降雨量及水库水位报警系统设计（硬件部分）
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及发展现状 1
1.2 课题研究的意义及作用 2
1.3 主要研究的内容 2
2 方案设计 3
2.1 设计目标 3
2.2 系统设计的总体方案 3
3 硬件电路 4
3.1 传感器模块 4
3.1.1 雨量传感器 4
3.1.2 水位传感器 5
3.2 中央处理器模块 6
3.2.1 STC89C52单片机 6
3.2.2 复位电路 9
3.2.3 晶体振荡器 10
3.3 按键模块 11
3.4 显示模块 12
3.5 报警电路模块 14
3.6 通信模块 15
4 系统焊接与调试 15
4.1 焊接 15
4.2 调试 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录 硬件总设计图 20
1 绪论
1.1 课题研究的背景及发展现状
我们的生活和工作都缺少不了水，水资源在社会中扮演的角色变得越来越重要了。我国有着较多的水库与湖泊，淡水总量虽然较多，但是我国人口基数比较大，所以仍然有着不小的缺口。同时，我国的水资源分布的不太平均，我国北方地区水资源都较少，南方相对来说比较多，但总体而言，仍然缺水[1]。所以水资源的紧缺已经变成了中国前进 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
道路上的一个重大的障碍。我国水资源的总量不会产生大的变化，所以我们需要对其进行合理的分配，这样才能解决水资源紧缺的这个难题。
如今，很多地方测量降雨量与水位仍然使用人工测量的方式。这种方式会威胁到工作人员的安全，同时监测到的信息误差较大，并且很难保证实时性。所以我们要使用科学手段来监测降雨量与水位的信息。这样才能更准确的了解各地的水资源储备情况，能根据各地的实际情况，做出合理的管理与调度。
随着我国经济水平的快速提高，我们的水文监测系统也得到了更新，功能越来越强大。水文监测系统的发展主要分为三个阶段，分别为初期阶段、发展阶段和网络化阶段。初期阶段是1975年到1985年，大概十余年的时间。发展阶段是1985年后的十余年，这段时间为发展阶段。网络化阶段是九十年代后期，由于这段时间我国的经济发展迅猛，网络技术也的到了迅速的发展。同时也是为了响应国家数据化和网络化的要求，我们的水文监测就顺理成章的进入了网络化阶段。
现在，社会在不断的进步，以前的水文信息已经无法满足当代的要求。所以需要不断加入新的水文信息，同时也需要更新测量的方式来提高精确度，这样才能满足当今社会的要求。随着我国经济水平的迅速发展，各种高科技技术都得到了提高，为水文监测技术的提高提供了很大的便利。这也使得部分地区把无线通讯技术加入到水文监测系统中，使水文监测系统的自动化功能得到了提高。水文监测系统从初期阶段到网络化阶段虽然经过了三十多年的历程，有了相当大的提高，但还是没有到达较高的水平。从整体来看，我国很多地方还没有得到合理的安排和建设。我们的水文监测体系与发达国家比较仍然有着不小的距离。其数据的获取与传输手段、系统获取信息的及时性、精度等都相对较差。而当今社会对精度、实时性等有着较高的要求，所以我们的水文监测系统无法满足要求。
1.2 课题研究的意义及作用
水文监测中水库水位和降雨量的测量是其中的一项重要内容。精确度高、实时性好且经济可靠的降雨量与水位测量系统能及时预警，从而保障人们的生命财产安全。水库安全、水利调度、蓄水、泄洪等方面的重要参数中都有降雨量与水位的数据。所以精确度高、实时性好的降雨量与水位测量系统可以为建设满足现代化要求的水库做出良好的理论指导。现实生活中很多地方都需要测量降雨量和水位，但是有时可能无法抽出人员去现场或者由于各种因素无法接近现场，这时我们只需要在降雨量与水位系统中加入无线传输模块。这样就能通过远程监控在较远的地方进行监控，省时又省力。生活中虽然很多地方需要对降雨量和水位进行测量，但由于实际情况不同，导致需要测量的降雨量和水位参数的精确度、监测方式、位置等有着不同的要求，使得需要制造各种不同的监测降雨量和水位的系统来应对各种场合。这样就会使降雨量与水位监测系统品种多、通用性差，会增加这些系统的后期维护费用。所以，利用单片机技术，研发一款经济适用、精确度高、通用性好的降雨量和水位的监测系统有着重要的意义。
