畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89C51單片機(jī)的水塔自動(dòng)上水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文主要介紹基于單片機(jī)的水塔自動(dòng)上水系統(tǒng)的控制，其主要包括了系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，控制電路的設(shè)計(jì)。而目前，國內(nèi)外用于水塔自動(dòng)上水控制裝置主要有浮球升降式，程開關(guān)式，彈簧管開關(guān)磁浮式，水壓儀表電接點(diǎn)式，電極傳導(dǎo)式等。本文重點(diǎn)介紹應(yīng)用比較廣泛的電極傳到式（以下簡稱電極式），并且通過單片機(jī)對水塔的水位進(jìn)行智能的實(shí)時(shí)的控制。其中主要包括以下幾大主要部分。微機(jī)控制供水部分，報(bào)警部分，電驅(qū)動(dòng)部分。本次設(shè)計(jì)采用了

2、at89c51作為控制芯片，在單片機(jī)廣為流傳的今天，我們已經(jīng)在很多方面利用智能控制芯片取代了人類的許多復(fù)雜勞動(dòng)，作為現(xiàn)代化標(biāo)志之一，我們采用具有智能效果的單片機(jī)來控制水塔的自動(dòng)上水，是勢在必行的。本文主要對單片機(jī)的水塔自動(dòng)上水控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件的電路設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵字：水塔 單片機(jī) 水位控制abstract in the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. water level control applications in e

3、veryday life are very wide, such as water towers, groundwater, hydropower and other water level control case. the water level detection can be achieved with a variety of methods, such as mechanical control, logic control, electrical and mechanical control. in this paper, sheung shui automatically ba

4、sed on single chip system control tower, which mainly includes the design of the system circuit, control circuit design. at present, domestic and sheung shui automatic control device for the water tower are float lift, range switch, spring tube switch magnetic type, hydraulic type electric contact m

5、eter, the electrode conduction and so on. this article focuses on the electrodes used widely spread type (hereinafter referred to as the electrode), and the water level through the microcontroller to the tower intelligent real-time control. which mainly include the following several main parts. supp

6、ly part of the computer control, alarm parts, electric drive parts. the design uses a control chip at89c51, the mcu widespread today, we have in many ways the use of intelligent control chip to replace many of the complex of human labor, as one of the symbols of modernization, we use intelligent mic

7、rocontroller to control the effect of automatic water tower in sheung shui, is imperative. in this paper, the water tower on the microcontroller automatic control system, sheung shui, the hardware circuit design and software design keywords: water tower water level control mcu目 錄第一章 緒 論11.1 題目研究背景11

8、.2畢業(yè)設(shè)計(jì)題目研究意義11.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目國內(nèi)外相關(guān)研究21.3.1繼電器式自動(dòng)上水控制裝置21.3.2晶體管式自動(dòng)上水控制裝置21.3.3集成電路式自動(dòng)上水控制21.3.4 基于微處理器的水塔自動(dòng)上水控制裝置2第二章 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖與工作原理32.1工作原理32.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說明53.1硬件的基本組成53.2單元模塊設(shè)計(jì)53.2.1單片機(jī)的概述53.22單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)53.2.3單片機(jī)的特點(diǎn)73.2.4 80c51的引腳83.2.5單片機(jī)的竄行接口93.3水位自動(dòng)控制硬件設(shè)計(jì)103.3.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)103.3.2起振電路設(shè)計(jì)103.3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)113.3

9、.4傳感器的選用113.3.5水位顯示硬件設(shè)計(jì)原理圖123.3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)圖133.3.7光報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)143.4單片機(jī)控制水位系統(tǒng)概述143.5 水位智能檢測系統(tǒng)原理15第四章 水塔自動(dòng)上水結(jié)構(gòu)總計(jì)174.1位智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理174.2位智能檢測系統(tǒng)原理174.3水塔水位控制總原理圖概述18第五章 軟件設(shè)計(jì)和說明205.1軟件設(shè)計(jì)流程圖205.1.1流程圖一205.1.2流程圖二215.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)22第六章系統(tǒng)調(diào)試246.1硬件的焊接246.1.1電路板的檢測246.2.硬件的調(diào)試和機(jī)器故障排除246.3對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行使用檢測25致 謝26參考文獻(xiàn)27第一章 緒 論1.1

