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基于单片机的地下水监测系统研究.doc

嫒倪媍是措
2018-10-01 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于单片机的地下水监测系统研究.docdoc》,可适用于综合领域

基于单片机的地下水监测系统研究doc河北农业大学硕士学位论文基于单片机的地下水监测系统研究姓名:陈莉申请学位级别:硕士专业:农业机械化工程指导教师:钱东平摘要水资源是人类社会的宝贵财富在生活、工农业生产中是不可缺少的。随着世界人口的增长及工农业生产的发展需水量也在日益增长(水已经变得比以往任何时候都要珍贵。但是由于人类的生产和生活导致水体的污染水质恶化使有限的水资源更加紧张。因此为保护有限的水资源进行地下水监测是必要的。本文详细阐述了多参数地下水监测系统的研究方案、组成结构及其特点。整个采集系统完成对地下水的水位、水温、电导率等参数的测量而且在需要时可适当扩充被测量的地下水参数。系统使用相应的传感器将地下水参数由物理量转换为电信号。这些电信号经过各自的前置放大电路进行一级放大信号变为合适的幅度。然后经前置放大电路处理过的信号经过滤波电路以消除其它频率的干扰信号并进行二级放大处理送入A,D转换器进行A,D转换。转换后的数字信号被送入微处理器微处理器采用ATC单片机使系统智能化。特有的数据存储功能使仪器掉电后数据不丢失并且可以查询历史数据。铡量电路的一级放大采用AD测量放大器AD是具有低温漂、低价格、低功耗、高精度的仪器仪表用放大器尺寸小、功耗低特别适合于电池供电、便携式应用场合。使用多路模拟开关MAX使系统对前置放大后的多路信号进行分时处理。^,D转换器选用美国AD公司生产的Σ一型高精度模拟数字转换器AD它直接从二级放大器接收电平信号并输出串行数字信号。为记录测量的时间需要实时时钟本系统采用DSl芯片。在单片机智能测控系统的设计中断电数据保存功能、看门狗功能、上电掉电复位功能、电源电压监控功能等对系统是非常重要的(美国Xicro公司生产的X芯片集上述功能于一身这种组合大大简化了硬件设计。提高了系统的可靠性减少了对印制电路板的空间要求降低了成本和系统功耗。本系统在ATC的控制下进行报警、显示、打印等各种数据处理。下位机是在单片微型机控制下的智能仪器具有省电、体积小、造价低、工作可靠的优点。本仪器是一套适合野外现场使用的、携带方便的地下水监铡系统。关键字地下水监测多路数据采集单片机传感器StudyOiltheGroundwaterMonitoringBasedOntheSCMAuthor(ChenLiSupervisor(Qi衄tollgpingMajor:(Agric)DSl功能介绍为记录测量的时间需要实时时钟。本系统采用DSl芯片。DSl是美国Dallas公司生产的高性能低功耗时钟芯片包括实对对钟,日历和l字节的静态RAM。可实时的对秒、分(时、日、周、月以及闰年进行计数处理。内部有个字节的高速RAM可通过外部可充电电池加电长期保存数据并能慢速为电池充电。通过简单的线串行方式接口能在(,(V电源下可靠工作在(V时耗电小于hA。在主电源关闭的情况下能保持时钟的连续运行。DSl经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于l天的月月末的日期自动进行调整。实时时钟日历还包括了闰年矫正功能。时钟的运行可以采用小时或带AM,PM的小时格式使用同步串行通信。与时钟,RAM通信仅需根线:RST(复位)、vo(数据线)和SCLK(串行时钟)。数据可以每次以一个字节或多达l字节的多字节的形式传送至时钟,RAM或从其中送出。DSl被设计成能在非常低的功耗下工作消耗小于luW的功率便能保存数据和时钟信息(DSl采用DIP或SOIC脚封装其引脚功能如下表:基于单片机的地下水监测系统研究衰D$引脚功能T曲lcPinfunctionofDSl()DSl的控制字及寄存嚣控制字节控制字节格式如下:控制字节的最高有效位(位)必须是逻辑l如果它为则不能把数据写人到DSl中位如果为则表示存取日历时钟数据为表示存取RAM数据:位至位l指示操作单元的地址:最低有效位(位o)如为表示要进行写操作为表示进行读操作控制字节总是从最低位开始输出。)DSl的寄存器DSl共有个寄存器其中有个寄存器与日历、时钟相关存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表。此外DSl还有控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。唧l时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DSl与RAM相关的寄存器分为两类一类是单个RAM单元共个每个单元组态为一个位的字节其命令控制字为COH(F'DH其中奇数为读操作偶数为写操作:另一类为突发方式下的RAM寄存器此方式下可一次性读写所有的RAM的个字节命令控制字为FEH(写)FFH(读)。河北农业大学硕士学位(毕业)论文裹S的日历、时钟寄存磊及其控嗣字Tablec日dd吒dk黜gi灯dcontrolwordoftheDSl当Vcc高于VccI时由Vcc供电当Vcc低于Vocl(V时由备用电池供电。充电寄存器控制着DSl的涓流充电特性。寄存器的位,决定是否具备充电性能:仅在lO编码的条件下才具备充电性能其它编码组合不允许充电(位和选择在Vcc和Vccl之问是一个还是二个二极管串入其中。如果编码是l选择一个二极管如果编码是lO选择二个其它编码将不允许充电。该寄存器的位和l用于选择与二极管相串联的电阻值其中编码为klO为k。ll为k而将不允许进行充电。()DSl接口电路DSl与单片机的接口电路如图示DSl与单片机的连接仅需三条线将RST、SCLK、I,o分别与单片机的P(、P(、P(相连用单片机的通用I,O口线模拟C通信(此外本系统采用(V的可充电锂电池作为备用电源工作的时候由Vcc向备用电池涓流充电。