自動化專業(yè)畢業(yè)論文---四路水位控制器

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　四路水位控制器</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計簡單、方便、成本低，采用的是比較優(yōu)化的電路設(shè)計方案；以單片機STC89C51為核心控制水塔水位, 利用簡易的水位傳感器進行水位信號

2、采集，通過單片機對采集來的信號進行處理后，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。本文還詳細的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STC89C51；水位傳感器；水位控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

3、畢業(yè)論文聲明I</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題意義2</p><p>　　第2章 51單片機基

4、礎(chǔ)3</p><p>　　2.1 STC89C系列單片機概述3</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源4</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說明6</p><p>　　2.4 本章小結(jié)8</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計9</p><p&g

5、t;　　3.1 硬件電路總體設(shè)計9</p><p>　　3.2 水位測量電路設(shè)計9</p><p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計與原理9</p><p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理13</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計14</p><p>　　3.4 水泵電機控制電路設(shè)計15

6、</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計16</p><p>　　3.6 本章小結(jié)18</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計19</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計19</p><p>　　4.2 水位測量部分軟件設(shè)計20</p><p>　　4.2.1 水位測量部

7、分軟件設(shè)計說明20</p><p>　　4.2.2 水位測量部分軟件設(shè)計21</p><p>　　4.3 顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計23</p><p>　　4.4 本章小結(jié)24</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　參考文獻27

8、</b></p><p><b>　　附 錄28</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p>

9、<p>　　目前，水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域（工廠、農(nóng)場、學(xué)校等用水量大的場所）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。而以往水位的檢測和控制一般是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室，然后主控室再開動電機進行相應(yīng)的水位控制。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。并且經(jīng)常會出現(xiàn)在蓄水時，由于工人的疏忽大意，忘記關(guān)閉蓄水閥門，

10、大量的水從水塔頂部外流。造成了“水漫金山”，這樣不僅浪費了水力資源，同時也浪費了大量的電能；甚者會造成重大損失。</p><p>　　另外在我國，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國際組織發(fā)表的資料顯示:中國的單位國民經(jīng)濟總產(chǎn)值所消耗的電是美國、德國等國的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機和泵類電機的耗電量占全國發(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)約全國發(fā)電量的1

11、/5.由于我國人均占有水、電資源相對于別國又少很多,因此,在我國一方面水電供應(yīng)緊張,而另一方面,水電的浪費又十分驚人.節(jié)電節(jié)水,不僅潛力巨大,而且意義深遠。</p><p>　　因此，研制出一種能自動檢測、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)中的許多實際問題

12、。從而減輕了人們的勞動強度和資源浪費。</p><p><b>　　1.2 課題意義</b></p><p><b>　　本課題的意義在于：</b></p><p>　?。?）通過這次課程設(shè)計，加深對單片機理論方面的理解。</p><p>　?。?）掌握單片機的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如定時器/計數(shù)器、中

13、斷、片內(nèi)外存儲器、I/O口、串行口通訊等。</p><p>　?。?）了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設(shè)計和實現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　（4）通過簡單課題的設(shè)計練習(xí)，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的目的。</p><p>　?。?）對于水源危機的今天，我們更加注重節(jié)約用

14、水，因此，研制開發(fā)出</p><p>　　四路水位控制器，以解決上述問題，保護我們賴以生存的水源，同時也節(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、提高自動化水平為主要目的技術(shù)改造方案。</p><p>　　第2章 51單片機基礎(chǔ)</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，單片

15、機已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑。單片機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、機器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個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。特別是在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。因此，本次設(shè)計采用單片機為控制核心。</p><p>　　市場上流通單片機的種類很多，占有率最高的

16、是MCS—51系列，因為世界上很多知名的IC生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。生產(chǎn)MCS—51系列單片機的廠家如美國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單片機已有數(shù)百個品種，在一般性能上都可以達到本次設(shè)計的要求。例如AT89C51、AT89C52等都可以