10、題目研究背景現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具?，F(xiàn)代的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)包括一切以計(jì)算機(jī)（單片機(jī)、pc機(jī)、工控機(jī)、系統(tǒng)機(jī)）為信息處理核心的檢測設(shè)備。因此，水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)包括了信息獲取、信息傳送、信息處理和信息輸出等多個(gè)硬、軟件環(huán)節(jié)。從某種程度上來說，水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展水平表現(xiàn)了一個(gè)國家的科技和設(shè)計(jì)水平。水位控制在

11、日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(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。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進(jìn)行監(jiān)測，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)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)也容易出差錯(cuò)。因此急需一種能自動(dòng)檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本論文采用單片機(jī)進(jìn)行主控制，在水池上安裝一個(gè)自動(dòng)測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用單片微

12、機(jī)對接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報(bào)警等功能。1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)題目研究意義在實(shí)際生活中，有些水泵與水塔（或蓄水池、水位）距離較遠(yuǎn)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水，鋪設(shè)電纜成本過高或不符合實(shí)際，傳輸信號(hào)線較遠(yuǎn)距離時(shí)，信號(hào)失真或達(dá)不到要求，而且在工程現(xiàn)場，時(shí)間較長，信號(hào)線損壞率比較大，而無線電傳輸成本過高和信號(hào)容易受障礙物干擾，天氣惡劣的情況下，無線電信號(hào)受空氣中電離子的影響更加容易損壞或徹底中斷信號(hào).給人們的生活帶來了諸多不便。因此，為解決此問題我們故提出水塔自動(dòng)上水系統(tǒng)。全自動(dòng)上水系統(tǒng)不需要人為的參與，一切自動(dòng)完成；水塔內(nèi)無水了自動(dòng)抽水，水滿了自動(dòng)停；井（水源）內(nèi)無水智能識(shí)別，不會(huì)因干

13、抽而燒壞水泵；可外接“啟動(dòng)/停止”按鈕，任意時(shí)刻可人為啟動(dòng)或停止水泵；采用51單片機(jī)作為中央處理器，所以性能穩(wěn)定，工作可靠；井（水源）內(nèi)水量智能檢測。如果啟動(dòng)出現(xiàn)水源無水，“無水指示”亮，等待一定的時(shí)間后再次自動(dòng)抽水；全自動(dòng)控制，智能識(shí)別；為人們的生活帶來了諸多的方便。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目國內(nèi)外相關(guān)研究目前，國內(nèi)外用于自動(dòng)上水控制裝置主要有浮球升降行 程開關(guān)式、干簧管開關(guān)磁浮式、水壓儀表電接點(diǎn)式、電極傳導(dǎo)式等。較為流行的水塔自動(dòng)上水系統(tǒng)主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程1.3.1繼電器式自動(dòng)上水控制裝置其工作原理是通過接入220v繼電器控制電路的個(gè)探測電極來檢測水位高低、使繼電器閉合或開啟，控制水泵電動(dòng)機(jī)

14、的開停，達(dá)到控制水位的目的，控制電路較簡單。1.3.2晶體管式自動(dòng)上水控制裝置80年代人們根據(jù)晶體管開關(guān)原理研制了晶體管式自動(dòng)上水控制裝置。其水位控制器部分與目前市場上的許多產(chǎn)品類似，但加強(qiáng)了直流電源的穩(wěn)壓部分以及三極管導(dǎo)通與截止的延遲電路。以進(jìn)一步提高該裝置穩(wěn)定可靠的運(yùn)行水平。其工作原理是水位高低控制探測電極的兩只日體三極管的導(dǎo)通，管斷，從而控制繼電器回路達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的目的來控制水位。1.3.3集成電路式自動(dòng)上水控制 利用集成電路制作的工廠自動(dòng)控制裝置，較晶體管等分立元件制作更加先進(jìn)，靈敏可靠和耐用。1.3.4 基于微處理器的水塔自動(dòng)上水控制裝置 采用現(xiàn)代高速處理的微處理器作為控制裝置

15、的核心控制元件，能夠更加準(zhǔn)確，及時(shí)的對水塔自動(dòng)上水裝置進(jìn)行控制。是的供水系統(tǒng)更加有力的得到了保障第二章 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖與工作原理水塔自動(dòng)上水控制控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(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。自動(dòng)檢測水位的檢測系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。 水塔自動(dòng)上水控制采用單片機(jī)進(jìn)行主控制，利用水的導(dǎo)電性測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，用單片機(jī)對接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成水位的檢測、控制及故障報(bào)警等功能。2.1工作原理我們可以設(shè)置水位的上下限，在正常情況下，應(yīng)保持水位在上下限之間。為此，在水塔內(nèi)的不同高度安裝3根金屬棒，一感知水位的變化情況。

