四路水位控制器-職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p>　　Jilin Vocational College of Industry and Technology</p><p>　論文名稱四路水位控制器</p><p>　姓 名</p>&l

2、t;p>　學(xué) 號(hào)</p><p>　系(分院)</p><p>　專 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)</p><p>　班 級(jí)</p><p>　指導(dǎo)教師（姓名及職稱）</p><p>　企業(yè)指導(dǎo)教師</p><p><b>　　畢業(yè)論文聲明</b></

3、p><p>　　本人鄭重聲明：畢業(yè)論文及畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是由本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成，盡我所知，在完成論文時(shí)利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　若有不實(shí)之處，一切后果均由本人承擔(dān)（包括接受畢業(yè)論文成績(jī)不及格，不能按時(shí)獲得畢業(yè)證書等），與畢業(yè)論文指導(dǎo)老師無(wú)關(guān)。</p><p><b>　　論文題目：</b></p>

4、<p><b>　　專業(yè)班級(jí)：</b></p><p><b>　　作者簽名：</b></p><p><b>　　日 期：</b></p><p>　　論文題目、專業(yè)班級(jí)、作者簽名、日期要求打印完必須手寫</p><p><b>　　目 錄&l

5、t;/b></p><p><b>　　畢業(yè)論文聲明I</b></p><p><b>　　目 錄II</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p>&l

6、t;p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題意義1</p><p>　　2 51單片機(jī)基礎(chǔ)2</p><p>　　2.1 STC89C系列單片機(jī)概述3</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源3</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說(shuō)明5</p>

7、;<p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 水位測(cè)量電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計(jì)與原理7</p><p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理10</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計(jì)10<

8、;/p><p>　　3.4 水泵電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　4 軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.1 水位測(cè)量部分軟件設(shè)

9、計(jì)說(shuō)明14</p><p>　　4.2.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.3 顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計(jì)18</p><p><b>　　結(jié) 論20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　

10、　致 謝22</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便、成本低，采用的是比較優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)方案；以單片機(jī)STC89C51為核心控制水塔水位, 利用簡(jiǎn)易的水位傳感器進(jìn)行水位信號(hào)采集，通過(guò)單片機(jī)對(duì)采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理后，以便控制水泵工作。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合電廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。本文還詳

11、細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語(yǔ)言程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STC89C51；水位傳感器；水位控制</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　目前，水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域（工廠、農(nóng)場(chǎng)

12、、學(xué)校等用水量大的場(chǎng)所）中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測(cè)和控制一般是由人工完成的，值班人員全天候地對(duì)水位的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室，然后主控室再開動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的水位控制。很顯然上述重復(fù)性的工作無(wú)論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在蓄水時(shí)，由于工人的疏忽大意，忘記關(guān)閉蓄水閥門，大量的水從水塔頂部外流。造成了“水漫金山”，這樣不僅浪費(fèi)了水力資源，

13、同時(shí)也浪費(fèi)了大量的電能；甚者會(huì)造成重大損失。</p><p>　　另外在我國(guó)，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示:中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等國(guó)的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的50%左右,若適當(dāng)?shù)毓?jié)約水電,可節(jié)電40%左右,即可以節(jié)約全國(guó)發(fā)電量的1/5.由于我國(guó)人均占有水、電資源相對(duì)于別國(guó)又少很多,因此,在我國(guó)一方

14、面水電供應(yīng)緊張,而另一方面,水電的浪費(fèi)又十分驚人.節(jié)電節(jié)水,不僅潛力巨大,而且意義深遠(yuǎn)。</p><p>　　因此，研制出一種能自動(dòng)檢測(cè)、控制水位的裝置有很重大的意義，我所研究的就是這方面的課題。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們的生產(chǎn)水平也隨之提高。智能化產(chǎn)品的出現(xiàn)，解決了人們生產(chǎn)、生活當(dāng)中的許多實(shí)際問(wèn)題。從而減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度和資源浪費(fèi)。</p><