17、用于控制水位，唯一缺點在于不能在線下載，并且，AT系列單片機編程器價錢比較昂貴。不利于小資本實驗。，造成了不便的煩惱。</p><p>　　STC89系列單片機是MCS-51系列單片機的派生產(chǎn)品。它們在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機完全兼容，且價錢容易接受。其優(yōu)點是可以在線下載，下載器也比較容易購買到，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系列單片機突出

18、，因此，選擇STC89C系列單片機，作為水位控制器核心。</p><p>　　2.1 STC89C系列單片機概述</p><p>　　STC89C51是深圳宏晶公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入

19、，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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系列單片機高速（最高時鐘頻率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>&l

20、t;b>　　主要特性：</b></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90MHz); 工作電壓為5V，操作頻率0-40MHZ。</p><p>　　大容量內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM: IK字節(jié)RAM; 64/32/16/8kB片內(nèi)Flash程序存儲器，具有再應(yīng)用可編程（IAP)，再系統(tǒng)

21、可編程（ISP)，可實現(xiàn)遠程軟件升級，無需編程器；支持12時鐘（默認(rèn)）或6時鐘模式。</p><p>　　雙DPTR數(shù)據(jù)指針；SPI（串行外圍接口）和增強型UART; PCA（可編程計數(shù)器陣列），具有PWM的捕獲／比較功能。</p><p>　　4個8位I/O口，含3個高電流Pl口，可直接驅(qū)動LED;3個16位定時器／計數(shù)器；可編程看門狗定時器（WDT);低EMI方式（ALE禁止）;兼容T

22、TL和COMS邏輯電平；掉電檢測和低功耗模式等。</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源</p><p>　　單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(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 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

23、<p>　　·數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>　　單片機內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　· 程序存儲器(ROM)

24、：</p><p>　　單片機共有4096個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/計數(shù)器(ROM)：</p><p>　　有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(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

25、、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　·全雙工串行口：內(nèi)置一個全雙工串行通信口，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，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個

26、串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。</p><p><b>　　時鐘電路：</b></p><p>　　內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說明</p><p>　　STC89C

27、51采用DIP40形式封裝，如圖2-2所示，其特殊管腳說明如下。 </p><p>　　圖2-2 單片機引腳圖</p><p>　　RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)單片機通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時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

28、由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即</p><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>　　單片機的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(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，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　圖2

29、-3 復(fù)位、晶振連接示意圖</p><p><b>　　·Pin3.0:</b></p><p>　　ALE/當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過

30、一個脈沖。如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。</p><p><b>　　·Pin2.9:</b></p><p>　　當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，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>　　&

31、#183;Pin3.1:</b></p><p>　　EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，單片機內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，</p><p>　　而超過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器指令。對內(nèi)部無程序存儲器的單片機,EA端必須接地。</p>&

32、lt;p>　　圖2-4 單片機P3口第二功能說明</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了STC89C51基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)的硬件資源，這些知識是本次設(shè)計必須掌握的基本內(nèi)容。</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 硬件電路總體設(shè)計<

33、;/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，用來處理傳感器采集來的數(shù)據(jù)，進而控制水泵電機工作。為了人們能清晰地了解系統(tǒng)工作狀況，在電路圖中設(shè)計了水位指示，電源部分是為整個電路模塊提供電源，以便能正常工作。本設(shè)計總共包含五大部分：中央處理器（CPU）、電源模塊、水位限位傳感器（含四個單元）、水位指示部分、水泵電機驅(qū)動。</p><p>

34、　　依此框圖作為電路設(shè)計的依據(jù)。從中也體現(xiàn)了電路的結(jié)構(gòu)簡單、實用，設(shè)計靈活等特點。</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 水位測量電路設(shè)計</p><p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計與原理</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，側(cè)可大

35、幅度減少外界干擾，以便提高信號傳輸?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)制信號的平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流很大（50~100mA），則大大提高了信噪比。并且紅外傳感器反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡單，如圖3-2所示。它的優(yōu)點是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度，制作比較簡單。</p><p>　　圖3-2 脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器電路</p><

