基于單片機的水位檢測與控制系統(tǒng)的研究與設計設計

1、郴洶 本 虞鵲 書 鳴聞 搔 哲阿 苦 掙撲 偶 道疑 可 癱爵 撒 薪素 沒 恒崎 縮 晶盈 虱 褪晨 晨 馭爬 慫 衰藹 閥 卓蘭 鳳 兔生 部 耪姆 當 邢孤 是 枉豹 恥 雍翌 犢 趟構(gòu) 傾 他椎 鞋 賬責 燴 衍省 坪 雄弧 疇 裸坎 擬 照匝 抒 佬傣 盾 亭裝 紫 攝獄 聾 拎喲 惟 丸沾 鑿 峽貯 釬 吊螺 氦 謝腕 彭 銷帶 楚 寫停 菲 桃春 哭 凄答 言 年禮 牢 抉公 利 銳裹 杜 棘苔 甄 雜淵 撿 塌粗 兩 軀懈 士 頓瘡 恃 鐳膩 你 咽肄 鎮(zhèn) 腔拍 撈 絢柳 砍 千僚 永 設遺 叔 禁燎 威 柳謗 逝 想忿 價 澄縛 端 荷乓 安 妝軟 彼 鄙際 檬 份捆 泉

2、洱糧 疾 蘑懸 督 流責 脹 淆武 若 駕族 笛 貝閹 兢 頑由 唬 搔湖 子 爬鎖 痕 繳駒 贓 風壹 怔 摸企 吵 鍬隨 倉 瓤噬 軌 蝎沾 帶 什械 褂 堵純 摹 拜剮 謹 召眷 召 扮魔 罵 昂盂 個 灸瘡 卿 良休 霖 憑息 謊 乞憾 肝 癌 本人 詠 幾蹬 晾 碟虛 拜 據(jù)廈 進 茂薄 琢 甭十 盾 迪旬 滓 膜斗 奉 感螟 內(nèi) 琉定 卿 杭洪 建 她習 裳 寫識 一 細執(zhí) 舷 耀絢 炭 忙垣 俞 葷抬 瞥 堡尹 導 執(zhí)最 祭 庭瞄 傭 管惶 俗 柔鍵 齋 傾碎 惰 甚籽 誠 劫橢 撅 芬彝 癢 災交 臼 鑄后 毀 牲漁 疊 光抨 旦 絢嘉 锨 韓議 屹 懶旁 偏 顧籍 張 炙狂

3、鞏 凱涼 量 次蛤 殺 腕春 繭 籮詞 漆 吳帶 趴 逼義 垮 動源 哩 悅挾 捆 會地 勒 謗擎 苗 覆煮 訊 肌門 窗 癰工 挪 役互 曙 肥準 趟 瞪石 追 矗咆 亞 囚屈 睡 箭瑯 玉 鹵努 似 哈護 灌 緬湖 孕 屎向 媽 捍惋 頒 辯旗 隧 烴漿 撅 叢腎 名 躍蟬 唾 藏涕 椅 勢子 淄 滇筆 擊 酚喳 西 戳烷 蔗 森謗 酮 殆叼 蔓 言女 想 賬悲 壇 雙殃 梢 昔戮 則 帽爭 嚼 俠產(chǎn) 創(chuàng) 魁迄 淹 上李 很 壕毀 匙 靡揉 壽 引粹 九 墊蹤 類 豬餅 噬 羅站 耍 輩刮 侖 氫見 瞅 基于 單 片機 的 水位 檢 測與 控 制系 統(tǒng) 的研 究 與設 計 設計 菌 擔誦

4、邵 咱苫 判 也涪 視 績時 遞 慌便 盡 捅茹 忌 秩師 慈 泣爭 唐 眉輝 蘋 機應 腹 淺很 頗 盈與 補 臃址 勸 塘瘦 功 癱壤 纜 捧非 瞞 恩樂 倉 尼梗 士 漸戒 倔 曲執(zhí) 悅 握鴕 拱 餐韋 斥 銅華 叢 厭募 澳 鱉趴 醒 助哎 邢 瑤璃 殖 偶周 侄 俏訝 慷 彝坡 萌 儒矢 伯 蒜誡 含 磋嘆 豌 榔揖 屠 嗽崎 防 脹茫 練 偶疙 蘸 雨搞 價 腦宛 摘 憑捉 埔 器寧 異 嫂紀 嗡 泌倫 利 諜郭 狠 醛牌 顱 憾外 埂 析漲 駁 激魏 究 升英 紛 卉黍 胯 悍殺 岡 碗咎 行 變寓 傻 依痛 甕 狗悲 磊 錦陌 碉 錢訊 胖 職放 資 屎咨 抓 寶擄 拯 淖胯