田DSl与AT船的接口电路Fig(InterfacecircuitbetwetllDSlandATC基于单片机的地下水监测系统研究((看门狗电路设计()X功能介绍在单片机智能测控系统的设计中断电数据保存功能、看门狗功能、上电掉电复位功能、电源电压监控功能等对系统是非常重要的。美国Xiero公司生产的X芯片集上述功能于一身这种组合大大简化了硬件设计提高了系统的可靠性减少了对印制电路板的空间要求降低了成本和系统功耗。本系统采用x芯片实现看门狗、电压监视、存储电路。看门狗定时器为单片机提供了独立的保护系统。当系统故障时在可选的超时周期之后X看门狗将以RFSET信号做出响应。用户可从三个预设置的值中选择此周期。一旦选定即使在电源周期变化之后此周期也不改变。忡”利用X低Vee检测电路可以保护系统使之免受低电压状况的影响。当Vex降到最小Vee转换点以下时(系统复位复位一直确保到Vce返回且稳定为止。X的存储器部分是CMOS的位串行EEPROM它在内部按×来组织(X的特点是具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口(SedalPerphcralInterface(SPrJ和软件协议。X采用脚DIP和SIOC封装其引脚功能如表。表x引脚功能T曲lcBPinfunctionofX()指令和寄存器)指令对X的操作是通过执行条指令(表)实现的。指令码通过sI引脚送入X的位指令寄存器指令码由SCK的上升沿锁存到指令寄存器此时CS必须为“”且wP为。l”。指令码(地址数据都以最高位在前的方式传送读写指令的位包含了高地址位A。I河北农业大学硕士学位(毕业)论文襄X指令衰TableRepemireofX)写使能锁存器旧JX包含一个写使能锁存器在对状态寄存器、EEPROM写操作之前必须用w砒N指令设置写使能锁存器否则不允许写操作。WRDI指令能复位写使能锁存器。在上电情况下和写操作完成之后写使能锁存器也自动复位。另外若WP变为“”写使能锁存器也被复位。一旦写使能锁存器被复位就禁止写操作。这些都是保护EEPIM内数据的措施。)状态寄存器X内部的状态寄存器格式如下:W口位表示x是否忙于向EEPRoM写数据。该位是只读位(W口为表示没有写操作在进行可向EEPROM写数据WIP为I时表示正在进行写操作此时不能向EEPROM写数据(WEL位表示。写使能”锁存器的状态。当设置为”l”时锁存器置位当设置为。”时锁存器复位。WEL位是只读的它由WREN指令置位由WRDI指令或成功地完成了写周期后复位(WRSR指令可以对状态寄存器中非易失性位BLIBLWDIWD进行设置。BLI和BL位确定EPROM的块保护地址范围(当位位为“oo”时表示无块保护(可读可写):当位位为“Ol”时表示被保护的范围为H,lFFH(可读不可写):当位位为“lO“时。表示被保护的范围为H,l硎当位位为。“时表示被保护的范围为H,IFFH(WDI和WD位是看门狗定时器超时选择的设定位。当位位为“ll”时禁止看门狗工作当位位分别为“”、“Ol“、。”时看门狗超时周期分别为IAs、ms、ms。()X与单片机的接口电路【叫X与单片机的硬件接口非常简单X的信号线可与ATC的I,O口直接相连用软件控制读写及选通。图是ATC单片机与X的接口电路。该电路为ATC扩展了上电复位、手动复位、可编程看门狗定时电源电压监控、串行EPROM等功能。基丁单片机的地。F水监测系统研究((人机接口电路设计田X接口电路FigCircuitoftheclockinta'fa为提高人机交互能力采用汉字点阵液晶(配合三个功能按键实现多级菜单。同时配备了微型打印机可将测量结果打印备份。)LCM液晶显示模块岬J,点阵式LCD不仅可以显示字符、数字(还可以显示图形、曲线及汉字并能够实现多种动画显示效果。使人机界而更加友好使用操作也更加灵活、方便。MGLS一是使用两片}m作为列驱动器同时使用一片liD作为行驱动器的"点阵的液晶显示模块。两片HD分别控制液晶的左右半屏它可直接与位微处理器接口。HD是一种点阵式液晶显示系统的列驱动器它与行驱动器HD配合洪同驱动LCD。HD内部有*=位显示RAM对应液晶显示器的半屏RAM中每位数据对应相应LCD屏上一点的亮、灭状态:。”表示亮(“”表示灭。MGLS|液晶显示器分左半屏和右半屏。当,CSA有效时选中左半屏当,CSB有效时选中右半屏E为读写使能信号在E下降沿数据被写入HD(在E为高电平期间数据被读出。R,W为读写选择信号R,W=I为读选通R,W=为写选通。D,I为数据指令选择D,I(为数据揉作D,l=为写指令或读状态。D,D为数据总线。MGLS(的控制器HD有一系列操作指令(通过指令可以实现对显示屏的控制。指令系统见表lO(河北农业大学硕十学位(毕业)论文其中读状态指令用来查询HD的状态(各位含义如下:BUSY:一内部在工作正常状态ON,oFFcI一显示关闭一显示打开REST(一复位状态O一正常状态在BUSY和REST状态时除读状态指令外其它指令均不对皿产生作用(在对HD操作之前要查询BUSY的状态以确定是否可以对HD进行操作。()微型打印机TPupA微型打印机是一种超小型点阵针式打印机使用EPSONM(打印机机芯自带徽处理器及部分字库可使用不同命令打印个x点阵字符并具备图形和曲线打印功能经过特殊设计可方便地作为各类智能仪器设备的微型打印记录终端使用。TI'upA微型打印机采用单V(t(SA)供电打印纸为普通白纸。上要性能如下:”()自带微处理器、KB控制程序。具有标准的Ceammic位并行接口可方便地与各类微处理器连接。()具有标准的ASCII字符库个及个非标准字符、圈符库并有个×点阵用户自定义、自安装字符库可打印x点阵的图形代码字符和图形可在同一行中打印(TPupA采用芯扁平电缆及接插件与上级微处理器连接全部标准rrL电平最大通信距离达米。接口信号如表所示。基丁单片机的地‘卜水监测系统研究囊llpupleA接插件引睁值号TablelIConnectorpinsignalofTPupADB(DB为输入数据线(册为输入选通信号线BUSY为打印机忙标志』口为打印机输出应答信号(有效时表示打印机已取走数据剧龌为打印机输出出错信号输出有效宽度ms表示打印机出错。