水塔智能水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)水塔智能水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要水塔水位的控制系統(tǒng)是我國(guó)供水系統(tǒng)較為常用的，水塔供水的主要問(wèn)題是塔內(nèi)水位應(yīng)該始終保持在一定的范圍內(nèi)，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)，而智能控制系統(tǒng)的成本低，安裝方便，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便生活的水塔水位控制的理想裝置。本設(shè)計(jì)介紹的是一種由AT89C51單片機(jī)為主控元件的電壓傳感器的水塔水位測(cè)量系統(tǒng)。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。測(cè)量時(shí)首先由安裝在塔底的壓力傳感器感應(yīng)被測(cè)

2、水位高度并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波、放大，輸出相應(yīng)的直流電壓信號(hào)，然后輸入到串行的A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，模-數(shù)轉(zhuǎn)換以后得到的數(shù)字信號(hào)直接送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)分析處理后根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果通過(guò)繼電器對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制，從而進(jìn)行對(duì)水位的控制，于此同時(shí)將測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。關(guān)鍵詞:單片機(jī);壓力傳感器;水位控制Water towers intelligent water level control system designAbstract Water towers water level control system is relatively commonly used in

3、the Chinese water supply system; the main problem of the water towers water supply is the water level in the water tower should always remain within a certain range, to avoid the “empty tower”, “overflow” tower phenomenon. Traditional control mode exist the shortcoming of control precision low, ener

4、gy consumption big, and the cost of intelligent control system is low, easy installation, and good sensitivity, it is the ideal device to save water, to facilitate the life of the water towers water level control. This design introduces is AT89C51 microcontroller as a master component of the voltage

5、 sensor of the water towers water level measurement system. The pressure sensor is generally composed by the elastic sensing element and displacement sensitive components. The role of the elastic sensing element is to make tested pressure in a certain area and converted to displacement or strain, th

6、en the displacement sensitive components or strain gauge is converted to a certain relationship with the pressure of the electrical signals. First the pressure sensor installed in the bottom of the sensor measured the height of water level measurements and converted into electrical signals, after th

7、e signal conditioning circuit filtering，amplification, output DC voltage signal, the enter the serial A/D converter for analog-digital conversion, after analog-digital conversion, the digital signal directly into the microcontroller, after microprocessor analysis processing according to the results

8、through a relay to control the pump motor, thus control of water level, at the same time the measurement results are displayed.Key words: SCM; pressure sensor; water level control目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1水塔水位的產(chǎn)生背景11.2水塔水位的研究現(xiàn)狀11.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用31.4設(shè)計(jì)中水泵的工作方式31.5本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容4第2章 方案論證52.1 采樣模塊62.1.1 繼電器開(kāi)關(guān)式6

9、2.1.2 壓力傳感器72.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換72.2.1 AD轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)72.2.2 串并行AD轉(zhuǎn)換器的選取72.2.3 AD轉(zhuǎn)換器芯片型號(hào)的選取82.3 控制模塊82.3.1 繼電器的介紹82.3 顯示模塊102.3.1 LED顯示器102.3.2 LCD顯示器10第3章 硬件方案設(shè)計(jì)123.1 單片機(jī)AT89C51123.1.1 主要特性133.1.2 管腳說(shuō)明143.2 壓力傳感器183.2.1 技術(shù)參數(shù)183.2.2 特點(diǎn)193.2.3 工作原理與電路圖203.3 A/D轉(zhuǎn)換器TLC0834203.3.1 TLC0834主要特點(diǎn)203.3.2 工作特點(diǎn)213.3.3 引腳功能223.4

10、LCD顯示器233.4.1 1602顯示器主要技術(shù)參數(shù)243.4.2 1602LCD特性24引腳功能243.5 繼電器輸出253.6 報(bào)警263.7 電子狗及復(fù)位273.7.1 X25045引腳圖27復(fù)位電路283.7.3 單片機(jī)與電子狗、復(fù)位電路圖283.8穩(wěn)壓電源293.8.1 穩(wěn)壓電源工作原理293.8.2 LM7805303.9時(shí)鐘電路31第4章 軟件方案設(shè)計(jì)334.1 水塔水位控制主程序334.2 中斷報(bào)警程序344.3 看門(mén)狗程序35第5章 總結(jié)37參考文獻(xiàn)38致 謝39附 錄40 第1章 緒論1.1水塔水位的產(chǎn)生背景從古至今，洗衣做飯、灌溉農(nóng)田，水資源一直都在人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中