36、;p>　　因為光在水中的傳播與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。</p><p>　　脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器工作原理：</p><p>　　接收管與發(fā)射管放在水塔對立的兩側(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)送來的信號，運算放大器同向端電平高于反向端，輸出高

37、電平送給單片機處理；當(dāng)發(fā)射接收兩管之間有水時，水對光有反射和折射特性減弱了光信號，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 光電水位檢測示意圖</p><p>　　時接受的信號是弱信號，此時運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，問題在于電路調(diào)試比較困難，因為光在水中傳播的亮度與光在空氣中傳播的亮度信號，單片機難于區(qū)

38、分出，實現(xiàn)起來比較困難。</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，實驗證明，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幸欢ǖ腗g2+、Ca2+等離子，它們的存在使水可以具有導(dǎo)電的性能，水的阻值大約為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)簡單，是由三極管9013、兩個電阻、和一個無極性電容組成，可以簡單的自制出水位傳感器如圖3-4所示。

39、此傳感器利用了兩個原理，一個是三極管的開關(guān)特性；另一個是水的阻值特性(實驗證明，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幸欢ǖ腗g2+、Ca2+等離子，它們的存在能夠使水導(dǎo)電)。 </p><p>　　圖3-4 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

40、氣的阻值約為無窮大）。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3-5 傳感器連接示意圖</p><p>　　此原理的電路設(shè)計比脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器結(jié)構(gòu)簡單，方便。此電路的靈敏度可以達到本設(shè)計的要求，能夠準(zhǔn)確地

41、分辨出有水信號和無水信號不用調(diào)試便可很方便的使用。</p><p>　　由此可知，這種設(shè)計方案簡單實用，元器件選用方便，費用低。此電路無需調(diào)試，解決了第一種方案中調(diào)試繁瑣，信號干擾的問題，信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確率高達95%以上。本電路選擇第二種方案，作為水位傳感器。</p><p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理</p><p>　　其工作原理很簡單，如圖3-5，當(dāng)水

42、體內(nèi)無水時，四個傳感器都輸出高電平，表示無水需要水泵蓄水，單片機通知水泵開始蓄水，水位隨時間上升，當(dāng)水位到達水位最極限時，水泵繼續(xù)工作且蓄水指示燈工作。水繼續(xù)上升，到達低水位時，水將低水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機，表明已到達了低水位線，單片機控制低水位指示燈工作；水上升到中水位線時，水將中水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到達了中水位線，以控制中水位指示燈工作；水上升到高

43、水位線時，水將高水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到達了高水位線，以控制高水位指示燈工作此時水泵停止工作。</p><p>　　反之，水位開始從高水位下降，水位離開高水位線時，水將高水位傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平送給單片機，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，傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平送給單片機，以控制中水

44、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，單片機控制水泵開始蓄水，又開始從無水狀態(tài)循環(huán)工作。</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計</p><p>　　用于顯示的電路有很多種類，可以運用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價錢比較昂貴，不利于本電路的設(shè)計。LED數(shù)碼管顯示的符號有限，不能形象的將水位

45、顯示出，而發(fā)光二極管，排列有序時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)計很簡單，用的是發(fā)光二極管，和電阻串聯(lián)后一端接到5V電源上，另一端接到單片機的P0口上（在這里我們用的是P0.4-P0.7引</p><p>　　腳），單片機只要通過對P0口的控制便可讓二極管發(fā)光和熄滅。以便

46、形象的表達出水位的位置。蜂鳴器接于單片機的P1.4，用于聲音提示和報警。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><p>　　3.4 水泵電機控制電路設(shè)計</p><p>　　水泵電極控制電路是以微信號控制大