本设计是按照水库水位和降雨量测量在实际生活中的需求设计的。设计的系统拥有降雨量和水位的测量、处理、显示、上传等功能，能够对24小时内观测点的降雨量及水库水位进行监测，适时反映，给出相应的预警信号，并将适时信息及报警信息及时通过无线方式传送到指挥部。本设计中选取了较为常见的传感器以及较为简介的软件编程，使的安装与后期维护的费用大大降低，节省了人力物力。
1.3 主要研究的内容
本文第一部分主要叙述了水资源的重要性以及测量方式发展的历程。同时也阐述了设计一款通用性好，经济适用的测量降雨量与水位的单片机系统的重要性。
第二部分主要叙述了整体的设计方案，简单介绍了系统各部分的原理。
第三部分主要具体叙述了各个模块的主要功能以及各模块与单片机的连接。
第四部分是调试部分，主要叙述了焊接与调试的相关问题。
最后部分是总结与感谢，是对本次设计的总结，同时也指出了本文的不足之处以及对对我提供帮助的人的感谢。
2 方案设计
2.1 设计目标
本文主要描述了STC89C52作为控制系统的降雨量与水位监测系统。设计要求是能够对24小时内观测点的降雨量及水库水位进行监测，适时反映，给出相应的预警信号，并将适时信息及报警信息及时通过无线方式传送到指挥部。设计的整体方案是将采集到的降雨量与水位数据通过单片机进行处理，然后反映在显示屏上，并通过无线方式传送到指挥部。
2.2 系统设计的总体方案
设计的总体框架图如下图1所示。硬件部分由单片机、雨量传感器、液位传感器、按键电路、显示模块、报警电路、通信模块等组成。
图1 整体框架图
降雨量部分主要由霍尔流量传感器构成。它主要是由磁转子、霍尔元件、涡轮开关等构成的。当水流经过涡轮开关时使磁转子转动，然后在磁转子贴近霍尔元件时电路接通，远离时电路断开，这样就产生了脉冲信号。水位部分主要由水位传感器构成。它主要是一个不锈钢的双浮球液位开关，液位上升或下降时都会带着磁浮子一起上升或下降，当磁浮子上升或下降到与不锈钢钢管内的干簧管同一位置时，干簧管就会做出反应（即导通或关断）。按键部分主要有4个按键，他们的功能分别为“选择”“加”“减”“显示1小时内的降雨量”。显示模块用的是LCD1602，它的主要功能是将获取到的降雨量与水位的数据经过单片机处理后由液晶屏显示出来。报警电路主要通过蜂鸣器来实现，当获取到的降雨量与水位的数据超过限定值后，蜂鸣器会报警。通信芯片是系统与上位机的通信枢纽，它的主要功能是将数据发送给上位机。
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及发展现状 1
1.2 课题研究的意义及作用 2
1.3 主要研究的内容 2
2 方案设计 3
2.1 设计目标 3
2.2 系统设计的总体方案 3
3 硬件电路 4
3.1 传感器模块 4
3.1.1 雨量传感器 4
3.1.2 水位传感器 5
3.2 中央处理器模块 6
3.2.1 STC89C52单片机 6
3.2.2 复位电路 9
3.2.3 晶体振荡器 10
3.3 按键模块 11
3.4 显示模块 12
3.5 报警电路模块 14
3.6 通信模块 15
4 系统焊接与调试 15
4.1 焊接 15
4.2 调试 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录 硬件总设计图 20
1 绪论
1.1 课题研究的背景及发展现状
我们的生活和工作都缺少不了水，水资源在社会中扮演的角色变得越来越重要了。我国有着较多的水库与湖泊，淡水总量虽然较多，但是我国人口基数比较大，所以仍然有着不小的缺口。同时，我国的水资源分布的不太平均，我国北方地区水资源都较少，南方相对来说比较多，但总体而言，仍然缺水[1]。所以水资源的紧缺已经变成了中国前进 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
道路上的一个重大的障碍。我国水资源的总量不会产生大的变化，所以我们需要对其进行合理的分配，这样才能解决水资源紧缺的这个难题。
如今，很多地方测量降雨量与水位仍然使用人工测量的方式。这种方式会威胁到工作人员的安全，同时监测到的信息误差较大，并且很难保证实时性。所以我们要使用科学手段来监测降雨量与水位的信息。这样才能更准确的了解各地的水资源储备情况，能根据各地的实际情况，做出合理的管理与调度。
随着我国经济水平的快速提高，我们的水文监测系统也得到了更新，功能越来越强大。水文监测系统的发展主要分为三个阶段，分别为初期阶段、发展阶段和网络化阶段。初期阶段是1975年到1985年，大概十余年的时间。发展阶段是1985年后的十余年，这段时间为发展阶段。网络化阶段是九十年代后期，由于这段时间我国的经济发展迅猛，网络技术也的到了迅速的发展。同时也是为了响应国家数据化和网络化的要求，我们的水文监测就顺理成章的进入了网络化阶段。