11、起著至關(guān)重要的作用，突然斷水，不僅會(huì)給人們的生活帶來(lái)大大的不便，而且如果長(zhǎng)時(shí)間缺水，則很有可能造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害甚至更大的損失。因此，供水系統(tǒng)往往是建筑、生產(chǎn)或企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口密度的不斷增加，水資源的利用率與節(jié)約用水意識(shí)就相對(duì)越發(fā)重要了。在工業(yè)與民用建筑中，水塔是一種比較常見(jiàn)而又特殊的建筑，水塔是用于儲(chǔ)水和配水的高聳結(jié)構(gòu)，用來(lái)保持和調(diào)節(jié)給水網(wǎng)中的水量和水壓，如果水塔的施工質(zhì)量不好，輕則會(huì)造成滲漏水浪費(fèi)水資源，重則報(bào)廢不能使用。針對(duì)水塔的工作過(guò)程和性質(zhì)，水塔水位的檢測(cè)與控制是其重中之重，用水者使用水會(huì)導(dǎo)致水塔水位的下降，為了保證用戶的用水需求不會(huì)造成

12、斷水現(xiàn)象，水塔內(nèi)應(yīng)始終存有足夠量的儲(chǔ)水，這時(shí)需將水塔內(nèi)設(shè)置一個(gè)水位下限值，當(dāng)水塔內(nèi)水位達(dá)到下限值時(shí)就需要向水塔內(nèi)注水；但同時(shí)水塔內(nèi)的水位又不能使水溢出水塔造成水資源浪費(fèi)，這時(shí)候又需要給水塔設(shè)置一個(gè)水位上限，當(dāng)水位達(dá)到水塔上限值時(shí)應(yīng)立即停止向水塔注水。在這個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程中，如果通過(guò)人工監(jiān)測(cè)水位控制水塔內(nèi)水量會(huì)浪費(fèi)大量的人力資源，因此，在現(xiàn)代水塔供水系統(tǒng)中采用智能水位控制是不可避免的趨勢(shì)。1.2水塔水位的研究現(xiàn)狀在水塔供水系統(tǒng)中，水塔必須滿足兩個(gè)前提：第一，保證水塔內(nèi)水量，不能造成缺水現(xiàn)象；第二，保證水塔內(nèi)蓄水不溢塔，造成水資源浪費(fèi)。而現(xiàn)階段的水塔智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用三種手段可實(shí)現(xiàn)上述功能：（

13、1）PLC水塔水位控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)在蓄水池和水塔分別各自采用一個(gè)液位傳感器，以為量取其各自的高低水位。他們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳往PLC（可編程邏輯控制器），然后經(jīng)由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、比較，最后輸出控制水泵和電磁閥。系統(tǒng)通過(guò)PLC啟動(dòng)后，當(dāng)水池液位低于水池傳感器下線液位時(shí)，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里注水，過(guò)5S以后，若水池液位沒(méi)有超過(guò)水池傳感器下線液位時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。待水位開(kāi)始上升并被相應(yīng)的液位傳感器檢測(cè)到時(shí)自動(dòng)熄滅報(bào)警。若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池傳感器下限液位向PLC輸入一個(gè)固定值，表示現(xiàn)在水位高于下限水位。當(dāng)水位液面高于上限水位時(shí)，電磁閥關(guān)閉停止向水池注水；當(dāng)水塔水位低于水塔下限時(shí)，則水塔傳感器下限水位

14、檢測(cè)不到有水，水泵開(kāi)始工作，向水塔供水，當(dāng)10S以后，若水塔液位沒(méi)有超過(guò)水塔傳感器下線液位時(shí)，則發(fā)出警報(bào)。（2）單片機(jī)智能水塔水位控制：該系統(tǒng)中，單片機(jī)是控制的核心模塊，分析處理傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)等，除此之外，該系統(tǒng)還包括了以差壓傳感器為主的信號(hào)采集模塊，以水泵為主的注水啟停驅(qū)動(dòng)模塊，及報(bào)警、顯示模塊等。首先通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)水塔水位，然后把水位數(shù)據(jù)傳送到水塔處的單片機(jī)，單片機(jī)把數(shù)據(jù)與所設(shè)定的水位上下限作比較，如果水位低于下限，則啟動(dòng)抽水機(jī)抽水，保證水塔的水足夠，如果水位達(dá)到了上限，則及時(shí)停止抽水，防止“溢塔”而浪費(fèi)水，并且水位的上下限隨時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況由撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)