16、其中，a棒處于下限水位，b棒處于上線水位，g浮球在上下水位之間，他可以在水面浮動(dòng)。水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到水位控制的目的。供水時(shí)，水位上升，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，g棒連通+5v。因此，a，b兩端均為1狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵的工作，不在給水塔供水。當(dāng)水位降到下限時(shí)，a,b棒都不能與g棒導(dǎo)電，因此a,b兩端均為0狀態(tài)。這時(shí)應(yīng)啟動(dòng)，帶動(dòng)水泵工作，給水塔供水。當(dāng)水位處于上下限之間時(shí)，g棒與a導(dǎo)通，因此b棒不能與g棒導(dǎo)通，a段為1狀態(tài)，b端為0狀態(tài)。這時(shí)，無論是電機(jī)已在帶動(dòng)水泵給水塔供水，水位在不斷上升，或者是電機(jī)沒有工作，用水使水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工

17、作狀態(tài)。 為了滿足本次設(shè)計(jì)的要求，我們還要顯示上下限水位之間的幾個(gè)數(shù)值，其電路的接法和a棒和b棒一樣，都是接一個(gè)電阻然后接地，然后端口接到單片機(jī)上，同過單片機(jī)和顯示器連接，以顯示不同的水位值。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于該系統(tǒng)一單片機(jī)為核心，配以一定的外圍電路和軟件，以實(shí)現(xiàn)水塔水位的控制功能，他有硬件部分和軟件不分組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1所示。(5v電源)水位檢測信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)處理與控制80c51單片機(jī)被控直流電機(jī)(繼電器)水位檢情況測顯示揚(yáng)聲器故障報(bào)警放大電路譯碼顯示電路圖2.1 水位控制系統(tǒng)原理框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說明3.1硬件的基本組成單片機(jī)89c51，6m晶振，30pf

18、電容，22uf/10v電容，1k電阻。主電路包括，空氣開關(guān)，控制電機(jī)的繼電器等。3.2單元模塊設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)的概述隨著大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)微型化的需要，把微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中央系統(tǒng)等多種資源集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，使得一塊集成電路芯片就能構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，這種集成電路芯片被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱“單片機(jī)”。單片機(jī)也被稱作“單片微控制器”,“微控制機(jī)”，“嵌入式微控制器”。單片機(jī)一詞最初是來源于“single chip microrcomputer ”簡稱scm。隨著scm在技術(shù)上，體系結(jié)構(gòu)上不斷的

19、擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來表達(dá)其內(nèi)涵。國際上逐漸采用“mcu”（micro controller unit）來替代他，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的.最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應(yīng)將中文“單片機(jī)”一詞和“mcu”唯一對應(yīng)解釋。在國內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞以約定俗成，故而可繼續(xù)沿用。3.22單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，一般把二者構(gòu)成的系統(tǒng)稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)的硬件主要是由cpu(運(yùn)算器和控制器)、存儲(chǔ)器、i/o接口和i/o設(shè)備組成，各組成部分之間通過地址總線ab (address bus)、數(shù)據(jù)總線db (data bus)、控制總線c

20、b (control bus)聯(lián)系在一起。微型計(jì)算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件與硬件相輔相成，共同構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，缺一不可。圖2-2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖p0口驅(qū)動(dòng)器p2口驅(qū)動(dòng)器ram地址寄存器128bramp0鎖存器p2鎖存器4kbrommm程序地址寄存器緩沖器pc增1pcdptr定時(shí)和控制器指令寄存器ir振蕩器b寄存器暫存器1暫存器2accsp中斷 ,串行口和定時(shí)器p3鎖存器p3驅(qū)動(dòng)口p1鎖存器p1口驅(qū)動(dòng)器alupswpcon scon tmon tconth0 tl0 th1 tl1txd rxd ie ipsbuf sbuf p0.0p0.7 p2.0p2.7 v

21、cc+(+5v) vsspsenale earst xtal1 xtal2 p1.0p1.7 p3.0p3.7 圖3.2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖mcs-51單片機(jī)內(nèi)部包括以下部件（1） 一個(gè)8位cpu（2） 一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，最高時(shí)鐘頻率為12mhz（3） 4kb程序存儲(chǔ)器rom/eprom(8031片內(nèi)無rom)（4） 128b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram（5） 可尋址的外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間64kb的機(jī)構(gòu)（6） 21個(gè)特殊功能寄存器sfr（7） 4個(gè)8位并行i/o口，共32根i/o線（8） 1個(gè)全雙工串行口（9） 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10） 具有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷看結(jié)構(gòu)（1

