打开定时器，超声波在空气中传播，途中碰到水面就立即返回来，一旦接收到返回的超声波，单片机马上关闭定时器，并读取定时器寄存器的数据，通过简单的运算计算出超声波发射到接收的时间差t，超声波在空气中的传播速度340m/s，就可以知道计算出超声波发射点距水面的距离s，即s=340×t/2，然后在设计之初先设置好超声波到水塔底的距离h1，通过单片机减法运算后即可以得出水位高度h2=h1-s。　　3.4温度检测模块　　DS18B20是常用的温度传感器，单总线通信方式，具有成本低、体积小、硬件电路简单、抗干扰能力强、精度高、测温范围广、误差小

7、的特点，广泛应用于生活和工业测温领域[4]。　　3.5RS485总线模块　　RS485采用差分信号负逻辑，最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输速率与传输距离成反比，是目前工业应用的比较常用的一种串行总线。RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。在此次设计中，该系统为从机模式，可以与上位机（主机）进行数据交换。　　3.6显示与报警模块　　系统采用OLED显示屏，与单片