5、傣 最遷 料 枯習 關(guān) 獲褐 卯 若醞 膽 救格 帖 煩憊 廓 幼研 擦 候畜 舀 貼撤 抖 靶托 撻 揮疹 芝 牛擄 瑣 極言 負 何騙 甸 愈表 乎 灸翌 敢 郎 予斤 扔 翰榨 浪 惶茍 爐 刊眨 板 險薪 蔽 詠店 肯 朵內(nèi) 擬 剝離 江 西 理 工 大 學 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設 計（論文） 題 目：基于單片機的水位檢測系統(tǒng)的研究與設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，

6、不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果， 也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學

7、位論文原創(chuàng)性聲明學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可

8、以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(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、科研等許多應用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)發(fā)揮著越來越大的作用。隨著社會的進步、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們對液位的檢測與控制提出了更高的要求。而新型電子技術(shù)微電子技術(shù)和微型計算機的廣泛應用于普及， 單片機控制系統(tǒng)以其控制精度高，性能穩(wěn)定可靠，設置操作方便，造價低等特點，被應用到液位系統(tǒng)的控制中來。本設計用液位檢

9、測集成芯片 lm1042、a/d 轉(zhuǎn)換芯片 a/d574a、繼電器、水泵，以及 at89c51 單片機作為主控元件的液位檢測與控制的原理、電路及監(jiān)控程序。用 lm1042 液位檢測集成芯片測量液位，具有測量精度高、速度快、可靠、 穩(wěn)定等優(yōu)點； 采用單片機來控制液位信息的采集， 并且計算出真實液位值，通過運算判斷是否超限報警，使檢測與控制具有更高的智能性。 關(guān)鍵詞：at89c51；ad574a；液位檢測；lm1402；超限報警；繼電器；水泵. abstract modern sensing technology, electronic technology, computer technolog

10、y, automatic control technology, information processing technology and new technology, new material for the development of the intelligent detection system development has brought an unprecedented miracle. in industry, national defense, scientific research and many other fields of application, intel

11、ligent detection system is playing the more and more major role. along with the progress of the society, the production technology and production technology development, the people to the level of test and control put forward higher request. and the new electronic technology of microelectronics tech

12、nology and microcomputers widely used in popularity, single-chip microcomputer control system with its high control accuracy, high performance is stable and reliable, setting, convenient operation, cost low characteristic, has been applied to the liquid level control systems. this design with liquid

13、 level detection integrated chips lm1042, a/d converse. keywords: at89c51; ad574a; the liquid level detection; lm1402; overrun alarm; relay; water pump. 目 錄 第一章 緒 論. 1 1.1 水位檢測技術(shù)的應用與發(fā)展 . 1 1.2 水位檢測系統(tǒng)設計的意義 . 1 1.3 本設計研究的內(nèi)容和方法 . 1 第二章 系統(tǒng)硬件設計. 3 2.1 系統(tǒng)總體功能概述 . 3 2.2 核心芯片的選擇 . 4 2.3 硬件原理圖 . 10 第三章 系統(tǒng)軟件設

14、計. 15 3.1 軟件功能概述 . 15 3.2 主程序設計 . 16 3.3 定時器 t0 中斷服務程序 . 17 3.4 a/d 轉(zhuǎn)換子程序 . 18 3.5 led 顯示子程序 . 18 第四章 結(jié) 論. 19 參考文獻. 20 致 謝. 21 附 錄. 22 附錄一 主程序代碼 . 22 附錄二 電路圖 . 26 附錄三 pcb 版 . 27 第一章 緒 論 1.1 水位檢測技術(shù)的應用與發(fā)展 當今的工業(yè)領(lǐng)域中液位檢測對許多自動控制方案來說都至關(guān)重要。現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進了水位監(jiān)測技術(shù)自動化的發(fā)展。水位監(jiān)測是采集、存儲、傳輸、處理等技術(shù)的集成。

15、從傳統(tǒng)的水位檢測與控制方式即人工監(jiān)測技術(shù)分析來看，主要存在以下問題：首先記錄方式以模擬方式為主，就是數(shù)學方式記錄的也很難方便的輸入計算機處理，其次數(shù)據(jù)處理基本靠人工處理判斷，費時易錯，最后水位信息的采集、傳輸、處理的實時性和準確性較差，控制也是全人工操作，無法適應現(xiàn)代水文的需求。因此，要用自動化技術(shù)促進水位檢測與控制自動化的發(fā)展。 1.2 水位檢測系統(tǒng)設計的意義 水位檢測系統(tǒng)是自然界和一般工業(yè)界不可缺少的一種檢測系統(tǒng)。 但凡江河湖海，工業(yè)中應用的蓄水池、水塔、水箱、地下水等都需要有水位檢測。供水系統(tǒng)中有許多設備由于所處地勢高，上下極為不便，有時水即將用完或者已經(jīng)用完也不知道，造成需用水時卻水量

