水位檢測遠程傳輸系統

劉佳　黃漢卿　程麗妮　徐建　李欣威

【摘 要】本系統以STC89C51單片機為控制核心，HC-SR04超聲波模塊進行測距，GSM模塊進行遠程傳輸[1]，LCD12864和矩陣鍵盤進行數據顯示和更改等操作。據實驗，該系統測量結果準確、靈敏度高、使用可靠、性價比高，具有很好的實用價值。

【關鍵詞】STC89C51；GSM；HC-SR04；LCD12864；矩陣鍵盤

0 引言

我國東部地處季風區，氣候變化異常，每當汛期來臨，河流來水量就猛增，外加工程措施做的不完善，環境的嚴重破壞，導致洪澇災害頻繁發生[6]。因此，設計一種可靠性高、靈敏度高、經濟實用的水位檢測系統，具有重要意義。本項目基于STC89C51微處理器，以GSM模塊為遠程傳輸核心，設計的一套可實時檢測的遠程傳輸系統[3]。

1 系統總體設計

1.1 系統總體設計思想

該系統先讓單片機初始化，使單片機工作在最初的狀態。由矩陣鍵盤輸入危險水位的數值和需要接受短信的電話號碼。通過HC-SR04模塊實時測量固定點到泡沫浮板的距離[4]。通過STC89C51處理測量的結果，并產生相應的信號。GSM模塊接受單片機發來的信號，并進行判斷，判斷結果滿足條件，發送短信。采用LCD12864顯示，并配合矩陣鍵盤完成參數的修改、校準等操作。其系統設計框圖如圖1所示：

1.2 系統檢測傳輸原理

檢測原理： HC-SR04模塊自動發送8個40kHz的方波，接受返回信號，通過單片機輸出一個高電平，高電平持續的時間為超聲波從發射到返回的時間，算出測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2。超聲波時序圖如傳輸原理：GSM模塊接受單片機信號，發送指令，完成短信的發送。指令代碼如圖3。

2 硬件設計

2.1 距離檢測模塊

本系統選用高精度HC-SR04超聲波測距模塊進行測距。原理圖如圖4。

2.2 GSM通信模塊[5]

本系統選用選用SIM900A作為通訊模塊。SIM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構，性能強大，可以內置客戶應用程序。搭建相應的外圍電路，如SIM卡連接電源電路、串口等。單片機控制外圍電路，提取當前的狀態信息轉換成Unicode碼，使用PDU（中文短信）方式通過SIM900A向目標手機發送短信[6]。

2.3 其他硬件模塊

采用4X4的矩陣鍵盤，對單片機中數據進行修改，并采用LCD12864顯示。采用開關電源，獲得單片機所需的+5V電源。

3 軟件設計

正如前面框圖所畫，本系統硬件結構比較簡單，主要工作量在于軟件的編寫。具體流程框圖如下（圖5），其中主要包塊GSM的初始化程序、LCD12864初始化程序、HC-SR04初始化程序、以及矩陣鍵盤檢測程序。其主要部分在于GSM模塊的程序編寫，在初始化時要嵌入矩陣鍵盤以及LCD12864的程序[7]，從而進行輸入并顯示電話號碼，并通過串口通信接收到單片機命令后，執行GSM指令包程序，發送短信。

4 整體測試

設定好初始值后，例如設定初始值為50cm，放一個擋板在超聲波探頭前面移動，每移動一次，用米尺測量這個距離是否小于50cm，如果小于，目標設計就不會接受到報警短信，反之在大約40秒后目標手機就會接收到報警短信。再改變不同的初始值，反復測量，結果準確無誤。

5 結束語

合理的硬件配置，搭上一體化的軟件編程，使得該系統能夠實現對水位實時、準確監測的功能。如果將其投入實際應用中，該系統的將使得我國在預防洪澇災害技術層面上有了重要的革新。

【參考文獻】

[1]陳法國，陳偉，黃秋元，金晶.GSM通信在水位遠程檢測系統中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用，2006（1）：55-57.

[2]朱高中.基于單片機遠程水位檢測系統的研究[J].光電子技術，2012（4）：246-250+277.

[3]袁宇明.水位自動檢測系統的設計[J].地下水，1990（3）：174-175+178.

[4]張波，王朋亮.基于STC89C51單片機超聲波測距系統的設計[J].機床與液壓，2010（18）：56-58.

[5]吳曉慶，呼和牧仁.單片機控制GSM模塊通信[J].內蒙古科技與經濟，2010（2）：87-88.

[6]馬士寶，張國玉，孫向陽，高玉軍，王微微.基于GSM模塊的無線報警系統設計[J].長春理工大學學報（自然科學版），2009（1）：51-53.

[責任編輯：田吉捷]