22、1） 具有位尋址功能的位處理器，適用于位處理mcs-51系列單片機(jī)典型芯片是8051.與8051結(jié)構(gòu)相同的產(chǎn)品有8031和8751.8031是一個(gè)無rom的8051，它從外部rom獲取所用的指令，8751是一個(gè)用eprom代替rom的8051，除此之外，三者哦內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。今后，除特別說明外，用8051這個(gè)名稱來代表8031，8051和8071.3.2.3單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：1 ）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。2 ）體積小，有限高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用重線結(jié)構(gòu)，減少了個(gè)芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾性。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)

23、境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。3 ）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有機(jī)豐富的轉(zhuǎn)移指令，i/o口德邏輯操作以及未處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于統(tǒng)一檔次的微機(jī)。4）低功能，低電壓，便于生產(chǎn)攜式產(chǎn)品。5）外部總線增加了ic及spi等串行總線方式，進(jìn)一步縮小體積，簡化了結(jié)構(gòu)。6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和配置較經(jīng)典，規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 3.2.4 80c51的引腳（1）電源和晶振：1）vcc運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。2）vss接地。xtal1輸入到單片微機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對hmos單片微機(jī), 此引腳應(yīng)接地；對

24、chmos單片微機(jī)，此引腳作驅(qū)動(dòng)端。3）xtal2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，xtal2接收振蕩器信號(hào)，對chmos，此引腳應(yīng)懸浮。（2）i/o引腳 1） p08位、漏極開路的雙向i/o口。 2）當(dāng)擴(kuò)展使用片外存儲(chǔ)器（rom及ram）時(shí)，作低八位地址和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。 3）p0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) lsttl負(fù)載。 4）p18位、準(zhǔn)雙向i/o 口。 5）在編程/校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。 6）p1口可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) lsttl負(fù)載。 7）對于80c52，p1.0t2，是定時(shí)器2的計(jì)數(shù)輸入端；p1.1t2ex，是定時(shí)器2的外部輸入端。 8）讀兩個(gè)特殊

25、引腳的輸出鎖存器時(shí)應(yīng)由程序置1。9）p28位、準(zhǔn)雙向i/o口。 10）當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（rom及ram）時(shí)，輸出高8位地址。 11）在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 12）p2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)lsttl負(fù)載。 13）p38位、準(zhǔn)雙向i/o口，具有內(nèi)部上拉電路。 14）p3提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。p3口可以輸入/輸出4個(gè)lsttl負(fù)載。 （3）串行口及中斷 1）p30rxd 串行輸入口。 2）p31txd 串行輸出口。 3）p32外部中斷0輸入。 4）p33外部中斷1輸入。 （4）定時(shí)器計(jì)數(shù)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通 1）p34定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0 的外部輸入。

26、 2）p35定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1的外部輸入。 3）p36wr 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通。 4）p37 rd 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。3.2.5單片機(jī)的竄行接口常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多任務(wù)方式。a單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。b半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。c全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。d多任務(wù)方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號(hào)，為了充分

27、地利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時(shí)分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們盛之為多任務(wù)傳輸方式。串行數(shù)據(jù)通信兩種形式一異步通信在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是異步的，異步通信用一幀來表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，僅接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖2是傳輸45h的數(shù)據(jù)格式。二 同步通信同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場合，速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)先送出一個(gè)同步頭（字符）

28、標(biāo)志即可。同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個(gè)概念，即每秒轉(zhuǎn)送的位數(shù)bps（bit per second）和每秒符號(hào)數(shù)波特率（band rate），在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關(guān)。3.3水位自動(dòng)控制硬件設(shè)計(jì)水位自動(dòng)控制由六部分組成，即水位傳感器，a/d轉(zhuǎn)換，單片機(jī)，數(shù)碼顯示，電機(jī)控制，報(bào)警部分 ，指示燈，其框圖如下圖2.3所示水位傳感器a/d轉(zhuǎn)換單 片 機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯 示保警控制指示燈電機(jī)轉(zhuǎn)換 圖3.3-設(shè)計(jì)總框圖3.3.1復(fù)位電路設(shè)