15、該單片機(jī)控制無(wú)線發(fā)送器把水位數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制室的單片機(jī)處顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的。（3）光纖傳感器在水塔水位檢測(cè)中的應(yīng)用研究：該方案的檢測(cè)系統(tǒng)分別由中央控制式的中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場(chǎng)采集單(或數(shù)據(jù)采集單元)組成?，F(xiàn)場(chǎng)采集單元對(duì)水塔的水位信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存貯；中央監(jiān)控單元可以定期或不定期地從現(xiàn)場(chǎng)采集單元獲取數(shù)據(jù)并完成圖像監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印及數(shù)據(jù)庫(kù)管理。而中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場(chǎng)采集單元之間通過(guò)CAN總線連接在一起，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，中央監(jiān)控單元處于主控位置，而現(xiàn)場(chǎng)采集單元可以隨時(shí)響應(yīng)中央監(jiān)控單元的命令。其現(xiàn)場(chǎng)采集單元由單片機(jī)8C552及采集、存儲(chǔ)、顯示、遙控和通信模塊組成，每

16、個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集單元可與光纖液位傳感器及光纖液位報(bào)警器等16個(gè)設(shè)備相接。之所以應(yīng)用CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由于CAN網(wǎng)絡(luò)具有方便靈活、突出特性，抗干擾性、可靠性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。所有的光纖液位傳感器及光纖液位報(bào)警器都可以通過(guò)一對(duì)雙絞線串接在一起，節(jié)省了空間、簡(jiǎn)化了布線。1.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在

17、一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。1.4設(shè)計(jì)中水泵的工作方式本次設(shè)計(jì)中水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工

18、作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然節(jié)能省電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開(kāi)、停時(shí)間比、開(kāi)、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。1.5本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容水塔智能水位控制系統(tǒng)是一個(gè)完整的液位控制系統(tǒng)，它包括采樣、處理、控制等部分組成，論文將論述整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、基本結(jié)構(gòu)框架、主要硬件設(shè)計(jì)與軟件程序這幾部分問(wèn)題。水塔智能水位控制系統(tǒng)對(duì)水位的監(jiān)控具有嚴(yán)格的要求，所以如何設(shè)計(jì)水塔水位的檢測(cè)將是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。本論文各章節(jié)的安排如下：第1章：介紹了水塔水位的研究現(xiàn)狀,并且介紹了部分重要組件的應(yīng)用。第2章：從設(shè)計(jì)成本及實(shí)現(xiàn)智能控制角度，給出總體設(shè)計(jì)框圖及方案

19、，介紹系統(tǒng)各組成模塊的功能。第3章：對(duì)系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)的硬件選型設(shè)計(jì)，及各個(gè)組成部分之間的連接方式。第4章：水塔智能水位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及軟件程序流程圖。第5章：對(duì)本次論文的所有設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。第2章 方案論證本次對(duì)水塔智能水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用以51單片機(jī)為核心，由采樣模塊、控制模塊、顯示模塊、電源模塊、時(shí)鐘復(fù)位等組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖2.1所示。圖2.1 水塔智能水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖測(cè)量時(shí)首先由安裝在塔底的壓力傳感器感應(yīng)被測(cè)水位高度并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波、放大，輸出相應(yīng)的直流電壓信號(hào)，然后輸入到串行的A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，模-數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)直

20、接送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析處理后根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果通過(guò)繼電器對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制，從而進(jìn)行對(duì)水位的控制，于此同時(shí)將測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。2.1 采樣模塊對(duì)于水塔水位有多種測(cè)量方式：繼電器開(kāi)關(guān)式、電容式、超聲波式、壓力傳感器式等。根據(jù)不同的系統(tǒng)要求、技術(shù)上的可行性及成本的經(jīng)濟(jì)性等多方面的考慮來(lái)選擇不同的測(cè)量方法。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字化、智能化產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)日趨廣泛，液位的檢測(cè)與控制也早已進(jìn)入數(shù)字化控制世界。 繼電器開(kāi)關(guān)式1、杠桿式利用液體的浮力，通過(guò)杠桿傳動(dòng)，水位上升至一定高度使觸頭發(fā)生切換，從而達(dá)到控制水位的目的，這種方法最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。2、電極式利用水的導(dǎo)電性，設(shè)置上限