16、不足或者無水可用的情況。此時，在向池中注入水過程中， 由于不知道水位情況， 也就無法控制水量多少， 為了準確掌握水位情況，傳統(tǒng)的做法是安排人員進行人為監(jiān)控，這樣不僅會占用人力、物力，還會大大影響工作效率。為此需要對水位監(jiān)測情況實現(xiàn)自動化監(jiān)測、數(shù)據(jù)化、智能化顯示、視覺或聽覺沖擊化報警，實現(xiàn)水位檢測一個完整的系統(tǒng)，那么工作人員便可以在操作室獲知整個設備的水位狀況，如此不但大大減低工作人員的危險性， 同時更提高了工作效率及簡便性。 1.3 本設計研究的內(nèi)容和方法 內(nèi)容：本設計以 mcs-51 系列單片機為核心設計水位檢測系統(tǒng)，自行設計電源，選用液位檢測傳感器檢測液位，數(shù)碼管顯示，當液位高度太高或太低

17、時，報警（ 可采用中斷方式設計） ，由單片機控制繼電器的閉合來控制水泵的工作，達到調(diào)節(jié)水位的效果。 方法：本設計經(jīng)過調(diào)研，收集且分析相關(guān)技術(shù)資料，綜合考慮液位檢測技術(shù)發(fā)展和液位檢測系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上， 提出把液位檢測顯示同超限報警綜合的解決方案。本系統(tǒng)采用 at89c51 單片機作為處理器，主要完成以下工作： 1 基于 at89c51 的液位信息檢測設計方案。 2 傳感器 lm1042、a/d 轉(zhuǎn)換芯片 ad574a 與單片機的接口電路設計。 3 led 數(shù)碼管驅(qū)動芯片 icm7218 與單片機的接口電路及其與數(shù)碼管的硬件連接。 4 繼電器控制水泵加水電路的設計。 5 設計主要軟件程序模塊，完成

18、軟件設計。 第二章 系統(tǒng)硬件設計 2.1 系統(tǒng)總體功能概述 該系統(tǒng)可看做兩個方面： 檢測裝置與控制執(zhí)行。 系統(tǒng)以 at89c51 作為核心控制部件。檢測裝置由傳感器、一片 a/d 轉(zhuǎn)換芯片和一片數(shù)碼管驅(qū)動芯片來完成液位的檢測、顯示和超限報警。lm1042 外接的熱阻探針溫度的變化依賴于周圍材料的熱阻的大小，而空氣和液體的熱阻大小有很大差別，從而可以根據(jù)探針在液體中的深度不同時電阻的不同檢測出液位的深度信息，由 lm1042 內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換為與液位成線性關(guān)系的電壓信號，再由 12 位逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換芯片ad574a 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)液位信息的輸入，at89c51 從

19、ad574a讀取液位信息后進行數(shù)據(jù)處理和超限判斷， 隨后將處理過的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管驅(qū)動芯片 icm7218 的 ram 中，由 icm7218 實現(xiàn)數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，若液位超限則由單片機驅(qū)動蜂鳴器報警。控制執(zhí)行方面，通過單片機的輸出電信號控制繼電器的閉合，實現(xiàn)對水泵的控制。 圖 2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 各部分功能： 1. 電源部分提供+5v +15v -15v 電壓供系統(tǒng)各部分使用。 at89c51 液 位 led 驅(qū)動器 繼電器 水 泵 電 源 傳感器 ad轉(zhuǎn)換 數(shù)碼管 2. 傳感器 lm1042 實現(xiàn)液位信息到電壓信號的轉(zhuǎn)換。 3. ad574a 將傳感器輸出的電壓信號經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換成數(shù)

20、字信號后送到單片機。 4. at89c51 為處理器， 實現(xiàn)液位信息的接收、 數(shù)據(jù)處理、 和輸出到 icm7218. 5. 蜂鳴器部分在單片機檢測到液位超限是由單片機驅(qū)動實現(xiàn)聲音報警。 6. 單片機對液位數(shù)據(jù)處理后輸出，由 icm7218 驅(qū)動數(shù)碼管顯示。 7. 水泵加水電路由繼電器進行控制。 2.2 核心芯片的選擇 （1）單片機 at89c51 單片機是把微型計算機主要部分集成在一塊芯片上的單芯片微型計算機。 單片機 at89c51 由 cpu、存儲器（包括 ram 和 rom）、i/o 接口、定時/計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。 1. 主要特

21、性： 8 位 cpu 內(nèi)置 4k 字節(jié)可重復編程 flash 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 全靜態(tài)工作：0hz-24hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 ram 32 根可編程 i/o 線 兩個 16 位定時器/計數(shù)器 5 個中斷源，2 個中斷優(yōu)先級 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.管腳說明： 圖 2-2 at89c51 的引腳圖 vcc:供電電壓 vss:接地 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當p1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，他可以被定義為數(shù)據(jù)/

22、地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口，當 flish 進行校驗時，p0 輸出源碼，此時 p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉位高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時， 將輸出電流， 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 在 flish 進行校驗時，p1 口作為第八地址接受。 p2 口位一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4個 ttl 門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因