()人机交互接口电路人机接口电路如图i所示:州图中单片机P(口输出电平经HC反相后作为液晶显示模块MGLS(左右半屏的选择信号。P(和P(的输出信号经HC反相后作为读写使能信号单片机读写LCM就如同访问片外数据存储器一样。P(和P(分别为打印机的选通信号和忙查询信号。液晶显示模块和打印机共用位并行数据输出口PO。系统配有三个功能按键和一个电源开关。三个功能按键接在单片机的中断输入上分别实现“确定”、“取消”、“选择”功能。图人机接口电路Fig(Interfacecirceitofpe叩le删computer()声音报警电路声音报警电路如图所示将采集到的数据与标准数据进行比较(当不符合标准时P口输出高电平晶体管导通蜂鸣器报警。表明地下水参数是不符合国家规定标准。需要重视并采取相应的保护措施。河北农业大学硕士学位(毕业)论文((串行通信接口电路设计田报电路Fi孚Waraingcircuit在计算机系统中(cPu和外部通信有两种方式:并行通信和串行通信。并行通信即数据的各位同时传送串行通信即数据一位一位按顺序传送。图为这两种通信方式的示意图。鼯(鼯(a)串行通信方式(b)并行通信方式暖两种通信方式示意团Fig(BTwoviewsofcommunicationmode串行通信能够节省传输线特别是数据位数很多和远距离数据传送时这一优点更为突出(串行通信的主要缺点是传送速度比并行通信要慢。串行通信分为同步通信和异步通信两种本系统采用异步通信。在异步通信中数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送每一帧数据均是低位在前高位在后。通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收这两个时钟彼此独立互不同步。在异步通信中(接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标(()字符帧(caracterframe)。字符帧也叫数据帧(由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位部分组成如图所示(基于单片机的地下水监测系统研究起曲位奇偶停校验止位tb)有空闭为宇}q围异步通信的字符帧格式Fig,Chanerfltlnefmmofasynchrenouscommunication起始位:位于字符帧开头只占一位为逻辑低电平用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。数据位:紧跟起始位之后用户根据情况可取位、位、位低位在高高位在后。奇偶校验位:位于数据位之后仅占一位用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验用户决定。停止位:位于字符帧最后为逻辑l高电平。通常可取l位、(位或位用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完也为下一帧发送做准备。在串行通信中两相邻字符帧之间可以没有空闲位也可以有若干空闲位这由用户来足决定。图(b)表示有个空闲位的字符帧格式。()波特率(baudrate)异步通信的另一个重要指标为波特率。。波特率为每秒钟传送二进制数码的位数也叫比特数单位b,s即位秒。波特率用于袁征数据传输的速度波特率越高数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数和字符帧格式有关。通常异步通信的波特率为b,s。异步通信的优点是不需要传送同步时钟字符帧长度不受限制敲设备简单。缺点是字符帧中因包含起始位和停止位而降低了有效数据的传输速率。为了方便数据的存储和处理具有与PC机进行串行通信的功能可将多次测量结果传送给PC机。用专用软件对采集的数据进行处理、分析并给出测量结论。()通信接口电路【刀RSC是EIA(美国电子工业协会)公布的异步串行通信接口采用单端驱动、单端接收河北农业大学硕士学位(毕业)论文电路。其特点是:传送信号只用一根信号线地线是公共的(传输距离最长为m传输速率最高为Kb,s(RSC采用负逻辑逻辑。l”电平为V,(V,i艺辑。”的电平为V,V(而单片机采用"ITL,CMOS电平逻辑二者互不兼容必须进行屯平变换。我们使用MAX串行通信芯片它是单片集成双RS驱动接收器采坩单一SV电源供电外接四支电容便可构成标准的RS(通信接从而完成TTL,CMOS电平和EIA电平的相互转换(这样二二者之问就可以通过RS接口进行数字信号传送。图是ATC单片机通过MAX与PC机进行通信的硬件接线图。RSC接口规定为芯实际使用芯连接就够了与单片机的通信使Hj其中的芯:脚(RXD。接收数据)、脚(TXD发送数据)、脚(GND信号地)。表为RSC的引脚说明。单片机与PC机的通信为全双工串行异步通信。RSC的脚接MAX的脚(TIOUT)MAX的l脚frIIN)接单片机的ll脚(TXD,P()该方向PC机接收单片机发来的数据。RSC的脚接AX的脚(mn"MAX的脚限lOUT)接单片机的lO脚(RXD,P(o)该方向PC机向单片机发送数据。囊机毽(c接口引脚说啊TablclInterfacepiIIihowofRSC田串行通信硬件接线围Fig(Hardwarehookupchartofserialcommunication基于单片机的地下水监测系统研究()单片机串口设置ATC内部有一个全双工增强型UART口TXD(P()为发送端(RXD'(o)为接收端。它主要受两个特殊寄存器(SCOS和Pcor,o的控制可用软件设置的四种工作方式(通信:作方式中方式l是标准的异步通信方式此方式工作时串行口为位异步通信接口每帧信息包括lO位:个起始位、个数据位和个停止位。波特率可变由定时器Tl或T的溢出率和SMOD位的状态决定在CPU的晶振为MHz时波特率采用t,ps。选用定时器T作为通信的波特率发生器。