21、位電極與下限位電極，當(dāng)水位浸沒(méi)上線位電極時(shí)，上、下電極導(dǎo)通而引起繼電器動(dòng)作，使用這種方法時(shí)為了防止電極在水中長(zhǎng)期通直流電發(fā)生極化腐蝕，應(yīng)該采用交流源取樣電路。 3、電容式在水中放入兩根平行的電極，其中一根電極表面敷有絕緣層，這樣在兩根電極間便構(gòu)成一個(gè)電容C，其容量與電極沒(méi)入水中的深度成正比。用C構(gòu)成的振蕩器周期T也跟水深成正比。4、超聲波式由超聲波發(fā)射裝置和超聲波接受裝置組成，發(fā)射裝置發(fā)射恒定的40KHz超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到水位表面反射回來(lái)被超聲波接受裝置接受。根據(jù)水位不同，接受的信號(hào)強(qiáng)弱就不同，距離遠(yuǎn)的信號(hào)弱，距離近的信號(hào)強(qiáng)。 壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器。通常把壓力測(cè)量?jī)x表

22、中的電測(cè)式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。有時(shí)把這兩種元件的功能集于一體。本次設(shè)計(jì)中將壓力傳感器安裝于水塔的底部，根據(jù)流體的性質(zhì)，傳感器檢測(cè)的壓力大小只與水塔中水位的高度成正比，而與水塔的截面積無(wú)關(guān)。壓力傳感器與智能數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)可精確控制液位的高度，并可以實(shí)時(shí)顯示各測(cè)點(diǎn)液位的數(shù)值，所以壓力傳感器是當(dāng)今應(yīng)用較為廣泛的一種，也是自動(dòng)化工程的寵兒。所以本次設(shè)計(jì)采用的是壓阻式應(yīng)變壓力傳感器。2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換當(dāng)壓

23、力傳感器檢測(cè)出水塔的液位高度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出時(shí)，此信號(hào)為模擬信號(hào)仍然不能直接送給單片機(jī)進(jìn)行分析比較，需要在送單片機(jī)之前進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD轉(zhuǎn)換）,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再傳送給單片機(jī)。 AD轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)（1）按數(shù)字輸入方式可分為并行AD轉(zhuǎn)換器和串行AD轉(zhuǎn)換器。（2）按工作原理及特點(diǎn)可分為積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、V-F變換型等。（3）按輸出極性可分為單極性和雙極性。 串并行AD轉(zhuǎn)換器的選取串行AD轉(zhuǎn)換器比并行AD轉(zhuǎn)換器節(jié)約串口資源，沒(méi)有并行8位通道間的相互干擾，現(xiàn)在已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)中，故本次設(shè)計(jì)選用的就是串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 2.2.3 AD轉(zhuǎn)換器芯片型號(hào)的

24、選取串行AD轉(zhuǎn)換器的集成芯片也是種類(lèi)繁多，其中TLC0832與TLC0834都是被廣泛應(yīng)用的芯片。TLC0832是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有兩個(gè)多路選擇的輸入通道，與單片機(jī)或控制器通過(guò)三線接口連接，具有8位分辨率，5V單電源供電，輸入與輸出電平與TTL和CMOS兼容等特點(diǎn)。而TLC0834同樣是8位分辨率，5V單電源供電，輸入輸出電平與TTL和CMOS兼容的串行逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器，但是TLC0834在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中采用光電隔離方式，使其具有較強(qiáng)的抗干擾性能，故本次水塔水位智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是TLC0834芯片。2.3 控制模塊本文對(duì)水塔水位所設(shè)計(jì)控制模塊主要包括以單片

25、機(jī)為核心的，通過(guò)繼電器控制的水泵的工作過(guò)程的設(shè)計(jì)。對(duì)水泵電機(jī)控制的設(shè)計(jì)雖然多種多樣，但是考慮繼電器的特點(diǎn)是小電流控制大電流，不僅是一種可以自動(dòng)控制的電器，而且對(duì)系統(tǒng)線路還兼有保護(hù)作用，同時(shí)，通過(guò)繼電器控制電機(jī)啟停技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于此類(lèi)設(shè)計(jì)中，相對(duì)安全可靠，深受設(shè)計(jì)者喜愛(ài)。 繼電器的介紹繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中主要來(lái)做自動(dòng)控制作用，系統(tǒng)采用+5V的直流電來(lái)控制220V的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用，因?yàn)槭窃谶@里是以一種弱電來(lái)控制強(qiáng)電，所以安裝和使用的過(guò)程當(dāng)中一定要注意用電安全注意事項(xiàng)。磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈

26、中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。常用的繼電器可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及干簧繼電器等。（1）熱繼電器是一種通過(guò)電流簡(jiǎn)介反應(yīng)被控電器發(fā)熱狀態(tài)

27、的防護(hù)器件。（2）干簧繼電器是一種新型密封觸點(diǎn)的繼電器，它既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電，兼有普通電磁繼電器的觸點(diǎn)和磁路系統(tǒng)的雙重作用，具備快速動(dòng)作、靈敏度高、穩(wěn)定可靠和消耗功率低等優(yōu)點(diǎn)。（3）時(shí)間繼電器是在電路中對(duì)動(dòng)作時(shí)間起控制作用的繼電器。（4）中間繼電器具有觸點(diǎn)多、觸點(diǎn)電流大和動(dòng)作靈敏等特點(diǎn)，常用于某一電器與被控電路之間，以擴(kuò)大電器的控制觸點(diǎn)數(shù)量和容量。（5）電流繼電器和電壓繼電器屬于常用的電磁繼電器之一。如果繼電器是按通入線圈的電流的大小而動(dòng)作的，就是電流繼電器，電流繼電器是串聯(lián)在負(fù)載中使用的，其線圈匝數(shù)少、內(nèi)阻低，可以保護(hù)線路不因電流過(guò)大而收到損壞；如果繼電器是按照施加到線圈上的電壓大小來(lái)動(dòng)作的，

28、就是電壓繼電器，電壓繼電器與負(fù)載電路并聯(lián)工作，所以線圈匝數(shù)較多、阻抗較高。故本次對(duì)于水泵電機(jī)的控制選用的是電流繼電器。2.3 顯示模塊測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）兩種。 LED顯示器LED顯示器通常是由多位LED數(shù)碼管排列而成，每位數(shù)碼管內(nèi)部有8個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中七個(gè)發(fā)光二極管擺成七筆字形“”，還有一個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。這種顯示塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種，八個(gè)二極管的陰極并接成一個(gè)公共端稱為共陰極；八個(gè)二極管的陽(yáng)極并接成一個(gè)公共端，稱為共陽(yáng)極。其主要是通過(guò)這些發(fā)光二級(jí)管的亮滅來(lái)顯示字符。為了在LED上顯示數(shù)字，必須將要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)

29、換成相應(yīng)的段選碼，這可通過(guò)硬件譯碼或軟件譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件譯碼電路由鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器組成，鎖存器用于所存每位要顯示數(shù)字的四位二進(jìn)制代碼或BCD碼，譯碼器通過(guò)驅(qū)動(dòng)器與LED顯示器的8個(gè)發(fā)光二極管相連，使相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，顯示出數(shù)字或字符。 LCD顯示器液晶顯示品種多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，字符型液晶顯示電路板有兩種點(diǎn)陣顯示字符：5×7和5×10；每種點(diǎn)陣又分為1行、2行和4行三類(lèi)，沒(méi)行有8、16、20、40、80等多種字符位長(zhǎng)度，LCD液晶顯示器主要是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，它兼有液體的流動(dòng)性和晶體的光學(xué)特性，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控

30、制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生顯示畫(huà)面。LCD顯示器具有低壓功耗小，顯示信息量大，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)針對(duì)水塔水位高度的顯示選用了LCD顯示器。此次顯示水位用的是5×7點(diǎn)陣2行16位字符長(zhǎng)度的1602液晶顯示器。 第3章 硬件方案設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)AT89C51與87C51相比，AT89系列的優(yōu)越性在于其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，可保存10年；編程/擦除速度快，全4K字節(jié)編程只需時(shí)3s，擦除時(shí)間約用10ms；AT89系列可實(shí)現(xiàn)在線編程。如圖3.1所示為本次設(shè)計(jì)采用的AT89C51單片機(jī)，AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性

31、能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes 閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes 的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，可用于許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0 Hz，并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼

32、續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。 圖3.1 AT89C51單片機(jī)引腳圖 主要特性（1）與MCS-51兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年（3）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz（4）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（5）128*8位內(nèi)部RAM（6）32可編程I/O線（7）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（8）5個(gè)中斷源（9）可編程串行通道（10）低功耗的閑置和掉電模式（11）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明 （1）VCC：供電電源（2）GND：接地（3）P0口：P0口為一個(gè)8位漏極

33、開(kāi)路雙向I/O口，每個(gè)引腳可吸收8個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。（4）P1口：P1口是一個(gè)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4個(gè)TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。（5）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器

