劉佳　黃漢卿　程麗妮　徐建　李欣威

【摘 要】本系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為控制核心，HC-SR04超聲波模塊進(jìn)行測(cè)距，GSM模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸[1]，LCD12864和矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和更改等操作。據(jù)實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高、使用可靠、性價(jià)比高，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】STC89C51；GSM；HC-SR04；LCD12864；矩陣鍵盤(pán)

0 引言

我國(guó)東部地處季風(fēng)區(qū)，氣候變化異常，每當(dāng)汛期來(lái)臨，河流來(lái)水量就猛增，外加工程措施做的不完善，環(huán)境的嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生[6]。因此，設(shè)計(jì)一種可靠性高、靈敏度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的水位檢測(cè)系統(tǒng)，具有重要意義。本項(xiàng)目基于STC89C51微處理器，以GSM模塊為遠(yuǎn)程傳輸核心，設(shè)計(jì)的一套可實(shí)時(shí)檢測(cè)的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)[3]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

該系統(tǒng)先讓單片機(jī)初始化，使單片機(jī)工作在最初的狀態(tài)。由矩陣鍵盤(pán)輸入危險(xiǎn)水位的數(shù)值和需要接受短信的電話號(hào)碼。通過(guò)HC-SR04模塊實(shí)時(shí)測(cè)量固定點(diǎn)到泡沫浮板的距離[4]。通過(guò)STC89C51處理測(cè)量的結(jié)果，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。GSM模塊接受單片機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行判斷，判斷結(jié)果滿足條件，發(fā)送短信。采用LCD12864顯示，并配合矩陣鍵盤(pán)完成參數(shù)的修改、校準(zhǔn)等操作。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

1.2 系統(tǒng)檢測(cè)傳輸原理

檢測(cè)原理： HC-SR04模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，接受返回信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間為超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，算出測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340M/S））/2。超聲波時(shí)序圖如傳輸原理：GSM模塊接受單片機(jī)信號(hào)，發(fā)送指令，完成短信的發(fā)送。指令代碼如圖3。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 距離檢測(cè)模塊

本系統(tǒng)選用高精度HC-SR04超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行測(cè)距。原理圖如圖4。

2.2 GSM通信模塊[5]

本系統(tǒng)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(gòu)，性能強(qiáng)大，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序。搭建相應(yīng)的外圍電路，如SIM卡連接電源電路、串口等。單片機(jī)控制外圍電路，提取當(dāng)前的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成Unicode碼，使用PDU（中文短信）方式通過(guò)SIM900A向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送短信[6]。

2.3 其他硬件模塊

采用4X4的矩陣鍵盤(pán)，對(duì)單片機(jī)中數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，并采用LCD12864顯示。采用開(kāi)關(guān)電源，獲得單片機(jī)所需的+5V電源。

3 軟件設(shè)計(jì)

正如前面框圖所畫(huà)，本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要工作量在于軟件的編寫(xiě)。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(pán)檢測(cè)程序。其主要部分在于GSM模塊的程序編寫(xiě)，在初始化時(shí)要嵌入矩陣鍵盤(pán)以及LCD12864的程序[7]，從而進(jìn)行輸入并顯示電話號(hào)碼，并通過(guò)串口通信接收到單片機(jī)命令后，執(zhí)行GSM指令包程序，發(fā)送短信。

4 整體測(cè)試

設(shè)定好初始值后，例如設(shè)定初始值為50cm，放一個(gè)擋板在超聲波探頭前面移動(dòng)，每移動(dòng)一次，用米尺測(cè)量這個(gè)距離是否小于50cm，如果小于，目標(biāo)設(shè)計(jì)就不會(huì)接受到報(bào)警短信，反之在大約40秒后目標(biāo)手機(jī)就會(huì)接收到報(bào)警短信。再改變不同的初始值，反復(fù)測(cè)量，結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。

5 結(jié)束語(yǔ)

合理的硬件配置，搭上一體化的軟件編程，使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水位實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的功能。如果將其投入實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)的將使得我國(guó)在預(yù)防洪澇災(zāi)害技術(shù)層面上有了重要的革新。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳法國(guó)，陳偉，黃秋元，金晶.GSM通信在水位遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006（1）：55-57.

[2]朱高中.基于單片機(jī)遠(yuǎn)程水位檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].光電子技術(shù)，2012（4）：246-250+277.

[3]袁宇明.水位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].地下水，1990（3）：174-175+178.

[4]張波，王朋亮.基于STC89C51單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2010（18）：56-58.

[5]吳曉慶，呼和牧仁.單片機(jī)控制GSM模塊通信[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010（2）：87-88.

[6]馬士寶，張國(guó)玉，孫向陽(yáng)，高玉軍，王微微.基于GSM模塊的無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（1）：51-53.

[責(zé)任編輯：田吉捷]