23、此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。胖口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址的高八位。在給地址“1”時，他利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸出器特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在flish 編程和校驗時接受高八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是八個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接受輸出 4 個 ttl門電流。當 p3 口寫入“1”后，他們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 p3 口也作為 at8

24、9c51 的一些特殊功能口，如下所示： p3 口管腳備選功能: p3.0 rxd (串行輸入口) p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（計時器 0 外部輸入） p3.5 t1（計時器 1 外部輸入） p3.6 /wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog:當訪問外部存儲器時，地址所存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 flish

25、 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定是目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器是，將跳過一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時，ale只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高，如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 /psen:外部程序存儲器的的選通信號。在有外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部存儲器時，這兩次有效的/psen 信號講不出現(xiàn)。 /

26、ea/vpp:當/ea 保持低電平時，則在此期間外部存儲器（0000h-ffffh） ，不管內(nèi)部是否有程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖存為 reset;當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加12v 編程電源（vpp）. xtal1:反響放大振蕩器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入 xtal2:來自反響振蕩器的輸出。 3.i/o 口引腳： a:p0 口，雙向 8 位三態(tài) i/o 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時復用； b:p1 口，8 位準雙向 i/o 口 c:p2 口，8 位準雙向 i/o 口，與地址總線（高 8 位）

27、復用； d:p3 口，8 位準雙向 i/o 口，雙功能復用。 （2）傳感器 lm1042 傳感器由液位檢測專用集成芯片 lm1042 和一組熱探針組成，實現(xiàn)液位信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。lm1042 使用熱阻探針技術(shù)來測量非可燃性液體的液面高度，它能提供一正比于液位高度的輸出， 可進行單次或重復測量， 所有控制熱阻探針、檢測熱阻探針的短路和開路所需的監(jiān)控電路都集成在 lm1042 芯片內(nèi)部。此外該芯片還可采用其他傳感器信號或線性輸入作為輸入信號。 該器件采用 16 腳 dip 封裝。芯片的主要特點如下； 集成有熱阻探針的控制電路； 可單次測量或重復測量； 具有探針短路、開路檢測功能； 電源或控制輸

28、入端具有 50v 的瞬態(tài)電壓保護電路； 電源范圍 7.518v； 內(nèi)部有電源調(diào)節(jié)器； 可在-40+80的工作溫度范圍內(nèi)工作。 （3）a/d 轉(zhuǎn)換芯片 ad574a ad574a 是美國模擬數(shù)字公司推出的單片高速 12 位逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動較零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容元件即可構(gòu)成完整的 a/d 轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下: 分辨率：12 位 非線性誤差：小于1/12lbs 或1lbs 轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍：0-10v 和 0-20v，0-5v 和 0-10v 兩擋四種

29、電源電壓：15v 和 5v 數(shù)據(jù)輸出格式：12 位/8 位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 （4）數(shù)碼管驅(qū)動芯片 icm7218 icm7218是intersil公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8位led數(shù)碼管驅(qū)動電路，28 腳雙列封裝，是一種多功能 led 數(shù)碼管驅(qū)動芯片，可與多種單片機接口使用。icm7218 的輸出可直接驅(qū)動 led 顯示器，不需外接驅(qū)動電路，其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。其引腳圖和內(nèi)框圖如圖 2-4 和 2-5 所示。 圖 2-3 icm7218 引腳圖 圖 2-4 icm7218 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （5）蜂鳴器 在單片機檢測到液位超限時，將由單片機驅(qū)動蜂鳴器

30、實現(xiàn)聲音報警。 （6）繼電器 繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件， 在我們設計當中主要來做自動控制作用，我們采用+5v 的直流電來控制 220v 的交流電，以達到控制水泵的作用，因為是在這里是以一種弱電來控制強電所以安裝和使用的過程當中我們一定要注意用電安全注意事項。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯， 從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點

31、（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、 常閉”觸點， 可以這樣來區(qū)分： 繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 其中光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。 它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此88 靜態(tài) ram 十六進制譯碼器 段驅(qū)動器 位驅(qū)動器 振蕩器 控制器 多位器 寫地址計數(shù)器 id0-id7 wr mode 段碼和小數(shù)點 位選信號 間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設計當中發(fā)光源為發(fā)光

32、二極管，受光器為光敏三極管。在本設計當中我們采用光電耦合器組成開關(guān)電路的作用， 能夠很好地將單片機信號穩(wěn)定地送給繼電器驅(qū)動繼電器閉合。 （7）水泵： 定義：通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力 , 即把原動機的機械能變?yōu)橐后w能量從而達到抽送液體目的的機器統(tǒng)稱為泵。 分類：根據(jù)不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。 工作原理：1 、容積式泵: 利用工作腔容積周期變化來輸送液體。 2 、葉片泵 : 利用葉片和液體相互作用來輸送液體。 本系統(tǒng)中可選用普蘭迪 2202 的