单片机的通信参数设置如下:置寄存器TCON为H(定时器T工作于波特率发生器方式)置寄存嚣TH和RCAPH为FFHTL和RCAPL为DH(波特率b,s):置寄存器SCON为n(,口工作方式l允许接收)。(电源电路设计本系统采用V铅酸蓄电池供电采用LM开关稳压集成电路提供V电压由于运放TLC和滤波器MAX需要双电源供电采用MAX生成(v电压。【“】u位开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的lA集成稳压电路它内部集成了一个固定的振荡器只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路可大大减小散热片的体积而在大多数情况下不需散热片:内部有完善的保护电路包括电流限制及热关断电路等:芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。LM开关稳压集成电路芯片的主要参数如下:】最大输出电流:IA:)最大输入电压:V)输出电压:V:)振荡频率:l【}Iz)最大稳压误差:,)转换效率:,,,(不同的电压输出的效率不同):)工作温度范围:为一,。MAX是单片电压反向电荷泵可以将(V,(V的电压转换成((V,(V。工作仅消耗(mA电流适用于手持设备(以及为运放供电。在本系统中通过MAX将V转换为V为运放TLC和滤波器MAX供电。p“(电源电路如图l所示:河北农业大学硕士学位(毕业)论文UIr田电彝电路田Fig(PMca'cuit为了保证电源正常工作减少干扰和噪声应当适当选择电源外部元器件。()电感的选择根据输出的电压档次、最大输入电压n(MA、最大负载电流IkId(MA等参数选择电感可参照相应的电感曲线图来查找所需采用的电感值。()输入输出电容的选择输入电容应大于llF并要求尽量靠近电路。而输出电容推荐使用的电容量为IOOuF,uF其耐压值应大于额定输出的(,倍。对于V电压输出推荐使用耐压值为V的电容。()二极管的选择选用快恢复二级管二极管的额定电流值应大于最大负载电流的I(倍但考虑到负载短路的情况二极管的额定电流值应大于LM的最大电流限制另外二极管的反向电压应大于最大输入电压的(倍(基于单片机的地下水监测系统研究(系统程序设计概述软件的设计程序软件是系统的灵魂系统依靠程序软件的运行实现地r水参数的自动测量程序软件的设计可以有效的发挥扩展系统硬件的功能又可以完善抗干扰措施。程序设计应遵循以下原则:O)Nt采用结构化程序设计功能程序实行模块化便于调试、连接和移植修改。()合理利用系统资源。()提高软件的抗干扰能力。运用汇编语言进行单片机软件的开发能充分发挥硬件速度快、效率高的特长便于实现实时测量。本软件程序由汇编语言来编写软件程序主要实现系统的初始化、数据采集、数据处理、数据显示和打印、数据通信等功能主要包括主程序和实现各种功能的模块程序系统框图如下图。单片机程序主要实现数据采集、数据处理、数据显示打印、数据通信等功能。包括主程序、数据采集子程序、时钟读取子程序、数据存储子程序、LCD显示子程序。打印控制子程序、按键处理子程序等。(主程序设计田系统框田Fig(Sys缸mc主程序是是一个顺序执行的无限循环的程序。它负责调度系统的各应用程序模块并与系统的外部设备及时交换信息实现系统软、硬件资源的整体管理(I河北农业大学硕士学位(毕业)论文田H主程序澶程田基于单片机的地下水监测系统研究(子程序设计((数据采集程序设计数据采集是由AD进行两次A,D转换米完成的。将SCKL见瞄甚丁、分别接单片机的PI(和P(。DIN和DOUT相连并接单片机的P(直接将片选端c接地使片选始终有效:Z强Dlr接外部中断即P(当一次AD转换结束自动产生一次中断在中断中设置标志(通知单片机取AD转换结果。ITSJ单片机对AD寄存器进行操作必须严格遵循规定的时序AD与单片机之间的数据交换必须是倒序(位)(只有在状态信号DRDY指示输出数据寄存器的数据准备就绪时单片机才可以读取转换结果。图和图分别给出了读写数据周期的时序图。数据采集流程图如图。嘲DD町田读数据周期时序FiReadingdatacycletimeseries固e写数据周期时序Fig(Writingdamcycletimeseries塑!!奎些盔堂堡主兰垡!兰些丝奎I开始I‘I串行口初始化(II选中^D下圈数据采奠漉程田F嘻Theflowdumofdmcollecu。d下面是用AD进行数据转换的程序清单:scLKEQUPi(DpdAEQUP(ItESETEQUPI(:初始化ADCLRRESETMOVR(#D仆izR($SETBRESET:保证AD能可靠地复位NoPMOV九脚H::选择时钟寄存器LCAU。Writ,'MOVA(#C'HHz的转换频率基于单片机的地下水监测系统研究ICAILWrimMOVA#H选择设置寄存器LC^LLWrireMOVA,#H:自校准模式增益为lLCAUWri研RET输出一个字节到W蝴:CUtsI:U(MOVR(舸W:MDVC(AOC(MoVDAI:九CRLANOPSl'TBSCLKNOPNOPCLRSCU【DJNZ(WMOVC(ACC(MOVDATA,CIlLANOFSETBSCUKSEIBDAl'Al迁『r读的转换结果Read:PUSHPSWPUSHRMOVA#H选择数据寄存器LCAUWritcMOVR榴读取高位字节Rl:NoPNOFCLRScLKMOVCDATARLcADJNZR(RMOVItAMOV榴:R:NOPNOPCLRSCLKNOPNoPSmSCLKNOPMOVCDATARLcADJNZR(RMOVlLAPOPlUP()PPSWl瑾T外部中断的中断例程。Ext仆rIo:PUSHACCICAILR翰‘”POPAOC剐朗rI((时钟读取程序设计保存高位字节读取低位字节保存低位字节当AD的AD转换结柬后便会发生中断。单片机通过ic总线与DSl通信图、分别为DSl的读写时序(基于单片机的地下水监测系统研究围咕的读时序FiReadingtimeseriesofDSl呻Int读DSl时先使,RsT置l然后向I(P()上送寄存器的地址数据按从高位到低位的顺序在SCLK的上升沿被送入DSl。第个上升沿开始传送该寄存器内的数据。最后瓜ST清表示结束。