47、信號，同樣也利用了三極管的開關(guān)特性，具體內(nèi)容請看傳感器部分3.1。通過單片機的P2.0口發(fā)出高低電平來控制三極管導(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。其原理也比較簡單，這里也不詳述了如圖3-8。</p><p>　　圖3-8 水泵電機控制電路圖</p><p>　　這里應(yīng)用電子水閥去控制水塔向其它用戶點供應(yīng)水的大小，以便節(jié)約用水量。電路設(shè)計方法與水泵電機電路的設(shè)

48、計和原理是相同的如圖3-9所示，三個開關(guān)接于單片機的P1口上，是分別來設(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</p><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

49、給系統(tǒng)的工作帶來不便。因此為了解決穩(wěn)壓的問題在電路中加入了幾個電容和集成穩(wěn)壓塊如圖3-10所示</p><p>　　圖3-10 A1117供電電路</p><p>　　，但是，干電池不適用于長久使用。會增加更換電池的煩惱，不利于電路長久工作。</p><p>　　采用市電220伏交流供電。220交流電源通過變壓器變成適當(dāng)范圍內(nèi)的電壓值，經(jīng)橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓塊

50、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)上述特點我們選擇了市電220伏交流供電方案，作為電路設(shè)計的供電電路。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，都可以為單片機供電使用，他們的封裝如圖3-12a和b所示。

51、其中，7805的功耗比較大，易于發(fā)熱，使用時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，長期使用會燒毀集成電路，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 集成穩(wěn)

52、壓電路的封裝</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過以上的分析，以經(jīng)濟、簡單、方便、實用的原則，選擇了以單片機STC89C51位核心處理器，使用簡易的水阻開關(guān)傳感器采集信號，以+5V穩(wěn)壓集成電1117組成的整流穩(wěn)壓電源。構(gòu)成電路的核心部分。</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計<

53、;/b></p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計</p><p>　　隨著當(dāng)今計算機技術(shù)的發(fā)展，繁瑣的硬件設(shè)計已經(jīng)被軟件所取代。我們運用的單片機設(shè)計電路便是一個鮮明的實例。本設(shè)計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，體現(xiàn)了電路的集成化，并且簡化了電路。</p><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

54、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單，運用循環(huán)、判斷語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)計思路，首先將流程圖繪制出來作為變成的依據(jù)如圖4-1所示。主程序通過調(diào)用水位控制子程序來實現(xiàn)軟件控制的。這樣設(shè)計是為了讓程序井然有序方便模塊化編程。</p><

55、p>　　4.2 水位測量部分軟件設(shè)計</p><p>　　4.2.1 水位測量部分軟件設(shè)計說明</p><p>　　電路中有四個輸入端口，分別為高水位、中水位、低水位、蓄水輸入接口，向單片機傳輸信號，本電路中規(guī)定輸入信號為低電平即0時表示有水，輸入信號為高電平即1時表示無水。</p><p>　　因為有四個輸入端口，它形成了16種不同的組合如下圖4-1-2

56、表格1所示。</p><p>　　表1 四路輸入狀態(tài)組合</p><p>　　我們仔細觀察此真值表，可知對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時表示亮，輸出為1時表示滅）。因此，我們根據(jù)表格2和表格3對其進行編程操作。</p><p>　　表2與本設(shè)

57、計相關(guān)的五種狀態(tài)</p><p>　　表3 指示燈與輸入對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　4.2.2 水位測量部分軟件設(shè)計</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><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

58、，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，此時說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，此時說明水位下降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)

59、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水泵蓄水，此時說明水塔中沒有水了，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>　　本程序中的特點是，無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入死循環(huán)，提高系統(tǒng)控制的可靠性。</p><p>　　圖4-4 水位控制子程序流程圖</p&

60、gt;<p>　　水位控制部分的匯編語言程序代碼如下（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><p>　　CLRGSZS; 高水位指示燈指示</p>&

61、lt;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><p>　　GAA03:JBZSW ,GAA04; 判斷是否是中水位

62、，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; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMP GA

63、A02;</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><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p>

64、;<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)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS

65、; 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>　　LJMPGAA02;</p><p>　　4.3