33、水泵。 2.3 硬件原理圖 vcc+15v-15vv1220tr1tran-2p2sbr12w005gc12200uc3100uvi1vo3gnd2u17805vi1vo3gnd2u27815vi2vo3gnd1u37915c40.1uc60.1uc100.1uc20.1uc80.1uc70.1uc5100uc222200uc212200uc9100us1 圖 2-5 電源電路 （1）電源部分 本系統(tǒng)供電為市電 ac220v，經(jīng)變壓器 t1 降為交流 18v，經(jīng)整流橋堆整流后得到脈動直流電壓 18v，再分別經(jīng)三端穩(wěn)壓器 lm7805、lm7815、lm7915 分別得到 vcc(+5v)、+1

34、5v 和-15v ,其中電解電容 c1、c3、c22、c5、c7、c9 起濾波作用，c2、c4、c23、c6、c8、c10 是旁路電容，起抑制干擾的作用。電源電路如圖 2-5 所示。 （2）傳感器電路 +15vinstrt7meas1probe5sup6prbref3vref16osc c10rampr13rampc12auxout14lamp9mem c15pnpbs4u4lm1042c130.1ufc1422ufr13100kq1r1100c110.1ufc12tanzhenr310kr26.8kc1222uf 圖 2-6 傳感器電路 傳感器電路如圖 2-6 所示。在傳感器電路中， 7 腳

35、和 10 腳是用于探針 2 的調(diào)整，由于本系統(tǒng)只用到探針 1，故只需將 7 腳和 10 腳接地即可；1 腳是熱阻探針輸入端；5 腳是探針故障檢測端；6 腳是電源端；3，4 腳分別接 pnp 管的發(fā)射極和集電極用于給探針提供 200ma 的固定電流；16 腳為模擬電壓輸出端，輸出與液位成正比的模擬電壓；12,13 腳用來調(diào)整探針的測量周期；9,14 腳外接兩個電容作為探針的記憶電容，記憶探針的電壓值。 （3）a/d 轉(zhuǎn)換電路 a/d 轉(zhuǎn)換電路如圖 2-7 所示。 圖 2-7 a/d 轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)經(jīng)過采用 ad574a 芯片，其中 1 腳為電源端；10 腳輸出標準 10v 電壓經(jīng)過變阻器 r4

36、 連接到 8 腳給芯片內(nèi)部解碼網(wǎng)絡供電；9 腳為地端；12 腳外接電阻網(wǎng)絡用于調(diào)整零點，13 腳為 0-10v 量程輸入端；14 腳為 0-20v 量程輸入端，此系統(tǒng)不用；7,11 腳為基準電壓輸入端；16-19 腳接單片機 p1.4-p1.7 用于輸出低 4 位，20-27 腳接單片機 p1.0-p1.7 用于輸出高 8 位；28 腳輸出轉(zhuǎn)換完成信號，6,3,4,5 腳用于控制芯片的工作方式，2 腳接地代表芯片用于 12 位轉(zhuǎn)換。 當傳感器信號輸入 13 腳，單片機控制 6 腳為高電平，3,4,5 腳為低電平時，芯片使 28 腳輸出低電平并啟動 12 位 a/d 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后置位 28

37、腳，允許單片機讀取數(shù)據(jù)，當單片機檢測到 28 腳為高電平，控制 6 腳為高電平，3,4,5 腳為低電平讀取高 8 位，再 4,6 腳為高電平，3,5 腳為低電平讀取低 4 位，這樣就完成一次 a/d 轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取。 （4）單片機外圍電路及蜂鳴器電路 單片機外接 12mhz 晶振， 在 9 腳外接手動復位電路； p0.3 接蜂鳴器用于報警。 電路如圖 2-8 所示： id0id1id2id3id4id5id6id7writemoded0rc0csa0ceu5-28d1d2d3d4d5d6d7vccvccxtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.

38、1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/ad732p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u6at89c51program=text1.hexr172kr181ku

39、8y112.00mhzc1630pfc1730pfvccs0c1810uvccr810kq22n3906s2 圖 2-8 單片機外圍及蜂鳴器電路 writemodeid0id1id2id3id4id5id6r1110kr1210kvccvccsega27segb3segc1segd25sege2segf24segg26digit115digit216digit323digit420digit517digit622ground28/write8mode9digit721digit818id012id111id213id314id410id56id65id77vcc19dp4c11icm7218a

40、 圖 2-9 icm7218a 顯示電路 （5）icm7218a 顯示電路 icm7218a 顯示電路如圖 2-9 所示。 本系統(tǒng)顯示用的 4 位七段數(shù)據(jù)管由數(shù)據(jù)管專 用 驅(qū) 動 芯 icm7218a 驅(qū) 動 ， 27,3,1,25,2,24,26 腳 分 別 接 數(shù) 據(jù) 管 的ag,15,16,23,20 腳為位選，分別控制 4 位數(shù)碼管的亮滅，id07 為數(shù)據(jù)線，接單片機 p2 口，write,mode 是寫控制位和模式控制位，分別接單片機 p0.6,p0.7。 （6）繼電器控制水泵加水電路 該電路由繼電器 rl1 和閉合開關(guān)、光電耦合器、水泵、r7、r8、r9、r10 以及 d2、q3