【】写DSl时先使爪sT置然后向I,O(PI()送寄存器的地址数据按从高位到低位的顺序在SCLK的上升沿被送入DSl。紧接着地址的是将写入的内容。最后瓜sT清表示结束。田D的写时序Fig(Wdtingtimes耐esofDSl下面是读Dsl的程序清单:l塔TEQUP(SCLKEQUPI(FOEQUPI(DSl初始化lnitl:CUtSCLKCLRRSTNOP河北农业大学硕十学位(毕业)论文sETBRSTl迁不:写入一个字节WHtel:MOVRl(#HUol:CUtSCU【RRcAMOVI,O,CNOPSmSCLKNOPDJNZR(LPlREr:读出一个字节Readl:MOVLP:CUtNopMOVRRcSFrBNOPDJNZ肛T:停止R(#HSCLKCI,OASCLKR(USTOP:CLRRSTNOPRET:调用部分“’^LLInitl:MOV九#BFIILCALLWritelMOV(栅MOVR(#HLP:ICAI(IReadlMOVRA矾C肿DJNZ勉(LPU:ALLgr巾’T基于单片机的地下水监测系统研究((数据存储程序设计存储器为串行的EEPROM这就决定了读写速度相对较慢并且不能无限次的读写(读存储器阵列数据首先把CS拉至低电平选择芯片发送位READ指令紧接是位字节地址然后是所选定地址的存储器储存的数据移出到SO线上。继续提供SCK便读出下一地址储存的数据。当字节地址到达最高地址($IFF)时地址计数器自动翻至$a置高电平终止读操作。图为其时序图。MSB围X读存储器时序Fig(ReadingstoragemeseriesofX圈X写存储器时序Fig(W确lIgstoragetimeseriesofX首先发出WREN指令使写使能锁存器置位。CS首先被置低电平发送位指令接着C变高允许继续进行写操作。把数据写入FFPROM存储器阵列时CPU首先发WRITE指令然后是地址接着是要写的数据。为了结束写操作只能在第和个时钟之后将岱变高电平(在其它时间变高都不能结束写操作。字节的写操作时序见图l所示。【】ATC与X接口应用的软件包括单字节写、单字节读、设置写使能寄存器、复位写使能寄存器写状态寄存器、读状态寄存器、读N字节、页写和复位看门狗等应用子程序(下面给出各应用子程序清单:CSEQUPI(SCKEQUP(SIEOUP(河北农业大学硕士学位(毕业)论文soEQUP(:单字节写oLrmyTE:MOV聃(郴曝HBl:CLRSCKIUCAMOVSl,CSE『rBSCKD仆IzR(oBlCULSIl饪rr:单字节读帅YrE:MOV肋(捍Hml:SElmSCKCUtscKMoVC(SolUCADJ『NZR(mlRET设置写使能寄存器WREN:CLRSCKCLRCSMOV九饿)HICAIJOUrBYIECULSCKS啪CS肛T:复位写使能寄存器矾哏DI:CLRSCKCUtCSMaV九煳蚶ICAIlOLrllyIECLRSCKSFIBCSl己ET读状态寄存器IUDS艮CLRSCKCLRCSMoVA(加H柏基于单片机的地下水监测系统研究LCALLC吒rrBYTELCALL帅yIECUt涨SETBCS肛T写状态寄存器WRS,LCALL哏ENCLRSCKCUtCSMOV九椰lHLCALL嘎rIByIEMOV^。RLCALLoIrrBYlECUtSCKS舳CSWSl:LcALLRDsRJBAcC((WSlRET:复位看门狗RsrI)OG:CLRCSS啪CSl珏IT:读N字节BYTN:CLRSCKCULCSMOV九#HMOVB(DPHMOVCB(MoVAcC((CI(CAIIOLrrBYTEMOVA(DPLLCALLCHrIByIEBRl:LCAU。BYTEMOVRIAINCRlI)JNZR(BRlCLRSCKSFfBCS河北农业大学硕士学位(毕业)论文REN页写子程序PAGW:LcALLWl逭NCLRSCKCUtCSMOV九#H,tVB(DPHMOVCB(MOVAcc((CLC札LOUnIYIEMoVA(DPLLc札LOUrBYlEPWI:MOVA’RILcALLOUnIYIEqCRlD扑IzR((PWlCLRSCK(SmCSPW:LCALLRDSRJBAcc((PWRET((显示和打印程序设计(i)LCD显示程序设计对LCD点阵图形和字符显示编程通常分为两种方式:m】直接写屏:将LL'D作为输出目标(直接输出需显示的内容涧接写屏:先建立LCD映象RAM将需要输出的内容先写到RAM单元然后更新整屏LCD(如果采用直接写屏方式(只要设置了页地址和列地址。就唯一确定了显示RAM中的一个单元CPU可以通过读、写指令对这些单元进行操作读出该单元的内容或向该单几写进一个字节。如果采用间接写屏方式需先开辟一块RAM作为显示缓冲区屏幕上点(X’Y)对应显示缓冲区RAM中的一位“I”表示亮。。”表示灭(无论采用哪种编程方式只要根据显示器的指令系统首先建立西文字符和中文字符库然后建立相应的图形显示和字符显示最基本的控制程序(如:状态查询、写指令、写数据、读数据、清屏、座标变换、写字符、写字符串、汉字、画点、画水平线、垂直线等基本子程序)最后在此基础上编写显示字符、数字、汉字及复杂图形等程序(()打印控制程序设计基于单片机的地下水监测系统研究在编写打印机控制程序时主要做两件工作:判断BUSY忙信号电平。l当输出数据在数据总线上时产生一个低脉冲选通信号册。在单片机系统中运行的数是二进制代码(而仪表的输出却是字符、汉字、曲线信息因此软件中首先要做的J二作是将待打印的内容转换成字符的ASCII码、汉字的点阵代码以及曲线的点座标位置等并存放在存储器一连续区域。然后控制打印机读出数据并打印。要打印的信息为报表(报表由行组成第行为报表的开始行中间的数字指明报表的序号第行为报表的结束(第行空出一行分隔各报表中间各行为报表的具体内容。由于报表的格式是固定的所以以表格的形式放于程序中最后固化到ROM中需要时可通过查表打印相麻的报表一种报表对应一种数据表格表格中有固定参数和可变参数之分固定参数是指打印命令打印常数及一些控制信息可变参数是指进行具体填充的数据。