15、;p><b>　　1.2 課題意義</b></p><p><b>　　本課題的意義在于：</b></p><p>　?。?）通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解。</p><p>　?。?）掌握單片機(jī)的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存儲(chǔ)器、I/O口、串行口通訊等。</p>&l

16、t;p>　?。?）了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）通過(guò)簡(jiǎn)單課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。</p><p>　　（5）對(duì)于水源危機(jī)的今天，我們更加注重節(jié)約用水，因此，研制開發(fā)出</p><p>　　四路

17、水位控制器，以解決上述問(wèn)題，保護(hù)我們賴以生存的水源，同時(shí)也節(jié)省了不必要的人力資源。根據(jù)四路水位控制器的原理，也可以應(yīng)用的其它控制領(lǐng)域當(dāng)中。水、電資源浪費(fèi)嚴(yán)重，設(shè)備事故隱患多、管理困難，以節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化水平為主要目的技術(shù)改造方案。</p><p><b>　　2 51單片機(jī)基礎(chǔ)</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代

18、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。單片機(jī)芯片的體積微小和低的成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。特別是在自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。因此，本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為控制核心。</p><p>　　市場(chǎng)上流通單片機(jī)的種類很多，占有率最高的是MCS—51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀?/p>

19、的IC生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。生產(chǎn)MCS—51系列單片機(jī)的廠家如美國(guó)AMD公司、ATMEL公司、INTEL公司、WINBOND公司、PHILIPS公司、ISSI公司、TEMIC公司及南韓的LG公司、日本NEC、西門子公司等。</p><p>　　到目前為止，MCS—51單片機(jī)已有數(shù)百個(gè)品種，在一般性能上都可以達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。例如AT89C51、AT89C52等都可以用于控制水位，唯一缺點(diǎn)在于不能在線下載

20、，并且，AT系列單片機(jī)編程器價(jià)錢比較昂貴。不利于小資本實(shí)驗(yàn)。，造成了不便的煩惱。</p><p>　　STC89系列單片機(jī)是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它們?cè)谥噶钕到y(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)完全兼容，且價(jià)錢容易接受。其優(yōu)點(diǎn)是可以在線下載，下載器也比較容易購(gòu)買到，方便攜帶應(yīng)用。例如STC89C51，其可以用于控制水位，在功能和性能上要比AT系列單片機(jī)突出，因此，選擇STC89C系列單片機(jī)，作

21、為水位控制器核心。</p><p>　　2.1 STC89C系列單片機(jī)概述</p><p>　　STC89C51是深圳宏晶公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中

22、斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。STC89C51單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直插DIP結(jié)構(gòu)，與8051為pin-to-pin兼容。STC89系列單片機(jī)高速（最高時(shí)鐘頻率90MHz)，低功耗，在系統(tǒng)／在應(yīng)用可編程（ISP,IAP)，不占用戶資源。</p><p><b>　　主要特性：</b

23、></p><p>　　處理器單元是以80C51為核心；工作電壓為3V/5V，操作頻率 0-33MHz (STC89LE516AD最高可達(dá)90MHz); 工作電壓為5V，操作頻率0-40MHZ。</p><p>　　大容量?jī)?nèi)部數(shù)據(jù)RAM: IK字節(jié)RAM; 64/32/16/8kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，具有再應(yīng)用可編程（IAP)，再系統(tǒng)可編程（ISP)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，無(wú)

24、需編程器；支持12時(shí)鐘（默認(rèn)）或6時(shí)鐘模式。</p><p>　　雙DPTR數(shù)據(jù)指針；SPI（串行外圍接口）和增強(qiáng)型UART; PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），具有PWM的捕獲／比較功能。</p><p>　　4個(gè)8位I/O口，含3個(gè)高電流Pl口，可直接驅(qū)動(dòng)LED;3個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；可編程看門狗定時(shí)器（WDT);低EMI方式（ALE禁止）;兼容TTL和COMS邏輯電平；掉電檢測(cè)和低功耗