34、可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，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。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（6）P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(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

35、電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3.1所示： 表3.1 P3口線的第二功能口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 （8）ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址

36、鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。（9）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/

37、PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 （10）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 （11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （12）XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。如圖3.2所示為AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其重要包括中央處理器CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時(shí)鐘電路等幾部分組成。圖3.2

38、 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2 壓力傳感器LDN500系列壓力傳感器選用沒(méi)過(guò)進(jìn)口的高精度、高穩(wěn)定性、隔離式敏感組件，該組件把固態(tài)集成工藝與隔離膜片技術(shù)結(jié)合在一起，產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作，扔保持優(yōu)良的靈敏度、線性度和穩(wěn)定性，因此，在本次對(duì)于水塔水位的檢測(cè)中選用了該系列的壓力傳感器。LDN500 系列傳感器、變送器的核心是美國(guó)高性能的隔離式傳感器組件，該組件的敏感元件是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，在單晶硅上擴(kuò)散一個(gè)惠斯登電橋，然后利用先進(jìn)的膜片和充硅油隔離技術(shù)封裝而成。被測(cè)介質(zhì)壓力通過(guò)隔離膜片及密封硅油傳遞到硅膜片上，參考端的壓力（大氣壓、真空或密封壓）作用于硅膜片的另一側(cè)。兩邊的差壓使硅膜片的一側(cè)受

39、壓縮，一側(cè)受拉伸，由于壓阻效應(yīng)，四個(gè)橋臂電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失衡，敏感元件輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)壓力變化的電信號(hào)。 輸出的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)差分放大，電壓電流轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，通過(guò)放大和非線性矯正環(huán)路的補(bǔ)償，以及精密的二次溫度補(bǔ)償，產(chǎn)生與輸入壓力成線性關(guān)系的420mADC二次制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。LDN500系列產(chǎn)品在070的溫度范圍內(nèi)，溫度誤差小于0.5%FS，傳感器信號(hào)經(jīng)精密溫度補(bǔ)償，放大處理轉(zhuǎn)換成420mADC（或15VDC）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可與DDZ-III、DDZS系列儀表以及工業(yè)計(jì)算機(jī)或集散系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和控制。 技術(shù)參數(shù)（1）量程：010kPa - 040MPa（2）壓力類(lèi)型：表壓（及負(fù)壓

40、），絕壓，密封壓（3）最大過(guò)載：2倍極限壓力（4）測(cè)量介質(zhì)：與302不銹鋼兼容的各種液體（5）使用溫度：-4085（6）補(bǔ)償溫度：070（7）儲(chǔ)存溫度：-55125（8）振力：10g（202000Hz）（9）沖擊：100g 11mS（10）非線性：0.1%FS（11）重復(fù)性、遲滯：0.05%FS（12）長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.1%FS/年（13）零位溫漂：±0.2%FS（14）滿度溫漂：±0.2%FS（15）電源電壓：恒流1.5mADC或恒壓12VDC供電（16）電磁兼容/射頻干擾：10伏/米（17）抗雷擊（18）反向保護(hù)：加反壓45VDC安全（19）外殼材料：302不銹鋼（20）

41、隔離膜片材料：316不銹鋼 特點(diǎn)（1）量程寬：010kPa - 040MPa（2）堅(jiān)固可靠的不銹鋼外殼（3）高精度、高穩(wěn)定性（4）體積小、重量輕、安裝方便（5）電路經(jīng)特殊工藝處理，100%防水防潮（6）完備的電路功能 工作原理與電路圖將壓力傳感器安裝在水塔底部，水塔內(nèi)水位液面與底部形成一定壓力，水位液面越高，壓力越大；水位液面低，壓力越小。 圖3.3 壓力傳感器及調(diào)理電路圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換器TLC0834將水塔水位測(cè)量出的信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行比較之前，還需要將測(cè)量到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD轉(zhuǎn)換）。 TLC0834主要特點(diǎn)TLC0834是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器

42、，具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。另外，其輸入基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。在全8位分辨率下，它允許任意小的模擬電壓編碼間隔。由于TLC0834采用的是串行輸入結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省51系列單片機(jī)IO資源，價(jià)格也較適中。其主要特點(diǎn)如下：（1）8位分辨率（2）易于和微處理器接口或獨(dú)立使用（3）可滿量程工作（4）可用地址邏輯多路器選通4輸入通道（5）單5V供電，輸入范圍為05V（6）輸入和輸出與TTL、CMOS電平兼容（7）時(shí)鐘頻率為250kHz時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為32s（8）總調(diào)整誤差為±1LSB 工作特點(diǎn)TLC0