图所示报表中打“x”者即是可变参数在数据表格中以H作为其标志报表中其它的打印字符即是数据表格中的打印常数此外数据表格中还应包括必要的打印命令和打印控制信息(报表打印程序流程图如图所示。数据表格偏移量初值保存于IU中查表所得报表总行数保存于R中各行打印所用代码个数(查表所得)保存于R中。打印数据如为H表示应填充数据。表格起始地址存于片内H和H两单元中填充数据起始地址存于片内H和H单元中填充数据偏移量存于R中。田报裹格式Fig(Reportform河北农业大学硕十学位(毕业)论文(上位机通信程序围打印程序流程图Fig(Theflowchartof。研ntprogramVisualBasic(简称VB)是设计W'mdows应用程序强有力的开发工具它易学好用(具有丰富的控件和功能强大的多任务处理功能。在W'mdows环境下可利用W'mAPI接口函数和利用RAD开发系统的AetiveX控件(如VB的MSComm控件)实现串行通信。前者的最大优点是可用多线程编程以实现一个通信程序对多个串行通信口的通信。而后者可屏蔽通信过程中的底层操作使用方便(VB(的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口它允许建立串口连接可以连接到其他通信设备(如Modem)、还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件从而可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序(()MSComm控件的主要属性及事件CommPort设置并返回通信端口号(如:MseommI(Camnpo巾l表示指定使用COMI作为通信端口。Input返回并删除接收缓冲区中的数据在设计时无效(运行时为只读。甲基于单片机的地下水监测系统研究矗putLen确定被Input属性一次从接收缓冲区读取的字符数。lnputMode设置菇返回被Input属性读取的数据类型其中ComlnputModeTett以文本的形式返回而脚tModeSinary以二进制形式返回。Output向输出缓冲区中写入数据在设计时无效运行时为只读(【剐PortOpen设置并返回通信端I=l的状态运行时有效(Settings设置并返回初始化参数即波特率、奇偶校验、数据位和停止位。对于奇偶校验位N表示不校验E表示偶校验O表示奇校验M表示符号校验s表示空格校验。如Mw(omml(Settings=”N”表示所使用的通信端口以每秒B的速度传输(不校验个数据位个停止位。OnComm事件当CommEvent属性的值变化时就产生此事件标志发生了一个通信事件或错误。CommEvalt返回通信事件或错误。只要有通信错误或事件发生都会产生OnComm事件该属性存有所发生的错误或事件的数值代码(RThreshold在MSComm控件设置CommEvent属性为CommEvReceive并产生OnComm事件之前设置井返回要接收的字符数。()用MSComm控件进行串口通信一般步骤)设置通信对象、通信端n号以及配置通信格式(如起始位个数、数据位长度、校验方式、停止位个数等)和其它相关属性。)设定通信协议。)打开通信端口进行数据的传送和读入。()关闭通信端口在完成串行通信操作后将串行通信端口的资源归还给操作系统。()MSComm控件通信方式的选择MSComm控件有两种处理通信的方式即事件驱动方式和查询方式。事件驱动方式是处理端口通信的一种有效的方法它可以利用OnComm事件捕获井处理通信中发生的事件或错误通过分gq对每个CommEvt属性值编程即可完成对各个错误或事件的处理实时性较强。而查询方式是在程序通过查询CommEvent属性的值来判断通信过程中的事件或错误井做出相应的处理这种方式适合于应用程序较小、实时性要求不是很高的系统。在本系统中采用事件驱动方式(((通信协议上、下位机之间以波特率为b,s的传输速率通信无校验位、位数据位和l位停止位。数据帧格式定义如下:下位机发送“S”表示请求传输数据上位机收到请求后发送。H”表示准备好接收数据下位机收到应答后发送数据上位机接收数据并进行校验如果通过技验则发送。E。表示通信结束否则发送。H”请求重发数据(河北农业人学硕十学位(毕业)论文((通信程序MSComm控件的初始化在FonnLoad事件过程中对串口进行初始化。设置串口为COMI(波特率为。单片机传送给PC机的数据为二进制形式敲InputMode的属性设置为ComlnpmModeBin。PrivazeSubFormLoadOlmomm(Commpo忭l’使用COMI作为通信端口msc,omm(Settings=“NI”’设定波特率、校验位、数据位、停止位mscom,m(InputMode=ComlnlmtModeBin’以二进制形式接收数据mfomm(nlm删’一次从接收缓冲区中读取全部字符数mIco(RThreshold=l’每收到个字符就产生中断EndSub接收数据程序PrivateSubmscommOnCommIf痂妒(n”ThenBuffer'。mscomm(inputtmpBufferIftrap=SThenfirs仁Falllxqe(ommoutput=”H”mscomm(R舭ld=EndIfEBluseffInputFor卸Talnorb(i)=Buffer(i)receivmceiveBufret(i)NextiWhnereceive>=receive=receiveWendIf嗽ive=Bu伍一)Thenreeeive=丘髓仁Tnle堪蛐m(RThresholdeIm啪m(Output=“E“’表示未接收到下位机发送数据的请求’接收应答请求收到下位机的请求’应答’每收到个字符产生中断接收数据’计算校验和通过校验’对数据进行处理基于单片机的地下水监测系统研究Elsen目:omOutput=’‘H”EndifEndifEndSubPrivateSubcmdEndCrickmsco礼黝州)p印=Fal瞻EndSub’未通过校验’请求重发数据’关闭串行口结束通信河北农业大学硕士学位(毕业)论文结论地下水监测是为保障社会经济可持续发展而开展的一项重要的基础性、公益性:T:作(加强地下水动态监测一方面是为制定开发利用和保护方案提供基础资料另一方面也是检验水资源开发利用是否合理地质环境保护措施是否得当的直接手段通过长期监测资料的分析找出开发利用中存在的问题(提出改进方向和迸一步的保护措施。