25、模式等。</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源</p><p>　　單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　·數(shù)據(jù)

26、存儲(chǔ)器(RAM)</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　·程序存儲(chǔ)器(ROM)：</p><p>　　單

27、片機(jī)共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p>　　有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　·并行輸入輸出(I/O)口：共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p

28、><p>　　·全雙工串行口：內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)

29、別選擇。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路：</b></p><p>　　內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說(shuō)明</p><p>　　STC89C51采用DIP40形式封裝，如圖2-2所示，其特殊管

30、腳說(shuō)明如下。 </p><p>　　圖2-2 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)單片機(jī)通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即</p>

31、<p>　　從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)。 </p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖2-3。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　圖2-3 復(fù)位、晶振連接示意圖</p>

32、<p><b>　　·Pin3.0:</b></p><p>　　ALE/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于

33、輸入編程脈沖。</p><p><b>　　·Pin2.9:</b></p><p>　　當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p><b>　　·Pin3.1:</b><

34、/p><p>　　EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，單片機(jī)內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，</p><p>　　而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的單片機(jī),EA端必須接地。</p><p>　　圖2-4 單片機(jī)P3口第二功能

35、說(shuō)明</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)</p><p>　　四路水位控制器硬件電路構(gòu)成框圖如圖3-1所示。以STC89C51為電路的中央處理器，用來(lái)處理傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制水泵電機(jī)工作。為了人們能清晰地了解系統(tǒng)工作狀況，在電路圖中設(shè)計(jì)了水位指示，電源部分是為整個(gè)電路模塊提

36、供電源，以便能正常工作。本設(shè)計(jì)總共包含五大部分：中央處理器（CPU）、電源模塊、水位限位傳感器（含四個(gè)單元）、水位指示部分、水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　依此框圖作為電路設(shè)計(jì)的依據(jù)。從中也體現(xiàn)了電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)。</p><p>　　圖3-1 四路水位控制器硬件電路構(gòu)成框圖</p><p>　　3.2 水位測(cè)量電路設(shè)計(jì)</p>

37、<p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計(jì)與原理</p><p>　　脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器。該器件由于采用的是交流分量的調(diào)制信號(hào)，側(cè)可大幅度減少外界干擾，以便提高信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電流取決于調(diào)制信號(hào)的平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，在平均電流不變的情況下，瞬時(shí)電流很大（50~100mA），則大大提高了信噪比。并且紅外傳感器反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡(jiǎn)單，如圖3-2所示

38、。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度，制作比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　圖3-2 脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器電路</p><p>　　因?yàn)楣庠谒械膫鞑ヅc空氣中光的傳播是由不同的差異的，即光在不同的介質(zhì)中其強(qiáng)弱程度不同?？梢愿鶕?jù)此原理采集水塔中是否有水，如圖3-3所示。共有四組光電耦合器組成采集信號(hào)。</p><p>　　脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器工作原理：

39、</p><p>　　接收管與發(fā)射管放在水塔對(duì)立的兩側(cè)且在一條直線上，在空氣中接收管完全接收到發(fā)光管發(fā)送來(lái)的信號(hào)，運(yùn)算放大器同向端電平高于反向端，輸出高電平送給單片機(jī)處理；當(dāng)發(fā)射接收兩管之間有水時(shí)，水對(duì)光有反射和折射特性減弱了光信號(hào)，在此適當(dāng)?shù)恼{(diào)整好圖3-2中電阻R2，使接收管在有水</p><p>　　圖3-3 光電水位檢測(cè)示意圖</p><p>　　時(shí)接受的信