43、834可通過(guò)和控制處理器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來(lái)傳送控制命令，因而，可用軟件對(duì)通道進(jìn)行選擇和輸入端進(jìn)行配置，其控制邏輯表如表3.2所列。輸入配置可在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行。多路器地址可通過(guò)DI端移入轉(zhuǎn)換器。多路器地址選擇模擬輸入通道可決定輸入是單端輸入還是差分輸入。當(dāng)輸入是差分時(shí)，應(yīng)分配輸入通道的極性，并應(yīng)將差分輸入分配到相鄰的輸入通道對(duì)中。例如通道0和通道1可被選為一對(duì)差分輸入。另外，在選擇差分輸入方式時(shí)，極性也可以選擇。一對(duì)輸入通道的兩個(gè)輸入端的任何一個(gè)都可以作為正極或負(fù)極。通常TLC0834在輸出以最高位（MSB）開(kāi)頭的數(shù)據(jù)流后，會(huì)以最低位（LSB）開(kāi)頭重輸出一遍（前面的數(shù)據(jù)流）。 表3.2

44、TLC0834多路器的控制邏輯表多 路 器 地 址通 道 號(hào)SGL/ODD/SELECT BITICH0 CH1 CH2 CH3LLHHLHLHLHLH + - + - + - - +HHHHLLHHLHLH + + + + 引腳功能如圖3.4所示為T(mén)LC0834芯片引腳圖。圖3.4 TLC0834引腳圖引腳功能：（1）CH0CH3為模擬輸入端；（2）為片選端；（3）DI為串行數(shù)據(jù)輸入，該端僅在多路器尋址時(shí)才被檢測(cè)；（4）DO為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；（5）CLK為時(shí)鐘；（6）SARS為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；（7）REF為參考電壓輸入端

45、；（8）VCC為電源；（9）DGTLGND為數(shù)字地，（10）ANGLGND為模擬地。3.4 LCD顯示器字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊，本次對(duì)于水塔水位的顯示采用的就是長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器。圖3.5 LCD 1602引腳圖 1602顯示器主要技術(shù)參數(shù)顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作電壓：工作電流：2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm 3.4.2 1602LCD特性（1）+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)

46、（2）內(nèi)含復(fù)位電路（3）提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM（5）內(nèi)建有160個(gè)5×7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM（6）8個(gè)可由用戶自定義的5×7的字符發(fā)生器CGRAM 引腳功能 表3.2 1602 LCD引腳功能表引腳符號(hào)功能引腳符號(hào)功能1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.5 繼電器輸出在水塔水位控制系統(tǒng)中

47、，水塔內(nèi)的水位及液位面與水塔底部的壓力必須依靠電機(jī)水泵的啟停來(lái)維持，而電機(jī)水泵的啟停又由繼電器控制，其控制電路如下圖圖3.5所示。圖3.6 繼電器控制電路圖在繼電器控制電路中，當(dāng)單片機(jī)P1.2端口輸出低電平時(shí)，KM1導(dǎo)通，繼電器吸合；當(dāng)P1.2輸出為高電平時(shí)，KM1截止，繼電器不吸合。在繼電器吸合到斷開(kāi)的瞬間，由于線圈中的電流不能突變，將在線圈產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電壓，使晶體管集電極承受很高電壓，有可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管VT1，為此在繼電器線圈兩端并接一個(gè)續(xù)流二極管VD1，使線圈兩端的感應(yīng)電壓被嵌位在0.7V左右。正常工作時(shí)，線圈上的電壓上正下負(fù)，二極管VD1截止，對(duì)電路沒(méi)有影響。由于繼電器由吸合到

48、斷開(kāi)的瞬間會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，當(dāng)吸合電流比較大時(shí)，在單片機(jī)與繼電器之間需要增加隔離電路，如光耦等，在圖3.5中，7407是邏輯門(mén)驅(qū)動(dòng)芯片，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的口線無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器，所以7407的作用就是加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。3.6 報(bào)警為了防止水塔水位過(guò)高溢出水塔造成水資源，以及水塔水位過(guò)低蓄水不足導(dǎo)致供水短缺的現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生，在設(shè)計(jì)水塔水位智能控制系統(tǒng)的過(guò)程中，設(shè)置了兩處報(bào)警裝置：上限報(bào)警MAX與下限報(bào)警MIN。本電路采用兩種不同顏色的發(fā)光二極管（紅、綠）表示不同的水位情況，即紅燈亮的時(shí)候表示水位超上限，綠燈亮的時(shí)候表示水位低于下限。如圖3.6為報(bào)警電路圖。 圖3.7 上、下限報(bào)警電路圖報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)思路