29、計(jì) 復(fù)位、備用電源線，可以使單片機(jī)處于復(fù)位工作狀態(tài)。通常，單片機(jī)的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種，如下圖3.3所示。考慮到水塔與居民生活密切相關(guān)，當(dāng)因特殊原因?qū)е聠纹瑱C(jī)掉電，需單片機(jī)立即復(fù)位時(shí)，股本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位方式。圖3.4復(fù)位電路3.3.2起振電路設(shè)計(jì)石英晶振起振后，應(yīng)能在xtal2線上輸出一個(gè)3v左右的正泫波，以使at89c51片內(nèi)的0sc電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常,0sc的輸出時(shí)鐘頻率fosc為0.5-16mhz，典型值為12mhz或11.0592mhz。電容c1和c2可以幫助起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)他們可以達(dá)到微調(diào)fosc的目的。本設(shè)計(jì)中，晶振采用12mhz，c

30、1和c2取30pf。其連接電路如下圖2.3所示。圖3.5起振電路3.3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路如圖2.4所示，當(dāng)at89c51的p2.0口管腳有高電平輸出時(shí)，speakep發(fā)出報(bào)警聲。3.6-報(bào)警3.3.4傳感器的選用傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號(hào)的裝置，在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種刺激并作出迅速反應(yīng)。本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們采用的水位探測傳感器簡單易做，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，其外形輪廓設(shè)計(jì)如下圖2.5.；圖3.7-水位探測傳感器外觀圖3.3.5水位顯示硬件設(shè)計(jì)原理圖用7488可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極的半

31、導(dǎo)體數(shù)碼管，由下圖7448輸出端可以看出，當(dāng)輸出管截止，輸出為高電平時(shí)，流過發(fā)光二極管的電流是有vcc經(jīng)2k歐的上拉電阻提供的。當(dāng)vcc=5v時(shí)，這個(gè)電流只有2ma左右。如果數(shù)碼管需要的電流大于這個(gè)數(shù)值時(shí)，則應(yīng)在2k歐的上拉電阻上在并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮琛Ｓ?488驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼管的連接反方式如下圖2.6所示。圖2.3.87488輸出端3.97488顯示端3.3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)圖 電感線圈是一種感性負(fù)載，當(dāng)劉過線圈的電流發(fā)生變化時(shí)線圈會(huì)發(fā)生很大的反動(dòng)勢，這個(gè)反動(dòng)勢有可能損壞驅(qū)動(dòng)器中的輸出晶體管。因此，為了防止驅(qū)動(dòng)器損壞，線圈兩端必須加箱位二極管，如圖3.10為采用sn75467驅(qū)動(dòng)交流繼電器的電路圖。

32、當(dāng)at89c51在p2.0上輸出低電平時(shí)sn75267相應(yīng)的輸出警惕管導(dǎo)通，繼電器線圈中有電流流過，繼電器吸合，當(dāng)at89c51在p2.0上輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出晶體管截止，繼電器線圈中無電流流過，繼電器不吸合，觸電長開。圖3.10中二極管用于箱位線圈兩端可能出現(xiàn)的反動(dòng)電動(dòng)勢。圖3.10-電機(jī)驅(qū)動(dòng)3.3.7光報(bào)警顯示電路設(shè)計(jì)本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，其他兩燈不亮表示低水位狀態(tài)，此時(shí)需要啟動(dòng)水泵加水，綠燈亮，其他兩燈不亮表示正常的水位線內(nèi)，黃燈發(fā)亮其他兩燈不亮為高水位狀態(tài)，水泵停止加水，三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。如圖3.12所示。 +5v p2.3 d10

33、 r16 p2.2 d9 r14 p2.1 d8 r15如圖3.12光報(bào)警電路原理圖3.4單片機(jī)控制水位系統(tǒng)概述通過水塔水位的高低變化來啟停水泵，從而達(dá)到對水位控制的目的，如圖2-5水塔水位控制原理圖所示。一般情況下可在水塔內(nèi)安裝3個(gè)金屬電極a.b.e，他們分別代表水位的下下限，下限與上限，上限的位置，但是為了讓人們能夠更清楚的了解和掌握水塔內(nèi)水位的情況，我們設(shè)計(jì)五個(gè)電極a,b,c,d,e。并且在這五個(gè)電極上接入不同的指示燈。工藝要求：當(dāng)水位升到上限e時(shí)，水泵停止供水。當(dāng)水位到達(dá)b點(diǎn)時(shí)。即達(dá)到水塔下限為了不影響工作應(yīng)立即啟動(dòng)供水系統(tǒng)。當(dāng)水位處于b，c，d三點(diǎn)位置時(shí)，水泵應(yīng)維持原有的工作狀態(tài)。圖