40、號(hào)是弱信號(hào)，此時(shí)運(yùn)放的同向端低于反向端，這樣輸出為低電平。由此可以判斷出是否有水。但是，問(wèn)題在于電路調(diào)試比較困難，因?yàn)楣庠谒袀鞑サ牧炼扰c光在空氣中傳播的亮度信號(hào)，單片機(jī)難于區(qū)分出，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。</p><p>　　水阻開關(guān)傳感器。任何物質(zhì)在電學(xué)里都有一定的阻值，實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的，以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水可以具有導(dǎo)電的性能，水的

41、阻值大約為10KΩ左右。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性完成的。其傳感器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是由三極管9013、兩個(gè)電阻、和一個(gè)無(wú)極性電容組成，可以簡(jiǎn)單的自制出水位傳感器如圖3-4所示。此傳感器利用了兩個(gè)原理，一個(gè)是三極管的開關(guān)特性；另一個(gè)是水的阻值特性(實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在能夠使水導(dǎo)電)。 </p><p>　　圖3-4

42、 傳感器工作電路</p><p>　　為此，在水塔的不同高度安裝了5根金屬棒，以感知水位變化情況。根據(jù)水與空氣的阻值特性（水的阻值大約為10KΩ左右，空氣的阻值約為無(wú)窮大）。我們利用的是三極管的開關(guān)特性（即飽和導(dǎo)通，截止斷開）。在水塔中分別放置了正5伏電源線和四條帶有金屬棒判斷水位的導(dǎo)線。+5伏導(dǎo)線放在水塔的最底端，另四條分別放置在水塔內(nèi)不同高度如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-

43、5 傳感器連接示意圖</p><p>　　此原理的電路設(shè)計(jì)比脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便。此電路的靈敏度可以達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求，能夠準(zhǔn)確地分辨出有水信號(hào)和無(wú)水信號(hào)不用調(diào)試便可很方便的使用。</p><p>　　由此可知，這種設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單實(shí)用，元器件選用方便，費(fèi)用低。此電路無(wú)需調(diào)試，解決了第一種方案中調(diào)試繁瑣，信號(hào)干擾的問(wèn)題，信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率高達(dá)95%以上。本電路選擇第二種方案

44、，作為水位傳感器。</p><p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理</p><p>　　其工作原理很簡(jiǎn)單，如圖3-5，當(dāng)水體內(nèi)無(wú)水時(shí)，四個(gè)傳感器都輸出高電平，表示無(wú)水需要水泵蓄水，單片機(jī)通知水泵開始蓄水，水位隨時(shí)間上升，當(dāng)水位到達(dá)水位最極限時(shí)，水泵繼續(xù)工作且蓄水指示燈工作。水繼續(xù)上升，到達(dá)低水位時(shí)，水將低水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)，表明已到達(dá)了低水位線，

45、單片機(jī)控制低水位指示燈工作；水上升到中水位線時(shí)，水將中水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)處理，表明已到達(dá)了中水位線，以控制中水位指示燈工作；水上升到高水位線時(shí)，水將高水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)處理，表明已到達(dá)了高水位線，以控制高水位指示燈工作此時(shí)水泵停止工作。</p><p>　　反之，水位開始從高水位下降，水位離開高水位線時(shí)，水將高水位傳感器探頭與電源斷開

46、，傳感器輸出高電平送給單片機(jī)，以控制高水位指示燈停止工作，表明水位下降到了高水位線以下；當(dāng)水位下降到中水位以下時(shí)，傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平送給單片機(jī)，以控制中水位指示燈停止工作，表明水位下降到了中水位水位線以下；以此類推，當(dāng)水位下降到蓄水警告線以下時(shí)，單片機(jī)控制水泵開始蓄水，又開始從無(wú)水狀態(tài)循環(huán)工作。</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　用于顯示的電

47、路有很多種類，可以運(yùn)用LCD 液晶顯示、LED數(shù)碼管顯示或LED發(fā)光二極管顯示。但是由于LCD價(jià)錢比較昂貴，不利于本電路的設(shè)計(jì)。LED數(shù)碼管顯示的符號(hào)有限，不能形象的將水位顯示出，而發(fā)光二極管，排列有序時(shí)可以形象地顯示出水位的基本位置如圖3-6所示。</p><p>　　圖 3-6 水位指示</p><p>　　水位指示燈的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，用的是發(fā)光二極管，和電阻串聯(lián)后一端接到5V電源上，