现在，社会在不断的进步，以前的水文信息已经无法满足当代的要求。所以需要不断加入新的水文信息，同时也需要更新测量的方式来提高精确度，这样才能满足当今社会的要求。随着我国经济水平的迅速发展，各种高科技技术都得到了提高，为水文监测技术的提高提供了很大的便利。这也使得部分地区把无线通讯技术加入到水文监测系统中，使水文监测系统的自动化功能得到了提高。水文监测系统从初期阶段到网络化阶段虽然经过了三十多年的历程，有了相当大的提高，但还是没有到达较高的水平。从整体来看，我国很多地方还没有得到合理的安排和建设。我们的水文监测体系与发达国家比较仍然有着不小的距离。其数据的获取与传输手段、系统获取信息的及时性、精度等都相对较差。而当今社会对精度、实时性等有着较高的要求，所以我们的水文监测系统无法满足要求。
1.2 课题研究的意义及作用
水文监测中水库水位和降雨量的测量是其中的一项重要内容。精确度高、实时性好且经济可靠的降雨量与水位测量系统能及时预警，从而保障人们的生命财产安全。水库安全、水利调度、蓄水、泄洪等方面的重要参数中都有降雨量与水位的数据。所以精确度高、实时性好的降雨量与水位测量系统可以为建设满足现代化要求的水库做出良好的理论指导。现实生活中很多地方都需要测量降雨量和水位，但是有时可能无法抽出人员去现场或者由于各种因素无法接近现场，这时我们只需要在降雨量与水位系统中加入无线传输模块。这样就能通过远程监控在较远的地方进行监控，省时又省力。生活中虽然很多地方需要对降雨量和水位进行测量，但由于实际情况不同，导致需要测量的降雨量和水位参数的精确度、监测方式、位置等有着不同的要求，使得需要制造各种不同的监测降雨量和水位的系统来应对各种场合。这样就会使降雨量与水位监测系统品种多、通用性差，会增加这些系统的后期维护费用。所以，利用单片机技术，研发一款经济适用、精确度高、通用性好的降雨量和水位的监测系统有着重要的意义。
本设计是按照水库水位和降雨量测量在实际生活中的需求设计的。设计的系统拥有降雨量和水位的测量、处理、显示、上传等功能，能够对24小时内观测点的降雨量及水库水位进行监测，适时反映，给出相应的预警信号，并将适时信息及报警信息及时通过无线方式传送到指挥部。本设计中选取了较为常见的传感器以及较为简介的软件编程，使的安装与后期维护的费用大大降低，节省了人力物力。
1.3 主要研究的内容
本文第一部分主要叙述了水资源的重要性以及测量方式发展的历程。同时也阐述了设计一款通用性好，经济适用的测量降雨量与水位的单片机系统的重要性。
第二部分主要叙述了整体的设计方案，简单介绍了系统各部分的原理。
第三部分主要具体叙述了各个模块的主要功能以及各模块与单片机的连接。
第四部分是调试部分，主要叙述了焊接与调试的相关问题。
最后部分是总结与感谢，是对本次设计的总结，同时也指出了本文的不足之处以及对对我提供帮助的人的感谢。
2 方案设计
2.1 设计目标
本文主要描述了STC89C52作为控制系统的降雨量与水位监测系统。设计要求是能够对24小时内观测点的降雨量及水库水位进行监测，适时反映，给出相应的预警信号，并将适时信息及报警信息及时通过无线方式传送到指挥部。设计的整体方案是将采集到的降雨量与水位数据通过单片机进行处理，然后反映在显示屏上，并通过无线方式传送到指挥部。
2.2 系统设计的总体方案
设计的总体框架图如下图1所示。硬件部分由单片机、雨量传感器、液位传感器、按键电路、显示模块、报警电路、通信模块等组成。
图1 整体框架图
降雨量部分主要由霍尔流量传感器构成。它主要是由磁转子、霍尔元件、涡轮开关等构成的。当水流经过涡轮开关时使磁转子转动，然后在磁转子贴近霍尔元件时电路接通，远离时电路断开，这样就产生了脉冲信号。水位部分主要由水位传感器构成。它主要是一个不锈钢的双浮球液位开关，液位上升或下降时都会带着磁浮子一起上升或下降，当磁浮子上升或下降到与不锈钢钢管内的干簧管同一位置时，干簧管就会做出反应（即导通或关断）。按键部分主要有4个按键，他们的功能分别为“选择”“加”“减”“显示1小时内的降雨量”。显示模块用的是LCD1602，它的主要功能是将获取到的降雨量与水位的数据经过单片机处理后由液晶屏显示出来。报警电路主要通过蜂鸣器来实现，当获取到的降雨量与水位的数据超过限定值后，蜂鸣器会报警。通信芯片是系统与上位机的通信枢纽，它的主要功能是将数据发送给上位机。
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