34、3.11水位控制圖3.5 水位智能檢測系統(tǒng)原理b棒處于設(shè)定下限水位，a棒處于設(shè)定上限水位，c棒接+5v電源，a棒、b棒各通過一個(gè)阻值大約為4.7k的電阻與地相連。水塔由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)補(bǔ)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對水位的控制。單片機(jī)通過不斷的采集a、b兩點(diǎn)電壓信號(hào)來檢測水位的變化?？刂七^程如下：（1）當(dāng)水塔補(bǔ)水過程中水位達(dá)到上限時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，a、b棒連通+5v。因此，a、b兩端均為1狀態(tài)，這是應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再給水塔供水。 (2) 當(dāng)a為1，b棒為0時(shí)，說明水塔內(nèi)部有故障要報(bào)警，因?yàn)閍棒是檢測水位上限的，也就是a棒接通5v電源，所以為1。（3）當(dāng)a為0，b為1時(shí)，說明a棒水位下

35、限，a棒直接通過電阻接地，所以為0，此時(shí)要顯示提示水位處于a棒下限，準(zhǔn)備加水工作。（4）當(dāng)水位在水位下限時(shí)，a、b棒都不能與a棒導(dǎo)電。因此，a、b兩端均為0狀態(tài)。這時(shí)正常起動(dòng)電機(jī)，并接通相關(guān)電路開關(guān)電源，帶動(dòng)水泵工作，給水塔供水。（5）當(dāng)水位處于上下限之間時(shí)，b棒與a棒導(dǎo)通，b端為1狀態(tài)。c端為0狀態(tài)。這時(shí)，無論是電機(jī)以帶動(dòng)水泵給水塔加水，水位在不斷上升；或者是電機(jī)沒有工作，用水使水位在不斷的下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原來的工作狀態(tài)。單片機(jī)循環(huán)不斷地采集水位信號(hào)以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。具體控制狀態(tài)如下表：表31水位控制信號(hào)與水泵電機(jī)控制狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系表p1.0(b)001111p1.1(c)00

36、0111p1.2(d)000011p1.3(e)000001p1.401維持維持維持1p1.5101111水位變化下限水位以下系統(tǒng)故障上，下限水位間上，下限水位間上，下限水位間上限水位以上備注供水報(bào)警，停止供水維持維持維持停止供水第四章 水塔自動(dòng)上水結(jié)構(gòu)總計(jì)4.1位智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的導(dǎo)電離子，智能水位檢測裝置就是利用水的導(dǎo)電性完成的。檢測裝置控制圖中的虛線表示允許水位變化設(shè)定的上下限。在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍內(nèi)。為此，在水塔的不同高度安裝了3根金屬棒，以感知水位變化情況。故a點(diǎn)接5v直流電源，這樣b,e兩點(diǎn)的電壓信號(hào)位數(shù)字信號(hào)，不需要再

37、進(jìn)行數(shù)字信號(hào)變換處理，可以直接輸入給單片機(jī)處理。4.2位智能檢測系統(tǒng)原理b棒處于設(shè)定下限水位，e棒處于設(shè)定上限水位，a棒接+5v電源，a、b、c、d、e棒各通過一個(gè)阻值大約為1k的電阻與地相連。水塔由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)補(bǔ)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對水位的控制。單片機(jī)通過不斷的采集a、e兩點(diǎn)電壓信號(hào)的變化來檢測水位的變化。控制過程表31表41單片機(jī)控制器動(dòng)作表b（p1.0）c（p1.1）d（p1.02）e（p1.3）水位操作0000b點(diǎn)一下水泵啟動(dòng)1000b點(diǎn)以上,維持原裝1100c點(diǎn)以上維持原裝1110d點(diǎn)以上維持原裝1111e點(diǎn)以上停止水泵0001系統(tǒng)故障故障報(bào)警（1） 當(dāng)水位低于下限水位時(shí)，

38、即水位在圖中b點(diǎn)以下，這時(shí)b棒,e棒都不能與a棒導(dǎo)通，因此，b,c兩端均為0狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)水泵工作，從而給水塔供水。（2） 在正常情況下是不可能出現(xiàn)b端為0狀態(tài)，c端為1狀態(tài)的，如果出現(xiàn)則是系統(tǒng)出現(xiàn)故障或是別的原因我們都將其作為一種故障處理，停止供水并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（3） 當(dāng)水位處于上，下限之間時(shí)，即出現(xiàn)在圖中b，e點(diǎn)之間，此時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，使得b棒與a棒導(dǎo)通，而e棒與a棒不導(dǎo)通，b端為1狀態(tài)，c 端為0狀態(tài)。這時(shí)，無論電動(dòng)機(jī)已帶動(dòng)水泵給水塔加水，使水位上升；還是電動(dòng)機(jī)沒有工作，用水使水位下降，都應(yīng)繼續(xù)維持電機(jī)的原有工作狀態(tài)。（4） 水泵供水時(shí)水位上升，當(dāng)達(dá)到水位上限時(shí)，