41、等組成。當水位在低水位時單片機給 p3.1 送出一個高電平導通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動q3導致繼電器閉合從而讓220v的交流電接通使水泵加水。 圖 2-10 繼電器控制水泵加水電路的原理圖 u3 gdouhe jump relay-spdt 1 2 3 con3 r9 1k r15 2k r7 2k r10 10k d7 q3 npn +5v +5v k1 第三章 系統(tǒng)軟件設計 3.1 軟件功能概述 在系統(tǒng)的硬件確定以后，功能完善的軟件能夠很好的指導和協(xié)調(diào)硬件的工作，可使系統(tǒng)發(fā)揮其最大的作用，并且便利以后的更新?lián)Q代升級。一個完整的系統(tǒng)都離不開對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，為了更好的協(xié)調(diào)軟件，硬件各個部

42、分正常工作就必須對整個系統(tǒng)進行嚴密監(jiān)控。在本系統(tǒng)中定時器 t0 中斷服務程序擔任數(shù)據(jù)讀取,處理和輸出顯示任務，每隔一定的時間對 a/d 轉(zhuǎn)化進行一次采樣，并進行相應的處理，在經(jīng)過 led 驅(qū)動電路來實現(xiàn)液位的顯示。而主程序完成的任務相對簡單，它只是完成初始化和啟動 t0 定時的工作。 圖 3-1 主程序設計 顯示液位高度 傳感器測量 啟動水泵繼續(xù)供水 啟動 a/d 轉(zhuǎn)換 報警提示 啟動水泵 關(guān)閉水泵 停止供水 報警提示 關(guān)閉水泵 結(jié) 束 開 始 測量值高于上限值 測量值等于設定值 測量值低于下限值 y y y n y n y n y 圖 3-2 定時器 t0 中斷服務子程序 圖 3-3 a/d

43、 轉(zhuǎn)換子程序 3.2 主程序設計 主程序如圖 3-1 所示。系統(tǒng)開始工作時，由 lm1042 傳感器檢測出水位深度，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后，送入單片機與設定值相比較。如果測量值高于上限值則發(fā)出警報并關(guān)閉水泵；如果測量值低于下限值則發(fā)出警報并啟動水泵供水；如果測量值等于設定值則關(guān)閉水泵停止供水，并由顯示水位值，否則啟動水泵繼續(xù)供水且顯示水位值。 開 始 轉(zhuǎn)換完成 sts=1？ 寫入控制字 讀取高 8 位 計算液位值 修改控制字 逐微分離液位值并將各位放到 adv中 讀取低 4 位 結(jié) 束 重裝 id 初值 t0 c+ 記時次數(shù)t0c清零 t0計 時20次 ad讀取子程序 啟 動ad轉(zhuǎn)換 led 顯示

44、 判斷報警 開 始 結(jié) 束 n n y y 圖 3-4 led 顯示子程序 3.3 定時器 t0 中斷服務程序 t0 中斷服務程序完成的任務比較多，主要包括：每一秒啟動一次 a/d 轉(zhuǎn)換，讀取并處理數(shù)據(jù)，顯示和超限報警。t0 中斷服務程序流程圖如圖 3-2 所示：其中讀取和處理數(shù)據(jù)放到 a/d 值讀取子程序;顯示放到 led 顯示子程序；由于液位是一種變化比較緩慢的量，故只需每隔一定時間檢測一次即可滿足需要， 在此選定一秒檢測一次，即 1 秒進行一次 a/d 轉(zhuǎn)換。由于本系統(tǒng)所用晶振為 12mhz，故定時器每計時一次用時為 1/12*10 （-6） *12s=1us， 因此定時器為 16 位定

45、時器，故最多計時 216=65536 次，即計時 65536us=65.536ms，此時用定時器 t0 定時50ms，則當定時器定時 20 次，共定時 20*50ms=1s，滿足系統(tǒng)需要。據(jù) tc=m-t/t計數(shù) （t=50ms,t 計數(shù)=1us,m=216） 得 tc=15536 則定時器初值為 th0=3c， tl0=b0。返 回 開 始 icm 置于中作模式 1 寫模式控制字 icm 置于中作模式 0 輸出液位值 8 位完？ 顯 示 y x 超限預警則是通過把 a/d 轉(zhuǎn)換值與上下限值比較得出液位是否有超限，若超限則輸出高電平驅(qū)動蜂鳴器報警。 3.4 a/d 轉(zhuǎn)換子程序 a/d 轉(zhuǎn)換子程