48、另一端接到單片機(jī)的P0口上（在這里我們用的是P0.4-P0.7引腳），單片機(jī)只要通過(guò)對(duì)P0口的控制便可讓二極管發(fā)光和熄滅。以便形象的表達(dá)出水位的位置。蜂鳴器接于單片機(jī)的P1.4，用于聲音提示和報(bào)警。為了顯示電源是否有電也可以用發(fā)光二極管和電阻串聯(lián)接于電源的正負(fù)極作為電源指示燈。這類電路很簡(jiǎn)單，這里就不再贅述了，具體連接如下圖3-7所示 。</p><p>　　圖3-7 指示燈及蜂鳴器</p>&l

49、t;p>　　3.4 水泵電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　水泵電極控制電路是以微信號(hào)控制大信號(hào)，同樣也利用了三極管的開關(guān)特性，具體內(nèi)容請(qǐng)看傳感器部分3.1。通過(guò)單片機(jī)的P2.0口發(fā)出高低電平來(lái)控制三極管導(dǎo)通截止，使繼電器去控制接觸器的線圈得電或失電，讓水泵工作。其原理也比較簡(jiǎn)單，這里也不詳述了如圖3-8。</p><p>　　圖3-8 水泵電機(jī)控制電路圖</p>

50、<p>　　這里應(yīng)用電子水閥去控制水塔向其它用戶點(diǎn)供應(yīng)水的大小，以便節(jié)約用水量。電路設(shè)計(jì)方法與水泵電機(jī)電路的設(shè)計(jì)和原理是相同的如圖3-9所示，三個(gè)開關(guān)接于單片機(jī)的P1口上，是分別來(lái)設(shè)置電子水閥的大小的。S1、S2、S3分別是小、中、大三種大小。這里不再贅述了。</p><p>　　圖3-9 電磁閥控制電路</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計(jì)</p>&

51、lt;p>　　采用市面上的干電池為系統(tǒng)供電，省掉了笨重的變壓器，減少了成本，使系統(tǒng)輕便。由于干電池的穩(wěn)壓性能很差，會(huì)給系統(tǒng)的工作帶來(lái)不便。因此為了解決穩(wěn)壓的問(wèn)題在電路中加入了幾個(gè)電容和集成穩(wěn)壓塊如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 A1117供電電路</p><p>　　采用市電220伏交流供電。220交流電源通過(guò)變壓器變成適當(dāng)范圍內(nèi)的電壓值，經(jīng)橋式整流、電容濾波、穩(wěn)

52、壓塊穩(wěn)壓形成了穩(wěn)定的直流電壓。如圖3-11所示。雖然加入了笨重的變壓器，體積很大，但是可以長(zhǎng)久穩(wěn)定的工作。</p><p>　　圖3-11 電源電路</p><p>　　因此，根據(jù)上述特點(diǎn)我們選擇了市電220伏交流供電方案，作為電路設(shè)計(jì)的供電電路。其中，電源電路使用的集成穩(wěn)壓電路有很多種，最常用的有7805和1117，穩(wěn)壓值為+5伏，都可以為單片機(jī)供電使用，他們的封裝如圖3-12a和b所

53、示。其中，7805的功耗比較大，易于發(fā)熱，使用時(shí)需要在集成電路上安裝散熱器，以便散去內(nèi)部電路產(chǎn)生的熱量，否則，長(zhǎng)期使用會(huì)燒毀集成電路，而且它的體積要比1117大。1117是低功耗的集成穩(wěn)壓電路，不需要安裝散熱器，穩(wěn)壓性能穩(wěn)定，體積小而輕盈適用于本電路。</p><p>　　a 7805的封裝 b 1117的封裝</p><p>　　圖3-12 集