39、由于水的導(dǎo)電作用，b棒e棒連通+5v電源，因此b ，c兩端為1狀態(tài)，這是應(yīng)停止電機(jī)運(yùn)行，水泵不再給水塔供水。4.3水塔水位控制總原理圖概述在下圖3-3所示，中虛線代表水塔水位位置，正常情況下應(yīng)保證水位在上下限水位之間。在水塔內(nèi)部不同高度安裝3根金屬棒，以探測水位變化情況。其中，b棒處于下限水位，e棒出浴上限水位，a棒處于b棒之下并于+5電源相接，b棒，e棒各通過電阻與地相接。水塔水位的控制是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵進(jìn)行供水，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到對水位的控制目的水塔水位控制系統(tǒng)的電路，如下圖3-2所示。圖中所有的水位高低信號(hào)均為電平信號(hào)。兩個(gè)水位信號(hào)分別由p1.0和p1.3輸入。控制信號(hào)由p1.端

40、口輸出，p1.4端輸出低電平時(shí)電機(jī)運(yùn)行；輸出高電平時(shí)電機(jī)停止。由p1.4輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一只發(fā)光二極管進(jìn)行光報(bào)警。圖4-2水塔水位上水系統(tǒng) 根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)硬件電路如上圖所示，這是一個(gè)采集水位信號(hào)兵通過繼電器控制水泵的小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。主要組成部分的功能如下：（1） 系統(tǒng)核心部分：采用抵擋型8051單片機(jī)，用p1.0和p1.3端作為水位信號(hào)的采集輸入口,p1.4和p1.5端作為控制與報(bào)警輸出口。（2） 水位測量部分：電極a接+5v電源，電極b.c,d,e各通過一個(gè)電阻與地相連。b點(diǎn)電平與點(diǎn)電平分別接到p1.0-p1.3為輸入端，可以代表水位的各種狀態(tài)要求，共有4種組合，表41（

41、3） 控制報(bào)警部分：由p1.4端輸出高電平，經(jīng)反應(yīng)器使光耦隔離器導(dǎo)通， 繼電器線圈km得電，常開觸點(diǎn)ka閉合，啟動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)p1.4端輸出低電平，經(jīng)反應(yīng)器使管溝隔離器截止，繼電器線圈j失店敞開觸點(diǎn)斷開，則使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。由p1.3端輸出高電平，經(jīng)反應(yīng)器變?yōu)榈碗娖剑?qū)動(dòng)一直發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行故障報(bào)警。 （4） 指示燈顯示部分，當(dāng)水位到達(dá)e點(diǎn)。即上水位限時(shí)綠燈亮。當(dāng)水位高于b點(diǎn)低于e處于d點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)維持原狀，紫燈亮。當(dāng)水位到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，黃燈亮。當(dāng)水位到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，即水位到達(dá)下限，此時(shí)需要補(bǔ)水，所以洪恒亮，切發(fā)出報(bào)警信號(hào)。第五章 軟件設(shè)計(jì)和說明5.1軟件設(shè)計(jì)流程圖5.1.1流程圖一：下圖主要實(shí)現(xiàn)的是控制水

42、泵是否工作，故障檢測水質(zhì)檢測的功能。開始檢測水質(zhì)p1.4=0水位檢測最高水位pc0=?最低水位pc=?停機(jī)報(bào)警p1.7=0停機(jī)p1.6=0延 時(shí)pc=？保持啟動(dòng)p1.6=1報(bào)警p1.5=0停止p1.6=1等待5.1.2流程圖二：三燈閃爍黃燈閃爍綠燈閃爍綠燈閃爍綠燈閃爍紅燈閃爍顯示數(shù)值00顯示數(shù)值08顯示數(shù)值06顯示數(shù)值04顯示數(shù)值02顯示水位pc1=0？pc2=0？pc4=0？pc5=0？pco=0？如下圖5.2所示，是顯示水位的子程序設(shè)計(jì)流程圖，我們可以通過下面的子程序來顯示水位，此時(shí)若水位低于a導(dǎo)電片下我們可設(shè)計(jì)其led顯示水位為00，這時(shí)泵工作，若水位低于c導(dǎo)電片下我們設(shè)計(jì)其led顯示水