49、是首先把上、下限報(bào)警值分別存在XMAX和XMIN單元中，然后取本次采樣值Xi先與上限值MAX進(jìn)行比較，如果大于上限報(bào)警值，單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào)，使繼電器斷開(kāi)，水泵電機(jī)停止向水塔內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī)P1.1輸出低電平，使LED1亮，進(jìn)行上限報(bào)警；如果采樣值Xi小于上限報(bào)警值，則繼續(xù)講采樣值Xi與下限報(bào)警值想比較，若小于下限報(bào)警值，單片機(jī)送出低電平信號(hào)，這時(shí)繼電器吸合，水泵電機(jī)開(kāi)始向水塔內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī)P1.0輸出低電平，使LED2亮，進(jìn)行下限報(bào)警；如果采樣值既不大于上限值也不小于下限值，則直接送采樣值到顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)液位顯示。3.7 電子狗及復(fù)位在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)

50、的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱看門(mén)狗。在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器，看門(mén)狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門(mén)狗，那么看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門(mén)狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。X25045是美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的一種標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性

51、，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。 X25045引腳圖如圖3.7所示為X25045看門(mén)狗集成芯片引腳圖。圖3.8 X25045引腳圖第1腳：芯片使能信號(hào)第2腳：串行數(shù)據(jù)輸出腳，在一個(gè)讀操作的過(guò)程中，數(shù)據(jù)從SO腳移位輸出。在時(shí)鐘的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)改變。第3腳：當(dāng)引腳為低時(shí)，芯片禁止寫(xiě)入，但是其他的功能正常；當(dāng)引腳為高電平時(shí)，所有的功能都正常。第4腳：電源地第5腳：串行數(shù)據(jù)輸入腳第6腳：串行時(shí)鐘，控制總線上數(shù)據(jù)輸入和輸出的時(shí)序第7腳：復(fù)位信號(hào)端第8腳：電源正極 復(fù)位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電

52、復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類(lèi)型：微分型復(fù)位電路、積分型復(fù)位電路、比較器型復(fù)位電路以及看門(mén)狗型復(fù)位電路。 單片機(jī)與電子狗、復(fù)位電路圖如圖3.8所示為單片機(jī)與電子狗、復(fù)位電路連接圖。 圖3.9 單片機(jī)與電子狗、復(fù)位電路連接圖3.8穩(wěn)壓電源不穩(wěn)定的電壓會(huì)給設(shè)備造成誤動(dòng)作或者致命傷害，影響生產(chǎn)，同時(shí)加速設(shè)備的老化，影響使用壽命甚至燒毀配件，會(huì)使用戶面

53、臨需要維修的困擾或短期內(nèi)就要更新設(shè)備，浪費(fèi)資源，嚴(yán)重者甚至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。 穩(wěn)壓電源工作原理如下圖3.9所示為穩(wěn)壓電源工作原理圖，工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、整流、濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過(guò)采樣點(diǎn)路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到和基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過(guò)調(diào)節(jié)器使輸出減小。 圖3.10 穩(wěn)壓電源工作原理框圖 LM7805LM7805三端穩(wěn)壓電源所需外圍元件極少，電路內(nèi)

54、部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜，在電子制作中經(jīng)常采用。圖3.11 LM7805引腳圖如上圖圖3.10所示，LM7805集成芯片有三個(gè)引腳：（1） 引腳1接輸入（2） 引腳2接地（3） 引腳3接輸出如表3.3所示為L(zhǎng)M7805的相關(guān)參數(shù)表表3.3 LM7805參數(shù)表參數(shù)符號(hào)典型值單位輸出電壓V05.0V靜態(tài)電流IQ8mA輸出電壓溫漂V0/T0.8mV/輸出阻抗R015m短路電流1SC230mALM7805的特點(diǎn)：（1）最大輸出電流1.5A（2）輸出電壓5V（3）熱過(guò)載保護(hù)（4）短路保護(hù)3.9時(shí)鐘電路本次設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路我選用的是晶振電路。在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