【正文】 變化甚至是災(zāi)害預(yù)警提供可靠的支持 。 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨即存儲器 RAM，只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定 時(shí)器、計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 中央處理器 CPU 是單片微型計(jì)算機(jī)指揮、執(zhí)行中心，由它讀程序并執(zhí)行指令。CPU功能，是以不同方式來執(zhí)行各種指令。有的指令涉及到各個(gè)寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機(jī)核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部器件發(fā)生關(guān)系。總的來說 CPU是通過復(fù)雜的時(shí)序電路來完成不同的指令功能的。 對于本設(shè)計(jì)單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使實(shí)現(xiàn)這設(shè)計(jì)不難實(shí)現(xiàn)。同時(shí)， C 語言是單片機(jī)的重要“組成”，如果能掌握好 C 語言編程，這將很大程度上提高了開發(fā)效 率。 在設(shè)計(jì)過程中我們采用了軟硬件雙結(jié)合的方式，軟件設(shè)計(jì)的方法簡化了硬件的要求，為設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。單片機(jī)采用的 STC89C52的單片機(jī)。 設(shè)計(jì)思路及方案 水位傳感方式的選擇 簡單的控制方式有浮標(biāo)式、電極式等，這些控制方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。但有很多問題存在，比如是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤查，且只能單獨(dú)控制，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接比較難實(shí)現(xiàn)，很難快速準(zhǔn)確傳輸信號，所以不利于水位信號的傳送 。 位 傳感 器的特點(diǎn)及應(yīng)用 水位 浮球開關(guān) 特點(diǎn)： 1小型浮球液位開關(guān)是一 種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的液位控制零件，它設(shè)有復(fù)雜的電路，不會受到干擾 ， 只要材質(zhì)選擇正確，任何性質(zhì)液體、壓力、溫度皆可使用。液體介質(zhì)性質(zhì)與浮球關(guān)系 ： 2液體比重不同時(shí)，浮球的動(dòng)作位置將會有所變動(dòng)，一般 SG比水小時(shí)，浮球浸在液體中部分將相對增多。水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 5 3 浮球開關(guān)產(chǎn)品參考比重以水（ SG＝ 1）所以使用時(shí)在選用浮球時(shí)須考慮液位的比重 SG，一定大于浮球規(guī)格所標(biāo)示，否則，浮球開關(guān)無法浮動(dòng)。 4粘度高不會干涸的液體，一般應(yīng)選用外徑較大的不銹鋼浮球。 5浮球開關(guān)是使用磁鐵來感應(yīng)磁簧開關(guān)，因此被測液位應(yīng)無鐵屑，否則鐵屑粘在浮球上面浮球浮不起 來會影響浮球隊(duì)開關(guān)的動(dòng)作。用途：不銹鋼浮球液位開關(guān)專門用于各種中小型常壓和受壓儲液罐的液位檢測、信號遠(yuǎn)傳、開關(guān)報(bào)警，可適用于各種衛(wèi)生、環(huán)保、有毒、帶濃酸堿腐蝕性強(qiáng)介液體使用。 圖 1 水位 浮球 式傳感器及 工作原理 浮子開關(guān)是利用開關(guān)上面磁性浮子隨液位升或降，使開關(guān)檢測管內(nèi)設(shè)定位置的干簧管芯片動(dòng)作，發(fā)出接點(diǎn)開（關(guān)）轉(zhuǎn)換信號。 動(dòng)作原理：在密閉的非導(dǎo)磁性管內(nèi)安裝有一個(gè)或多個(gè)干簧管，然后將此管穿過一個(gè)或多個(gè)中空且內(nèi)部有環(huán)形磁鐵的浮球，液體的上升或下降將帶動(dòng)浮球一起上下移動(dòng)，從而使該非導(dǎo)磁性管內(nèi)的干簧管 產(chǎn)生吸合或斷開的動(dòng)作，從而輸出一個(gè)開關(guān)信號，也叫做無源觸點(diǎn)信號。 應(yīng)用范圍 : 我們常見的浮子開關(guān)一般水箱里面控制水位，用水箱高液位或者低液位報(bào)警作用。還可以用在飲水機(jī)、空調(diào)、加濕器、霧化器、空壓機(jī)、凈水器、水箱、熱水爐、水池、油箱、油罐、壓力罐、一些有酸堿液體的大小型設(shè)備。 適用范圍廣、安裝形式多樣側(cè)裝、直裝、頂部和底部安裝、螺紋法蘭安裝達(dá)到多點(diǎn)液位報(bào)警效果。 無源器件 ,性能穩(wěn)定可靠，安全方便，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低。 系統(tǒng)的組成 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 6 水位控制系統(tǒng)由電源電路、水位探測傳感電路、穩(wěn)壓 電路、繼電器控制電機(jī)加水電路、水位顯示電路、單片機(jī) STC89C52 組成。系統(tǒng)組成的方框圖如下： 圖 2 系統(tǒng)組成方框圖 當(dāng)水箱里的水位在 低水位 的時(shí)候傳感器傳給穩(wěn)壓電路一個(gè)低電平，低電平通過穩(wěn)壓電路里的 NPN 三極管、電容、電阻轉(zhuǎn)換成高電平。單片機(jī)收到高電平，表示水箱里沒有水了需要系統(tǒng)開始運(yùn)作，給水箱加水，這時(shí)單片機(jī)通知紅燈 緩慢閃爍，蜂鳴器報(bào)警 。水位達(dá)到高水位時(shí)傳感器同時(shí)傳送給單片機(jī)一個(gè)低電平， 紅燈閃爍頻率加 快 ，蜂鳴器報(bào)警頻率加快 。 同理，水位從高水位下降 時(shí) ，水位離開高 水位線時(shí)，高水位傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平給單片機(jī) 。當(dāng)水位下降到蓄水位時(shí)，紅燈 閃爍變慢。 圖 3 穩(wěn)壓電路圖 水位報(bào)警電路 電源電路 穩(wěn)壓電路 水位傳感器 水位顯示 單片機(jī)STC89C52 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 7 本電路的主要作用是使從傳感器輸入 的電平能夠穩(wěn)定的輸入到單片機(jī)中，是由三極管 901兩個(gè)電阻、和一個(gè)無極性電容組成。 