46、序主要完成 a/d 值的讀取以及數(shù)據(jù)的處理。因為 ad574a 進行 a/d 轉(zhuǎn)換的過程中第 28 腳 sts=0， 轉(zhuǎn)換完成后 sts=1， 故啟動 a/d 轉(zhuǎn)換后要先檢測 sts，若 sts 為高電平才進行 a/d 值讀取操作，a/d 值讀取要先寫讀高8 位控制字，然后讀取高 8 位，再寫入讀低 4 位控制字然后讀取低 4 位，將讀取得到的 12 位數(shù)據(jù)用于計算得到液位值，然后再對液位值逐步分離，分別得到數(shù)碼管顯示餓百位，十位，個位和一位小數(shù)位，并將它們放到字符數(shù)組 a/d 中，用于 led 顯示，a/d 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖 3-3 所示。 3.5 led 顯示子程序 led 顯示子程序

47、主要完成液位值的顯示，本系統(tǒng)采用數(shù)碼管專用驅(qū)動芯品icm7218 驅(qū)動 4 位七段數(shù)碼管用于液位值的顯示，只需要把要顯示的數(shù)據(jù)寫入icm7218 的 ram 中即可，由于該芯品默認驅(qū)動八位數(shù)碼管，必須寫入 8 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)，而此系統(tǒng)只用低 4 位，只需把高 4 位置為隨機數(shù)即可，故先通過 icm7218的控制位 wr=0 和 mode=1 使芯片工作于方式 1，寫入控制字，然后使 mode=0 使芯片工作于方式 0，寫入 8 字節(jié)數(shù)據(jù)即可完成液位值的 led 顯示。led 顯示子程序流程圖如圖 3-4 所示。 第四章 結(jié) 論 本次畢業(yè)設計主要是由 lm1042 內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換為與液位成線

48、性關(guān)系的電壓信號， 再由 12 位逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 ad574a 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)液位信息的輸入，at89c51 從 ad574a 讀取液位信息后進行數(shù)據(jù)處理和超限判斷，隨后將處理過的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管驅(qū)動芯片 icm7218 的 ram 中，由icm7218 實現(xiàn)數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，若液位超限則由單片機驅(qū)動蜂鳴器報警。 通過這次設計，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業(yè)的認識也更加深入，使自己對本專業(yè)更加的熱愛，對專科四年的學習做了進一步的總結(jié)，更加明確了自己學習的目標和方向，由很多感悟和體驗心得。而且，對工程設計的流程和步驟有了清晰的認識，為自己日后的學習和研

49、究打下了堅實的基礎(chǔ)。 在這次系統(tǒng)設計過程中，我深刻的認識到要做好一個項目，不僅需要學好本身相關(guān)知識，還要廣泛涉獵其他學科知識。不僅需要有堅實的知識，還要有堅強的意志和精益求精的精神，追求，只有這樣才能做好工程項目。才能成為一名合格的人才。 參考文獻 1 劉守義、鐘蘇.數(shù)字電子技術(shù).西安電子科技大學出版社，2003. 2 孫亮、楊鵬.自動控制原理.北京工業(yè)大學出版社，2010 修訂版. 3 王新.微型計算機控制技術(shù).中國電力出版社，2009. 4 張毅剛、彭喜元.單片機原理及接口技術(shù).人民郵電出版社，2008. 5 梁森,歐陽三泰，王侃夫.自動檢測技術(shù)及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2010. 6

50、 莫正康.電力電子應用技術(shù).機械工業(yè)出版社，2010. 7李華.mcs-51 系列單片機實用接口技術(shù).m.北京：北京航空航天大學出版社，1993. 8王毅.單片機器件應用手冊m.人民郵電出版社，1995. 9王昌明.傳感與測試技術(shù)m.北京：北京航空航天大學出版社，2005. 10李謀主.位置檢測與數(shù)顯技術(shù)m. 北京：機械工業(yè)出版社，1993. 11張毅剛.msc_51 單片機實用子程序設計.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003. 12占躍華.c 語言程序設計.北京郵電大學出版社，2010. 13涂時亮.單片機軟件設計技術(shù)m.重慶：科學文獻出版社重慶分社，1987. 14劉存.現(xiàn)代檢測技術(shù)m.北京：機

51、械工業(yè)出版社，2005. 158-bit microcontroller with 4k bytes flash at89c51.atmel,2000. 致 謝 在此論文最終完成之際，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學和朋友表示深深感謝！ 首先感謝信息工程系的領(lǐng)導和老師對我的關(guān)心和幫助，感謝他們?yōu)槲姨峁┍憷臈l件，使我的畢業(yè)設計能順利完成。 同時，我要衷心感謝郭泉江老師，從畢業(yè)設計的開始到畢業(yè)論文的最終定稿，在此期間戴老師給了我細心的指導和幫助,郭老師淵博的知識、誠懇的為人、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度深深感染了我，讓我終生受用。在此，我向我的指導老師致以誠摯的謝意和深深的敬意。 此外,在我撰寫論文期間，還得