54、成穩(wěn)壓電路的封裝</p><p><b>　　4 </b></p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，繁瑣的硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)被軟件所取代。我們運(yùn)用的單片機(jī)設(shè)計(jì)電路便是一個(gè)鮮明的實(shí)例。本設(shè)計(jì)是利用軟件和硬件相互結(jié)合的方法，這樣減少了繁瑣的硬件設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了電路的集成化，并且簡(jiǎn)化了電路。</p>

55、<p>　　電路能夠正常地工作，不僅取決于硬件電路，而且，更取決于軟件和硬件的結(jié)合。因此，我根據(jù)外圍硬件電路連接方案，編寫具體軟件。本電路的軟件程序很簡(jiǎn)單，運(yùn)用循環(huán)、判斷語(yǔ)句就可以完成軟件的編寫。</p><p>　　圖4-1 程序總流程圖</p><p>　　根據(jù)具體硬件連接以及設(shè)計(jì)思路，首先將流程圖繪制出來(lái)作為變成的依據(jù)如圖4-1所示。主程序通過(guò)調(diào)用水位控制子程序來(lái)實(shí)

56、現(xiàn)軟件控制的。這樣設(shè)計(jì)是為了讓程序井然有序方便模塊化編程。</p><p>　　4.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　電路中有四個(gè)輸入端口，分別為高水位、中水位、低水位、蓄水輸入接口，向單片機(jī)傳輸信號(hào)，本電路中規(guī)定輸入信號(hào)為低電平即0時(shí)表示有水，輸入信號(hào)為高電平即1時(shí)表示無(wú)水。</p>

57、<p>　　因?yàn)橛兴膫€(gè)輸入端口，它形成了16種不同的組合如下圖4-1-2表格1所示。</p><p>　　表1 四路輸入狀態(tài)組合</p><p>　　我們仔細(xì)觀察此真值表，可知對(duì)于本電路的有效狀態(tài)只有5種狀態(tài)，將其歸納為表格2。表格3是輸入狀態(tài)與指示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在這里指示燈的亮滅，在程序中只要控制相應(yīng)端口的高低電平即可（輸出為0時(shí)表示亮，輸出為1時(shí)表示滅）。因此，我們根據(jù)表

58、格2和表格3對(duì)其進(jìn)行編程操作。</p><p>　　表2與本設(shè)計(jì)相關(guān)的五種狀態(tài)</p><p>　　表3 指示燈與輸入對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　4.2.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　水位控制子程序流程圖如下圖4-4所示。其流程圖包含的編程思想是在循環(huán)當(dāng)中套用判斷，它的順序是從高水位開始判斷的。</p><

59、;p>　　首先，程序先判斷高水位，如果水塔是滿的，它就做出相應(yīng)的處理（關(guān)閉水泵，水位指示燈全亮），然后再返回去判斷高水位，如果始終處于高水位在此循環(huán)等待。如果不處于高水位，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為中水位，如果是，程序?qū)H關(guān)閉高水位指示燈，此時(shí)說(shuō)明水位下降到中水位，然后再返回去判斷高水位，如果始終處于中水位在此循環(huán)。如果不處于中水位，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為低水位，如果是，程序?qū)H關(guān)閉高水位、和中水位指示燈，此時(shí)說(shuō)明水位下降

60、到低水位然后再返回去判斷高水位，如果始終處于低水位在此循環(huán)。如果不處于低水位程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為蓄水，如果是，程序?qū)㈥P(guān)閉高水位、中水位和低水位指示燈并且啟動(dòng)水泵蓄水，此時(shí)說(shuō)明水塔中沒(méi)有水了，應(yīng)該蓄水。然后再返回去判斷高水位，如果始終處于蓄水狀態(tài)在此循環(huán)。</p><p>　　本程序中的特點(diǎn)是，無(wú)論每一步程序都將返回到起始位置，重新從高水位開始執(zhí)行。其好處是防止程序進(jìn)入死循環(huán)，提高系統(tǒng)控制的可靠性。<