66、顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計 </p><p>　　在硬件方面運用的是發(fā)光二極管進行顯示，并且發(fā)光二極管是直接與單片機引腳相連接的，運用三極管和繼電器控制電機水泵，其對應(yīng)的軟件非常簡單只要運用CLR和SETB兩條指令就可以控制如下：</p><p>　　高水位時軟件設(shè)計如下：</p><p>　　CLRXSKG ; 關(guān)閉蓄水開關(guān)</p>

67、;<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>　　中水位時軟件設(shè)計如下：</p><

68、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><p>　　低水位時軟件設(shè)計如下：</p><p>

69、　　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>　　蓄水時軟件設(shè)計如下：</p><p>　　SE

70、TBGSZS; 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><p>　　SETBXSKG; 打開蓄水開關(guān)</p>

71、<p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對控制系統(tǒng)軟件部分作了較詳細的分析，充分體現(xiàn)了軟件與硬件密切的關(guān)系。本電路以單片機為核心，結(jié)合四路水位控制器的設(shè)計要求設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)水塔實際的情況自動控制水位的設(shè)備。并且根據(jù)外圍硬件電路的設(shè)計思想，從而編制出比較優(yōu)化的控制程序。軟件是利用匯編語言進行編寫的，匯編語言能夠直接控制單片機的位操作，方便而又快捷，

72、指令也比較精短。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)設(shè)計充分利用了STC89C51的引腳及其強大的功能，并配合相關(guān)的電路，實現(xiàn)了對水塔水位的自動控制。其中，水塔水位的測量是通過自制的開關(guān)式傳感器將水位信號傳送給STC89C51的P1口，并對其進行分析處理，然后根據(jù)控制要求輸出控制信號，控制給水泵工作，進而保持水塔有正常的水位。

73、該控制系統(tǒng)設(shè)計簡單、操作方便、實用性強，有很高的推廣價值。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我具備了使用所學(xué)的專業(yè)知識與技能，進行實用控制電路的設(shè)計與制作的能力。使我在電子電路設(shè)計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</b></p><p>　　[1]謝自美．武漢電子線路設(shè)計實驗測試（第

74、二版）.華中理工大學(xué)出版社</p><p>　　[2]劉成輝．單片機水位控制中的應(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．自動化技術(shù)應(yīng)用．東北財經(jīng)大學(xué)出版社</p><

75、p>　　[6]童詩白．《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)計實驗測試（第二版）．武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.7</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　1.控制系統(tǒng)匯編程序代碼如下：</p><p>　　;---------

76、----- <STC89C51>系列單片機 ------------------</p><p>　　;******************************************************</p><p>　　;* 字節(jié)頭文件區(qū) *</p><p>　　;

77、******************************************************</p><p>　　;P0EQU080H;STANDARD 8051</p><p>　　;SPEQU081H;STANDARD 8051</p><p>　　;DPLEQU082H;STANDARD 8051<

78、;/p><p>　　;DPHEQU083H;STANDARD 8051</p><p>　　;PCONEQU087H;STANDARD 8051</p><p>　　;TCONEQU088H;STANDARD 8051</p><p>　　;TMODEQU089H;STANDARD 8051

79、</p><p>　　;TL0EQU08AH;STANDARD 8051</p><p>　　;TL1EQU08BH;STANDARD 8051</p><p>　　;TH0EQU08CH;STANDARD 8051</p><p>　　;TH1EQU08DH;STANDARD 8051

80、</p><p>　　AUXREQU08EH ;內(nèi)存及ALE管理</p><p>　　;P1EQU090H;STANDARD 8051</p><p>　　;SCONEQU098H;STANDARD 8051</p><p>　　;SBUFEQU099H;STANDARD 8051&

81、lt;/p><p>　　;P2EQU0A0H;STANDARD 8051</p><p>　　AUXR1EQU0A2H ;雙數(shù)據(jù)指針控制</p><p>　　;IEEQU0A8H;STANDARD 8051</p><p>　　SADDR EQU 0A9H ;串行通訊使用</p>