43、位為02，若水位低于d導(dǎo)電片我們將其led顯示水位為04，若水位低于e導(dǎo)電片我們將其led顯示水位為06，若低于b導(dǎo)電片我們將其led顯示水位為08，若水位高于和等于b導(dǎo)電片時(shí)我們將其led顯示水位為12，停止水泵工作。顯示數(shù)值12返回5.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)org 0000hsjmp mianorg 0030hmain: mov dptr,#00cfa3h mov a , #89h movx dptr jnb acc.3lp1 jb acc,0，one jb acc,1，three clr p1.6 setb p1.5 setb p1.7 acall main1back: acall delay

44、 1 sjmp mian lp1: clr p1.5 setb p1.6 acall main1 lp2： sjmp mainone: jb acc.1.two clr p1.7 setb p1.6 setb p1.5 acall main1four: ajmp main two: setb p1.6 setb p1.5acall main1ajmp backthree: clr p1.6setb p1.5 setb p1.7 acall main 1 ajmp back;延時(shí)2msdelay: mov r6#10dl1 mov r5，#48 dl3： nop nop djnz r5 , dl

45、3 djnz r6，dl1 ret延時(shí)1sdelay1：mov r6，#4dl1： mov r5#251dl2： mov r4,248dl3： nop nop djnz r4，dl3 djnz r5 dl2 djna r6 dl1 ret;顯示水位 main1： jb acc.1.return1 mov r1， #0 mov a, r1 acall dir ret return1：jb acc.2.return2 mov r1，#02 mov a,r1 ret return2： jb acc,4， return mov r1， #04 mov a r1 acall dir retreturn3

46、： jb acc.0.return mov r1 , #06 mov a,r1 acall dir ret return4： jb acc.0.return5 mov r1 , #08 mov a r1 acall dir retreturn5： mov r1 ,#12 mov a r1 retdir: clr p1.0setb p1.1mov b #10 div ab acall dir acall delaysetb p1.0 clr p1.1 mov a,b acall dirmov dptr ,#tabmovc a,a+dptr mov dptr ,#0cfa1h movx dptr

47、, a rettab: db 3fh 06h 5bh 4fh db 66fh 6dfh 7dfh 07h db 7fh 6fh 77h 7ch db 30h 5eh 79h 71h end第六章系統(tǒng)調(diào)試6.1硬件的焊接6.1.1電路板的檢測電路板完成后要進(jìn)行全面檢測，包括一下幾個(gè)方面（1）火線和底線的檢測火線檢測：檢測單片機(jī)底座的vcc(40腳)是否與火線相連，檢測數(shù)碼管的共用端是否與火線鏈接，手動(dòng)復(fù)位開關(guān)是否連接上火線。地線檢測：其他按鍵接地是否良好，時(shí)鐘電路接地端的檢測，單片機(jī)gnd端(20腳)是否接地。 檢測完后再用萬用表檢查火線和地線是否導(dǎo)通（2）元器件之間的連接檢查參照電路圖，用萬用

48、表仔細(xì)檢查各個(gè)元器件連接是否良好，是否對應(yīng)。6.2.硬件的調(diào)試和機(jī)器故障排除 硬件的調(diào)試在上電后的工作是不是正常，主要有不插單片機(jī)調(diào)試和插單片機(jī)的檢測。（1） 無單片機(jī)的調(diào)試 無單片機(jī)調(diào)試主要檢查電路工作是否正常，調(diào)試數(shù)碼管是否點(diǎn)亮，顯示數(shù)據(jù)是否正確，具體步驟如下： a:打開電源，將輸出電壓調(diào)到5伏，然后關(guān)閉電源。 b：將電路板的火線與電源正極相連，地線與負(fù)極相連。c:打開電源，用萬用表檢測電路是否有輸出電壓，如果有就是好得，若是沒有就要檢測是否短路。d：電路檢查完后，關(guān)閉電源，用一根導(dǎo)線與電源負(fù)極相連，然后打開電源，用導(dǎo)線的另一端逐個(gè)與p0，p2口的管腳接觸，看數(shù)碼管顯示是否正確。（2） 有單片機(jī)調(diào)試 加上單片機(jī)，目的是看單片機(jī)是否能正常工作，有效的控制顯示數(shù)據(jù)，編寫一個(gè)小程序，導(dǎo)入芯片中加點(diǎn)調(diào)試。調(diào)試程序如下：sbtod: mov a, r2 mov b ,#64h div ab mov r0,a mov a,#0ah xch a,b div