61、/p><p>　　圖4-4 水位控制子程序流程圖</p><p>　　水位控制部分的匯編語(yǔ)言程序代碼如下（完整的程序代碼見附錄1）：</p><p>　　GAA02:JBGSW ,GAA03; 判斷是否是高水位，不是轉(zhuǎn)向中水位</p><p>　　CLRXSKG ; 關(guān)閉蓄水開關(guān)</p><

62、p>　　CLRGSZS; 高水位指示燈指示</p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMP GAA02;</p><

63、;p>　　GAA03:JBZSW ,GAA04; 判斷是否是中水位，不是轉(zhuǎn)向低水位</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS

64、; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMP GAA02;</p><p>　　GAA04:JBDSW ,GAA05; 判斷是否是低水位，不是轉(zhuǎn)向蓄水</p><p>　　SETB GSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p>

65、<p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMPGAA02;</p><p>　　GAA05:JBXUS ,GAA02; 判斷是否是蓄水，不是轉(zhuǎn)向高水位</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉

66、高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　SETBDSZS; 關(guān)閉地水位指示燈</p><p>　　LCALLYS1 ; 蓄水指示燈閃亮指示，警告蓄水</p><p>　　SETBXSKG; 打開蓄水開關(guān)</p><p>　　

67、LJMPGAA02;</p><p>　　4.3 顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　在硬件方面運(yùn)用的是發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，并且發(fā)光二極管是直接與單片機(jī)引腳相連接的，運(yùn)用三極管和繼電器控制電機(jī)水泵，其對(duì)應(yīng)的軟件非常簡(jiǎn)單只要運(yùn)用CLR和SETB兩條指令就可以控制如下：</p><p>　　高水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p&

68、gt;　　CLRXSKG ; 關(guān)閉蓄水開關(guān)</p><p>　　CLRGSZS; 高水位指示燈指示</p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p>

69、;<p>　　中水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈 </p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p>&l

70、t;p>　　低水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETB GSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p><p

71、>　　蓄水時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　SETBDSZS; 關(guān)閉地水位指示燈</p><p>　　LCALLYS1; 蓄水指示燈閃亮指示，警告蓄水</p><

72、;p>　　SETBXSKG; 打開蓄水開關(guān)</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用了STC89C51的引腳及其強(qiáng)大的功能，并配合相關(guān)的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水塔水位的自動(dòng)控制。其中，水塔水位的測(cè)量是通過(guò)自制的開關(guān)式傳感器將水位信號(hào)傳送給STC89C51的P1口，并對(duì)其進(jìn)行分析處理，然后根據(jù)控制要求輸出控制信號(hào)，

73、控制給水泵工作，進(jìn)而保持水塔有正常的水位。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，有很高的推廣價(jià)值。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具備了使用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與技能，進(jìn)行實(shí)用控制電路的設(shè)計(jì)與制作的能力。使我在電子電路設(shè)計(jì)方面向前邁了一大步，為日后工作打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

74、[1]謝自美．武漢電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第二版）.華中理工大學(xué)出版社</p><p>　　[2]劉成輝．單片機(jī)水位控制中的應(yīng)用.人民交通出版社</p><p>　　[3]吳恒，候巧虹．單片機(jī)應(yīng)用選編．清華大學(xué)出版社</p><p>　　[4]何希才．新型穩(wěn)壓電源及應(yīng)用．電子科學(xué)出版社</p><p>　　[5]李光年．自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用．東北財(cái)經(jīng)

75、大學(xué)出版社</p><p>　　[6]童詩(shī)白．《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第三版．北京：高等教育出版社</p><p>　　[7]謝自美．電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第二版）．武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.7</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在指導(dǎo)老師呂鐵男老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)