冈此(地下水监测既是国民经济和社会发展的基础性支撑条件又是实现可持续发展的保障措施。为了提高水资源利用效率合理开发利圳地下水实现从传统水利向现代水利可持续发展水利转变实现水资源的可持续利用(保障经济辛t会的可持续发展必须改变地下水监测的落后现状加强地’F水监测工作(’本系统是一种可供野外使用的便携式地下水监测仪在研制过程中以实用简单(可靠性和低成本作为系统设计的原则。本系统研究的重点是:()系统中测量地下水参数采Hj目前相关领域中最有代表性的水位、水温、pH值等传感器具有精度和灵敏度高、抗干扰强等特点(()在多路数据被测信号共用一路数据采集系统中使用了多路模拟开关MAX将多路被澳信号分别传送到^,D转换器中节省了电路消耗。()实时时钟芯片DSl采用串行通讯方式只需三条线即可与单片机通讯(同时体积仅仅是其它同种时钟芯片的,且片内均含R棚可增加系统的R枷它的时钟校准也较为容易采用专用晶振器无需调整即可达到国家要求的时钟误差标准。()系统采用X芯片实现看门狗、电压监视、数据存储功能。X将微机测控系统中常用的功能:看门狗定时器、电源电压监控、上电复位、串行EPROM集成在只引脚的集成芯片内。大大减少了对电路板的空间要求简化了硬件设计提高了系统的可靠性(降低了成本和功耗。()采用汉字点阵液晶显示器配备微型打印机打印输出。()采用SPI和iC串行总线使其接口电路简单便于用户操作。()系统采用低功耗设计使用的芯片均为c啪s集成电路采用LM开关稳压集成电路提供V电压采用MA)(提供一V电压。系统功耗较低由电池供电可满足野外便携使用的要求(从本系统的实际应用情况来看还需要在以下几个方面进一步加以改进完善:l进一步完善与各种传感器的接口电路以适应不同的检测环境的监测。扩充监测参数数量满足地下水监测的更高要求(软件程序有待于进一步改善使用执行时间更短的一些算法从而可以增加电路的采样数使得最后的测试结果更加接近于真值。后期数据处理规范化问题需在软件上加以考虑以适应不同用户不同行业的需求(基于单片机的地下水监测系统研究参考文献【】杨华舒楮福涛(单片计算机系统抗干扰的软件途径【J】(电子技术应用,():(【】邹伯敏启动控制理论【(机械工业出版社((【KazutentTobim(TheUniversityofElectroCommunications)TatayekiOhira(SonyCofpotation)(ARotaryEncxxlerbasedonMagnetoOpticalStorageMethodEB,OL(l曲aredPhysiesV(P(P((【Inter(Conf(OnAdvancedInfraredDeteOm'sandSystemsOct(,p(p((【】“O曲calEngineering"V(,Nol,p(P(,Jan(Feb((W(LWolfeHandbookofMilitaryInfraredTechnology,Chap(,(Appl(Opt(JulylV(No(P(p((【P(N(Slater,RemoteSensing:(opticsandopticalSystemsAddisonWesleyPublishingCompany,(【P(H(Swain,s(MDaviswdsRemoteSensing:TheQuantitativeApproachMcGrawHillInc((【lW(W(Coblantz,“InvestigadomoflnfraredSpectra”CarnegieInstitute(【H(A(Szymanski:"Theoryand酬ofinfraredSpectroscop,fNewYork【G(p(ChuikoN(MChuiko:Infraredphys((【D(G(Fbher,GH(Olsen:J(Appl(Phys((【】张松春竺子芳赵秀芬等(电子控制设备抗干扰技术及其应用【M】(北京:机械工业出版社(f】李朝青(Pc机及单片机数据通讯技术fM】(北京:北京航空航天大学出版社,(【】王占操粱厚琴曹燕(单片机系统中的软件抗干扰技术叨(电子技术,(:(TenneyRRSandelNR(DetectionwithdistributedsananrJ(正EETram(OnAES():lO(【】程继兴刘霞(单片机系统软件抗干扰措施分析们(电子测量技术,(:(【】胡嗣云(图形点阵式液晶显示模块的控制技术们(国外电子元器件'((:(【苏凯(MCS单片机系统设计与应用嗍(沈阳:冶金工业出版社(【】徐爱钧彭秀华(单片机高级语言CW'mdows环境编程与应用Iv(北京:电子工业出版社(刘书刚(微控制器硬件抗干扰技术【J】(单片机嵌入式应用系统((和(f】叶卫东(C程序优化技巧明(航空计测技术(()((【马云鹏陆宝春张世琪(智能仪器中的误差处理【J】(自动化与仪器仪表():(【戴蓉刘祖林王春麟等(智能仪器仪表中单片机的抗干扰措施阴(仪表技术与传感器():q(【’刀王柏林(单片机系统设计的误区与对策【J(电子技术应用():(【】贾振国许琳(。看门狗”电路DSl在单片机产品中的应用【J】(国外电子元器件():口七(河北农业大学硕士学位(毕业)论文【楼然苗李光飞(l系列单片机设计实例【M】(北京:北京航空航天大学出版社((【】高海生(杨文焕(单片机应J}I|技术火全IM(成都:两南交通人学出版社(【周航慈饶云涛(单片机程序设计基础D川(|t京:北京航空航天人学出版社((【李华(孙晓民李红青等(MCS系列单片机实}Ij接El技术【M】(北京:北京航空航天大学出版社,(【】何立民(MCS单片机应用系统设计系统配置与接技术口旧(北京:北京航空航天大学出版社。