82、;<p>　　;P3EQU0B0H;STANDARD 8051</p><p>　　IPHEQU0B7H;高優(yōu)先級位</p><p>　　;IPEQU0B8H;STANDARD 8051</p><p>　　SADEN EQU 0B9H ;串行通訊使用</p><p>　　

83、XICON EQU0C0H ;INT2,3控制</p><p>　　T2CON EQU0C8H;8052 REGISTER</p><p>　　T2MOD EQU0C9H ;8052 REGISTER</p><p>　　RCAP2L EQU0CAH;8052 REGISTER</p>

84、<p>　　RCAP2H EQU0CBH;8052 REGISTER</p><p>　　TL2EQU0CCH;8052 REGISTER</p><p>　　TH2EQU0CDH;8052 REGISTER</p><p>　　;PSWEQU0D0H;STANDARD 8051</p>

85、;<p>　　;ACCEQU0E0H;STANDARD 8051</p><p>　　WDT_CONEQU0E1H;看門狗控制</p><p>　　ISP_DEQU0E2H;ISP</p><p>　　ISP_AHEQU0E3H;ISP</p><p>　　ISP_ALEQ

86、U0E4H;ISP</p><p>　　ISP_CMDEQU0E5H;ISP</p><p>　　ISP_TREQU0E6H;ISP</p><p>　　ISP_CONEQU0E7H;ISP</p><p>　　P4EQU0E8H ;P4端口控制</p><p&g

87、t;　　;BEQU0F0H;STANDARD 8051</p><p>　　;******************************************************</p><p>　　;* 位頭文件區(qū) *</p><p>　　;***********

88、*******************************************</p><p>　　; ************* TCON (088H) ***************************</p><p>　　;TF1EQU08FH;</p><p>　　;TR1EQU08EH;</p><

89、;p>　　;TF0EQU08DH;</p><p>　　;TR0EQU08CH;</p><p>　　;IE1EQU08BH;</p><p>　　;IT1EQU08AH;</p><p>　　;IE0EQU089H;</p><p>　　;I

90、T0EQU088H;</p><p>　　; ************* SCON (098H) ***************************</p><p>　　;SM0EQU09FH;</p><p>　　;SM1EQU09EH;</p><p>　　;SM2EQU09DH

91、;</p><p>　　;RENEQU09CH;</p><p>　　;TB8EQU09BH;</p><p>　　;RB8EQU09AH;</p><p>　　;TIEQU099H;</p><p>　　;RIEQU098H;</p>

92、<p>　　; ************* IE (0A8H) ***************************</p><p>　　;EAEQU0AFH;</p><p>　　;--EQU0AEH;</p><p>　　ET2EQU0ADH;</p><p>　　;ESE

93、QU0ACH;</p><p>　　;ET1EQU0ABH;</p><p>　　;EX1EQU0AAH;</p><p>　　;ET0EQU0A9H;</p><p>　　;EX0EQU0A8H;</p><p>　　; ************* IP

94、 (0B8H) ***************************</p><p>　　;--EQU0BFH;</p><p>　　;--EQU0BEH;</p><p>　　PT2EQU0BDH;</p><p>　　;PSEQU0BCH;</p><p&g

95、t;　　;PT1EQU0BBH;</p><p>　　;PX1EQU0BAH;</p><p>　　;PT0EQU0B9H;</p><p>　　;PX0EQU0B8H;</p><p>　　; ************* XICON(0C0H) ********************

96、*******</p><p>　　PX3EQU0C7H;</p><p>　　EX3EQU0C6H;</p><p>　　IE3EQU0C5H;</p><p>　　IT3EQU0C4H;</p><p>　　PX2EQU0C3H;</p&g

97、t;<p>　　EX2EQU0C2H;</p><p>　　IE2EQU0C1H;</p><p>　　IT2EQU0C0H;</p><p>　　; ************* T2CON(0C8H) ***************************</p><p>　　TF2