如果我們不使用此穩(wěn)壓電路也能實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)目的，但有時(shí)會產(chǎn)生水位誤判和不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以我認(rèn)為此電路是不可缺少的。 圖 4 水位顯示電路圖 本電路采用不不同顏色的 LED 作為顯示裝置，有單片機(jī) 、 口控制進(jìn)行水位顯示。紅燈 閃爍緩慢 代表水位在 低 水位。 紅燈閃爍急促表 示在高水位以上。 此電路采用的是共陽極的，所以只有單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平的時(shí)候才能是發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 R1， R4，為上拉電阻 起限壓控流作用。 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著 LED燈株在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN 結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合， 然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成 PN結(jié)材水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 8 料決定的。 圖 5 振蕩電路和復(fù)位電路圖 振蕩電路和復(fù)位電路是單片機(jī)不可缺少的部分，是單片機(jī)的重要組成，它們集成在單片機(jī)里，對于單片機(jī)穩(wěn)定工作有至關(guān)重要的作用。并且可以延長它的使用壽命。 下列 二 種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警 ： 1當(dāng) 水位 達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警； 2當(dāng)水位達(dá)到下限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)下限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào) 警 ； 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d d bD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4 L S 1 6 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8 dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KQLSS P E A K E RR1K+ 1 2231UA7 4 L S 3 3A17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 412 3UA 圖 6 自動(dòng)報(bào)警電路的接線 圖 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 9 3 水位 檢測 系統(tǒng)的整體電路仿真圖 圖 7 水位控制系統(tǒng)仿真圖 實(shí)物圖 圖 8 實(shí)物圖 4 各種水位情況下的仿真圖 高水位狀態(tài) 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 10 加水水到達(dá)在蓄水位時(shí)：高水位警示燈 紅燈閃爍急促，蜂鳴器快頻率鳴叫 。仿真圖如下所示： 圖 9高水位仿真圖 低 水位狀態(tài) 水位減少到低水位時(shí)：低水位警示 紅燈閃爍，蜂鳴器低頻率鳴叫 。仿真圖如下所示： 圖 10 低水位仿真圖 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 11 5 通信單元硬件設(shè)計(jì) MAX485僅有 8 個(gè)管腳，電路設(shè)計(jì)比較簡單。 RO引腳接 到單片機(jī)串口接收引腳 RXD（ ） ， DI引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳 TXD（ ） 。由于 MAX485為半雙工通信方式，不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過控制 RE和 DE引腳的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省單片機(jī) I/O 口資源，將 RE 和 DE 引腳連在一起，輸入低電平時(shí)， MAX485 處于接收狀態(tài)；輸入高電平時(shí)，其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。定義 RE和 DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為 E，接入單片機(jī) P1 口 ， 用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。 A， B 端為發(fā)送接收差分信號端，一般需在 A,B端之間加匹配電阻，匹配電阻為 120Ω 。 硬件電路 如圖 313： 圖 12 串行通信模塊電路圖 6 上位機(jī)顯示單元 上位機(jī)編程與下位機(jī)結(jié)合對應(yīng)，下位機(jī)發(fā)“ 0”代表當(dāng)前水位為高水位，下位機(jī)發(fā)“ 1” 代表當(dāng)前水位為低水位。 水位變化當(dāng)高水位發(fā)“ 0”時(shí)上位機(jī)接受到對應(yīng) ASCII碼為 48，此時(shí)上位機(jī)顯示 “ 警戒！當(dāng)前水位為高水位！ ”。 圖 11 MAX485 引腳圖 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 12 水位變化當(dāng)高水位發(fā)“ 1”時(shí)上位機(jī)接受到對應(yīng) ASCII碼為 49，此時(shí)上位機(jī)顯示“ 警戒！當(dāng)前水位 太低 ！ ”。 圖 13 上位機(jī)程序代碼 圖 14 水位檢測報(bào)警系統(tǒng)窗體 水位檢測報(bào)警系統(tǒng) 13 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次項(xiàng)目設(shè)計(jì)，上位機(jī)和 下位機(jī)的編程中我對軟件開發(fā)有了進(jìn)步的了解，把理論知識應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中。也讓我重新熟悉了 C語言和 C