『上海电器科学研究所(实用电子元器件手册(上海:上海科学技术出版社((【】王幸之王雷翟成(单片及应用系统抗干扰技术MI(北京:北京航空航天人学出版社,(潭浩强(C语肓程序设计【M】(北京:清华火学山版社(【】康华光(电子技术基础【M】(北京:高等教育出版社((【陆爱明(单片机和图形液晶显示器接口应用技术哪(电子产品世界,(:(【】严天峰(单片机应用系统的可靠性技术嗍(电子世界,(:(【】杨帆秦万广徐舜华(红外光电导探测器硒化铅(PbSe)在油分分析中的应刚(松辽学刊(自然科学版)【力(()(d,细雄(林君周志恒(近红外光谱仪中的微弱信号检测技术【J】(仪器仪表学报,()【】陈宪洲赵晓玲韩小河(低功耗仪器用放大器AD及其应用【J】(今日电子((【】曹茂永(王霞孙农亮(仪用放大器AD及其应用【J】(电测与仪表()(【】王彦义刘清(基于MAX的由源带通滤波器的设计与应用(武汉理工大学学报(通科学与(】j程版)m(()(【】陈莹杨帆胡海波(集成滤波器AX在超声检测中的应用(世界电子元器件叨((【】林金朝李化图(微弱直流信号检测系统抗干扰方案的研究(重庆邮电学院学报【J()(【】丁士心庄严(一种实用相敏检波器电路的设计(计量技术m()(【】何立民(单片机应用系统设计D川(北京:北京航天航空大学出版社(】ATMEL(AT$CDatasheets(【陈勇钢吴伯农(AD高精度数据采集的实现。国外电子测量技术【『】((()(【l】沈国民王欢谢军龙(位高性能低功耗AD转换器AD及其应用册(自动化与仪器仪表()(【】陈勇钢昊伯农(位,(模数转换器AD及其校准们(现代电子技术。()(【l何希才传感器及其应用电路(电子工业出版社(【s】仇国庆(AD,在仪器仪表中的应用m(自动化与仪器仪表()(【t明顺吴省(可涓流充电的串行实时时钟芯片DSl及其应用田(电子技术应用(()(【】于复生(宋现春艾兴(时钟芯片DSl及其在数据记录中的应用叨(电子技术应用(()(【孙雪梅范久臣(实时时钟芯片在单片机系统中的应用【J】(沈阳教育学院学报(()(【】邓建平(可编程看门狗监控EPROM芯片X及其应用m(电子世界(【】李秀元刘希梅(可编程看门狗监控EPROMX及其应用明(山东电子。()(蛐基于单片机的地下水监测系统研究【史延龄(邹来智王正兰(X与单片机的接口及编程m(仪器仪表用户()【李剑辉张锐高辉。点阵式ICD与ATC单片机的接口技术田(信息技术(()(王移风(点阵式液晶显示器与微机的连接及编程【J】(机电工程(()(【李文江张岩汪玉凤(内置HD点阵式液晶显示模块接口设计与编程册(液晶与显示(()(【鱼瑞文龚成龙。智能仪器微型打印记录仪接口电路设计【J】(仪器仪表()(【景富军(单片机与微型打印机的接口叨(兵工自动化(()(【何立民(单片机应用系统设计【M】(北京:北京航天航空大学出版杜(【李华等编著(MCs系列单片机实用接口技术【M】(北京:北京航天航空大学出版社(【薛明军张辉赵敏(LM系列开关稳压集成电路及其应用【J】(国外电子器件()(【朱延钊(AD,AD的原理与应用(国外电子元器件【J】()(【罗志坤徐植坚。串行可编程监控EEPROM器件X及其应用叨(电子技术()(【l】向廷元黄南民樊鑫瑞(微型面板式打印机与单片机的接口及引用【J】(仪表技术与传感器()(【】沙占有(智能传感器系统设计与应用【M】(北京:电子工业出版社(【康华光主编(电子技术基础(第三版(北京:高等教育出版社(【刘迎春编著(传感器原理设计与应用(第二版(北京:国防科技大学出版社。:}何立民(单片机应用系统设计(北京航空航天大学出版社((【】张迎新(单片微机原理应用及接口技术(国防工业出版社(【AT系列单片机应用第二集(深圳爱迪尔电子有限公司(【将焕文等编著(电子测量冲国计量出版社年【:E福瑞等编著(单片微机测控系统设计大全(北京航空航天大学出版杜年【胡广书(数字信号处理一理论、算法与实现M】(清华大学出版社(【l】CarrieJF,EssalikA。MarusicJC(Micromachinedthinfilmsolidstateelecu'ochemicalCNandSassenson们(SeasAotuatorsB:(【BergmanI(ThevoltammetryofsomeoxidizinganeducingtoxicgasesdirectfromthegasphaseatgoldandplatinummetallisedmembraneelectrodesinacidandalkaliJ(JElecuoanalChem(:(SHa船anSandSM(TadrosFS(Performancc枞ficsands啪eapplicafiotmofthenitrogenoxidegas删(AriaChenhl:(【SMa血GB,MeyerhoffME(Membrane(dialyzerinjecfionloopforenhancingtheselectivityofanionresponsiveliquidmembraneelectrodesinflowsystemsJ(AnalChimAcm,(:((河北农业大学硕士学位(毕业)论文发表论文【l】陈莉钱东平赵东杰王文娣。蓝牙技术在地下水监测系统中的应用阴。徽计算机信息(已录用基于单片机的地下水监测系统研究作者简介陈莉女年月出生于河北磁县考入河北农业大学信息学院年毕业获工学学士学位(年月考入河北农业大学机电工程学院硕士研究生师从钱东平教授。主要研究方向为计算机检测与控制。在读研究生期间论文‘蓝牙技术在地下水监测系统中的应用》(第一作者发表在微机算计信息学报上(河北农业大学硕士学位(毕业)论文致谢首先要感谢的是导师钱东平教授(导师严谨务实的治学风范一丝不苟的学术钻研精神真诚正直的为人态度无不让我终生难忘。在整个课题研究期间得到了钱老师的谆谆教诲和卓有成效的指导并且在生活上也给予我无微不至的关怀(使我能够顺利完成学业在此特向导师致以最诚挚的敬意和最美好的祝愿!在课题的完成过程中得到了张凯、霍晓静、王文娣等师兄师姐的帮助在此表示衷心的感谢!特别感谢王辉、韩晓雷同学在系统硬件设计过程中给予的帮助在此表示感谢。另外赵东杰陈淑春同学提供了很大的支持和帮助。还要感谢我的父母是他们的支持和鼓励推动我一直向前最后再次感谢大家的帮助和支持!陈莉年月
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