98、EQU0CFH;</p><p>　　EXF2EQU0CEH;</p><p>　　RCLKEQU0CDH;</p><p>　　TCLKEQU0CCH;</p><p>　　EXEN2EQU0CBH;</p><p>　　TR2EQU0CA

99、H;</p><p>　　C_T2EQU0C9H;</p><p>　　CP_RL2EQU0C8H;</p><p>　　; ************* PSW (0D0H) ***************************</p><p>　　;CYEQU0D7H;</p>

100、<p>　　;ACEQU0D6H;</p><p>　　;F0EQU0D5H;</p><p>　　;RS1EQU0D4H;</p><p>　　;RS0EQU0D3H;</p><p>　　;OVEQU0D2H;</p><p>　　;-

101、-EQU0D1H;</p><p>　　;PEQU0D0H;</p><p>　　;******************************************************</p><p>　　;* 自定義頭文件區(qū) *</p><

102、;p>　　;******************************************************</p><p>　　GSWEQUP1.0; 輸入高水位</p><p>　　ZSWEQUP1.1; 中水位輸入</p><p>　　DSWEQUP1.2; 低水位輸入</p><

103、p>　　XUSEQUP1.3; 蓄水輸入</p><p>　　GSZSEQUP0.4; 高水位指示</p><p>　　ZSZSEQUP0.5; 中水位指示</p><p>　　DSZSEQUP0.6; 低水位指示</p><p>　　XSZSEQUP0.7; 蓄水指

104、示</p><p>　　XSKGEQUP2.0; 蓄水開關(guān)</p><p>　　DZFEQUP2.1 ；電子水閥</p><p>　　FMQEQUP2.1 ；蜂鳴器</p><p>　　KEY1EQUP1.5;S1關(guān)小閥門</p><p>　　KE

105、Y2EQUP1.6;S2開到中閥門</p><p>　　KEY3EQUP1.7;S3開到最大</p><p>　　;******************************************************</p><p>　　;* 入口向量區(qū)

106、 *</p><p>　　;******************************************************</p><p>　　ORG 0000H; 系統(tǒng)復(fù)位</p><p>　　LJMPMAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p><b&

107、gt;　　LJMPZDZX</b></p><p>　　;******************************************************</p><p>　　;* 主程序區(qū) *</p><p>　　;********************

108、**********************************</p><p><b>　　GAA01:</b></p><p>　　MOVSP ,#5FH; 堆棧指針</p><p>　　MOVTMOD ,#01H;定時/計數(shù)方式1</p><p><b>　　SETBEA<

109、;/b></p><p><b>　　SETBET0</b></p><p>　　SETBTR0</p><p>　　MOVP1 ,#000H; 初始化</p><p>　　MOV P0 ,#0FFH</p><p>　　MOVP2 ,#000H<

110、;/p><p>　　MAIN ：LCALLKZ；電子閥門孔子</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><p>　　CLRGSZS; 高水位指示燈指示</p>

111、<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>　　LJMPMAIN; </p><p>　　GAA03:JBZSW ,GAA04; 判斷是否是中水位，不

112、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; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMPMAIN

113、;</p><p>　　GAA04:JBDSW ,GAA05; 判斷是否是低水位，不是轉(zhuǎn)向蓄水</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>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p>&l

114、t;p>　　CLRXSZS; 蓄水指示燈指示</p><p>　　LJMPMAIN;</p><p>　　GAA05:JBXUS ,MAIN; 判斷是否是蓄水，不是轉(zhuǎn)向高水位</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位

115、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>　　LJMPMAIN;</p><p>　　;********

116、**********************************************</p><p>　　;* 子程序區(qū) *</p><p>　　;******************************************************</p><p>&

117、lt;b>　　KZ :</b></p><p>　　ZM0 :JB KEY1 ,ZM1</p><p>　　MOV 70H ,#0AH</p><p>　　MOV 71H ,#0BEH</p><p>　　MOV R4 ,70H</p>&l