第一章 引言
第一章 引言
1.1 课题背景
1948年，N．维纳的《控制论》一书，标志着自动化的理论基础——控制论正式诞生[1]。同年，C．E．香农发表了《通讯的数字原理》，标志着信息论的诞生[2]。连同1946年诞生的第一台计算机，它们标志着自动化技术进入了网络化与智能化的阶段，计算机技术的飞速发展大大推动了计算机控制系统的应用。同时，这些科技成果也标志着人类社会继农业革命和工业革命之后又一个伟大的变革——信息革命的开始。
自动控制在世界上已经有数百年的历史，而且被人们广泛的应用，然而，在当今社会里，如何将自动控制与人们更复杂的需求结合在一起，已成为影响人机效率的一个重要瓶颈，也关系到自动控制能否真正的走进千家万户和得到广大人民群众的普及应用。
水塔远程自动控制是自动控制与远程通信技术(The automatic control
and Remote communication)的结合，它研究的对象是：如何利用手机短信远
程遥控水塔的工作状态。
在整个控制领域中，最为困难的就是将自动控制与远程通信相结合。从目前来看，尽管人们在自动控制、远程通信的研究中已取得很多成就，但是在二者相结合的实际应用中并不多见，覆盖也不够全面。而在远程自动控制这个方向上，经过多年研究，研究工作者已经开始把它向各种实际应用推广，为水塔远程自动控制技术提供了一种解决方案。
1954年《工程控制论》出版，标志着工程控制学科的正式诞生[3]。工程控制包括各种工程领域，从被控制对象的性质来划分，可分为过程自动化和电气自动化两大类，但这种约定俗成的称呼并不贴切。过程自动化的特征是被控对象中所加工的材料主要是液体、气体和粉体等流体，或许称为流体处理过程控制或自动化更合适。电气自动化的特征是被控对象所处理的是元件、部件的加工和装配，或许叫做元部件处理过程控制或自动化更贴切。
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1.2 课题研究目的及意义
1.2.1 水塔供水远程自动控制的研究目的
当前，我国许多地水塔供水系统的硬件设施和软件技术落后，在水井距离用水点较远的场合，需要水塔来供应生产、生活用水，人工启动水泵上水效率低，而且难以把握水位，而国内一般的解决方案是用电台在水塔和泵房之间通信，但电台信号容易受到高压线、变电站等强电磁信号的干扰。
课题通过对于水塔供水远程自动控制系统的研究，介绍了一种利用自动控制技术及SMS远程通信相结合的仿真模型，利用我们所掌握的电子信息工程的专业知识来实现，进而完成水塔供水远程自动控制系统的设计。 1.2.2 水塔供水远程自动控制的研究意义
水是人类不可缺少的资源，供水服务和人们生活息息相关。城市人们的生活用水和饮用水都来自各供水系统，供水系统的供水质量和人们健康密切相关。 新型供水系统的研究和实施及其自动化，在提高供水质量和供水服务，改善人们生活水平，方便用水用户和节省供水系统人力资源等方面有重大的意义。本课题能够提高对SMS远程通信的理解与认识，锻炼分析问题，解决问题的能力；获得独立策划、实施课题，并按照既定计划进行开发的经验，以及查找相关文献的能力。每个仿真模型建立的过程，就是一次对专业知识的巩固、完善与提高。同时可以在仿真平台上展现的创造性、想象力。 1.3 课题研究现状及发展趋势
在日常生产和生活中常遇到水位的检测问题。从20世纪80年代开始 ,一些发达国家就借助于微电子、计算机、光纤、超声波等高科技使水位自动计量呈现出集功能、精度和现场于一体的新水平。
近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。目前，水位测量技术已经广泛的运用在工业部门和日常检测部门中。例如：水位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。在测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在十分复杂的条件与环境中。例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的
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第一章 引言
要求等。这些都大大的提高了对测量技术的要求。所以能实现测量的无接触与智能化是水位测量计现在的主要发展方向。
在现代工业生产中，常常需要测量容器中水位的水位。在一般的生产过程中，水位测量的目的主要是通过水位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过水位测量，了解水位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。水位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要。
在目前市场上，按测量水位的感应元件与被测水位是否接触，水位仪表可以分为接触型和非接触型两大类[5]。接触型水位测量主要有：人工检尺法、浮子测量装置、伺服式水位计、电容式水位计以及磁致伸缩水位计等。它们的共同点是测量的感应元件与被测水位接触，即都存在着与被测水位相接触的测量部件且多数带有可动部件。因此存在一定的磨损且容易被水位沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。
非接触型水位测量主要有微波雷达水位计[6]、射线水位计以及激光水位计等。顾名思义，这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测水位不接触。因此测量部件不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛，可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合[7] [8]，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。 1.4 课题整体结构
我们的思路是利用ISIS 7 professional仿真软件建立一个模拟水塔供水远程自动控制系统，利用水位检测、短息传输、自动控制三个模块，通过水位检测收到的信号，作为自动控制的条件，经由短信传输模块发送到移动终端，最后通过移动终端发回来的信息与原来设定的密令一致时，自动控制器将给出相应的反馈，控制电磁继电器的开启与关闭，继电器则会单独接入一个外接水泵以及高压电源的外电路，使水塔实现上水功能。如图：1-1
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水位检测 判断液面高度采集信息 短信传输至移动终端 经信息回发控制系统 判断操作指令 继电器开启或关闭 外接电源水泵进行上水 图1-1 识别的基本思路框架图
1.5 课题难点分析
水位检测有很多种，早期大多采用机械原理,但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且发展了许多新的测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善、功能有了很大的提高。根据水位测量所涉及的水位存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，水位计类型的选用也不同。在进行水位测量前，必须充分了解水位测量的工艺特点，成本造价，以此作为水位计设计过程中的参考因素[9]。另外，通过AT指令实现人机之间的良好交互功能也是难点之一，短消息服务SMS(Short Message Service) [10]是GSM系统中提供的一种短消息实体之间通过短消息服务中心进行的信息收发的方式。短消息服务中心(SMSC:Short Message Service Center)是独立于GSM网络的一个业务处理系统，主要功能是提交、存储、转发短消息，并完成与PSTN(Public Switched Telephone Network:公用电话交换网)、Internet等网络的互通
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，以实现来自其
他SME(Short MessageEntity)，如人工台/自动台、资讯平台等的短消息的传递需求。因此，研究全面自动化的水塔远程自动控制的系统是一个相当有挑战性的任务。
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第二章 开发运行环境
第二章 开发运行环境
2.1系统开发环境和运行环境
硬件环境：
单片机焊接电路一个。 移动终端一台。 软件环境：
Windows 7操作系统。 C语言编译环境。
2.2开发工具介绍 2.2.1 硬件部分介绍
本课题中，我们所用到的硬件有AT89S52芯片，AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程AT89S52引脚图 DIP封装Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[12]。
无线模块采用的是华为GTM900-B，标准SIM 卡接口（1.8或3V）两路模拟音频接口电源接口 GSC 射频天线连接器 50¦? GSC 射频天线连接器 语音业务 支持FR、EFR、HR 和AMR 的语音编码支持免提通话，提供回声抑制功能 短消息业务 支持MO 和MT 点对点和小区广播短消息模式支持TEXT 和PDU GPRS 数据业务 GPRS CLASS 10 编码方式CS 1，CS 2，CS 3，CS 4 最高速率可达85.6Kbit/s 支持PBCCH 内嵌TCP/IP 协议：支持多链接，提供ACK 应答，提供大容量缓存 电
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