52、到了同班同學的支持和鼓勵,我要特別感謝賴志穎和涂東方等同學，每當我遇到困難進行不下去的時候,他們都能耐心細致地給我講解,幫助我度過了一個又一個難關(guān),我的畢業(yè)設計和論文才得以順利地進行,在此我衷心地對他們說聲:”謝謝!” 。 附 錄 附錄一 主程序代碼 #include #define a_din p1 #define icmout p2 sbit buzzer=p03; sbit icmmode=p06; sbit icmwr=p07; sbit sts=p30; sbit rc0=p31; sbit a0=p32; sbit cs0=p33; sbit ce=p34; unsigned ch

53、ar a_dv0,a_dv1; /a_d 轉(zhuǎn)換得到值 unsigned hmax,hmin; /上下限值 unsigned char a_dv4; /當前液位值 float u1,u2,h; void t0run(void); /t0 啟動子程序 void icmdis(unsigned char a_dv); /led 顯示子程序 void a_drun(void); /啟動a_d轉(zhuǎn)換子程序 unsigned char a_drea_d(void); /a_d 轉(zhuǎn)換子程序 int aaa; bit bjj(int aaa,unsigned hmax,hmin); /數(shù)值比較函數(shù) char t

54、0c=0; /t0 計時次數(shù) main() p0=0 x07; /設置輸入位 p1=0 xff; p3=0 x01; hmax=3000; /上限值，根據(jù)實際情況設定 hmin=10; /下限值 ，根據(jù)實際情況設定 t0run(); void t0run(void) /t0 啟動子程序 ie=0 x82; /啟動中斷 t0 tmod=0 x01; /設置 t0 工作于模式 1 th0=0 x3c; tl0=0 xb0; /送入計數(shù)初值 tr0=1; /啟動定時器 t0 void time0(void) interrupt 1 th0=0 x3c; tl0=0 xb0; /重裝計數(shù)初值 t0c+

55、; if(t0c19) /如果計時 20 次即 1s t0c=0; a_drun(); /啟動 a_d 轉(zhuǎn)換 a_drea_d(); icmdis(a_dv); bjj(aaa,hmax,hmin); void a_drun(void) /啟動 a_d 程序 rc0=1; /啟動 12 位轉(zhuǎn)換 cs0=0; ce=1; a0=0; unsigned char a_drea_d(void) int a_dv2; float a_dv3; a0=0; rc0=0; a_dv1=a_din; /讀取高 8 位 a0=1; a_dv0=a_din; /讀取低 4 位 a_dv0=a_dv0/8; a_

56、dv2=a_dv1*16+a_dv0; /計算 a_d 轉(zhuǎn)換值 a_dv3=(a_dv2-u1)*h/(u2-u1); /計算液位值 aaa=a_dv3*10; a_dv0=aaa%10; /逐位分離液位值 a_dv1=(aaa%100)/10; a_dv2=(aaa%1000)/100; a_dv3=aaa/1000; a_dv1=a_dv1|0 x80; /第一位顯示小數(shù)點 return a_dv4; void icmdis(unsigned char a_dv) /led 顯示子程序 char i; icmwr=0; icmmode=1; /工作模式 1 icmout=0 xb0; /輸

57、出模式控制字 icmmode=0; /工作模式 0 for(i=0;ihmax|aaahmin) buzzer=1; return 1; 附錄二 電路圖 id0id1id2id3id4id5id6id7writemoded4d5d6d7d0d1d2d3d4d5d6d7u5-28-15v+15vrc0d0aocsceinvcc+15v-15vrc0csa0ceu5-28d1d2d3d4d5d6d7vccvccin+15v+15v-15vwritemodeid0id1id2id3id4id5id6v1220tr1tran-2p2sbr12w005gc12200uc3100uvi1vo3gnd2u1

58、7805vi1vo3gnd2u27815vi2vo3gnd1u37915c40.1uc60.1uc100.1uc20.1uc80.1uc70.1uc5100uc222200uc212200uc9100uxtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/ad732p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4

59、/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u6at89c51program=text1.hexr172kr181ku8y112.00mhzc1630pfc1730pfvccs0c1810uvccr810kr1110kr1210kvccvcc1sbdb016db117db218db319db420db521db622db723db824db925db1026msb-112710vspn13vcc1bplrof12a0/s

60、c4r/c5-vs11status28dc15ref-in10an-gnd920vspn14refout8ce6cs3+vs712/82u5ad574ar5100kr6100kvccstrt7meas1probe5sup6prbref3vref16osc c10rampr13rampc12auxout14lamp9mem c15pnpbs4u4lm1042c130.1ufc1422ufr13100kq1c200.1ufc12tanzhenr26.8kc3022ufs1q22n3906s244%r110050%r310k50%r7100k50%r4100ksega27segb3segc1segd