【正文】 礙、水溫適中（在設(shè)定溫度上下5度范圍內(nèi)）、有剩余水量的三個(gè)條件后，普通繼電器閉合、固態(tài)繼電器輸出端導(dǎo)通，水泵工作，可以出水。 感應(yīng)到障礙并出水服務(wù)過程中可以對水量和溫度進(jìn)行設(shè)定。消費(fèi)結(jié)束后點(diǎn)擊“停止服務(wù)按鈕”，彈出選擇結(jié)賬方式窗口，可以選擇“普通用戶結(jié)賬”和“會員結(jié)賬”兩種方式。普通用戶結(jié)賬，輸入當(dāng)前水價(jià)，彈出付款窗口，付款成功后，由管理員發(fā)送消息記錄，點(diǎn)擊“已收款”退出系統(tǒng)。 普通用戶結(jié)賬界面會員消費(fèi)時(shí)，在選擇結(jié)賬方式界面選擇“會員結(jié)賬”，由客戶提供的密碼查詢會員相關(guān)信息，輸入會員水價(jià)，進(jìn)行結(jié)賬，結(jié)賬后新的余額信息返存回?cái)?shù)據(jù)庫，管理員發(fā)送消息記錄消費(fèi)結(jié)束。如圖 會員付款查詢界面 會員付款界面付款結(jié)束后彈出“服務(wù)結(jié)束”對話框，退出系統(tǒng)。 服務(wù)結(jié)束對話框在服務(wù)界面的首頁也可以選擇進(jìn)行“會員信息管理”和“賬單管理”，在會員信息管理界面可以實(shí)現(xiàn)對會員信息的增添、刪除、修改、查詢等基本操作；在賬單管理界面可以查看所有賬單，也可以只保留當(dāng)月的賬單。 會員信息管理界面 賬單管理界面 系統(tǒng)硬件連接系統(tǒng)的硬件大概包括三大部分：上位機(jī)控制端、中控臺、服務(wù)端。上位機(jī)控制端為運(yùn)行控制軟件的微型計(jì)算機(jī)，中控臺即單片機(jī)及其周邊模塊，上位機(jī)與中控臺以RS232USB的通信線連接。服務(wù)端主要有流量計(jì)、紅外模塊、水位計(jì)、熱電阻、加熱器等功能構(gòu)件和水泵、噴頭、水池等淋浴設(shè)施。系統(tǒng)連接示意圖如下： 系統(tǒng)硬件連接示意圖（紅線為電源線，藍(lán)色線為信號線） 系統(tǒng)I/O分配情況對于了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況，清楚系統(tǒng)的IO分配情況至關(guān)重要，即外圍的各個(gè)模塊與單片機(jī)的連接方式。單片機(jī)選用的是40引腳雙列直插STC12C5A60S2。熱電阻使用一路AD，即SCLK/ADC7/。流量計(jì)介入單片機(jī)使用計(jì)數(shù)器TO即CLKOUT0/INT/T0/。紅外模塊、指示燈等所定義的IO口名稱如下（即自編的頭文件）：sbit p1_0 = P1^0。 //外部中斷0點(diǎn)亮（設(shè)定用水量按鍵）低電平點(diǎn)亮sbit p1_1 = P1^1。 //外部中斷1點(diǎn)亮 （設(shè)定溫度按鍵）sbit p1_2 = P1^2。 //串行數(shù)據(jù)接受完成標(biāo)志sbit p1_3 = P1^3。 //串行數(shù)據(jù)發(fā)送完成標(biāo)志sbit p1_4 = P1^4。 //高水位燈sbit p1_5 = P1^5。 //低水位燈sbit p1_6 = P1^6。//代碼中不可直接使用P1^6sbit jidianqi1 = P3^6。 //高電平接通sbit jidianqi2 = P3^7。 //高電平接通sbit hongwai = P0^0。 //紅外模塊信號線sbit DIN = P0^1。 //MAX7219串行數(shù)據(jù)輸入sbit CLK = P0^3。 //MAX7219串行時(shí)鐘sbit LOAD = P0^2。 //MAX7219顯示數(shù)據(jù)鎖存控制sbit shuiwei_high=P0^4。 //高水位測量sbit shuiwei_low=P0^5。 //低水位測量sbit fengmingqi=P0^6。 //蜂鳴器sbit jidianqi3=P0^7。 //水位控制繼電器//開發(fā)環(huán)境中自帶頭文件中沒有包含的寄存器地址sfr ADC_CONTR=0XBC。 //AD控制寄存器sfr ADC_RES=0XBD。 //AD結(jié)果寄存器sfr P1ASF=0X9D。 //選擇哪一路為AD其余為IOsfr IPH=0XB7。sfr BRT=0X9C。 //獨(dú)立波特率發(fā)生器sfr AUXR=0X8E。 //輔助寄存器3 系統(tǒng)硬件 單片機(jī)最小系統(tǒng)板 系統(tǒng)的控制核心單片機(jī)此次設(shè)計(jì)選用了51單片機(jī)系列中的高端型號STC12C5A60S2，是宏晶生產(chǎn)的高速、低功耗、抗干擾的以8051為CPU的新一代單片機(jī)。其指令代碼與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)完全兼容但是執(zhí)行速度最高能快12倍。而且它內(nèi)部集成了2路PWM，8路高速10位AD，完全符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，而且它的串行通信口有獨(dú)立的波特率發(fā)生器，這就大大減小的系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，可以更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。它的引腳分布如下： 單片機(jī)引腳圖與系統(tǒng)的相關(guān)的模塊功能參數(shù)如下（主要是AD、串口、中斷、定時(shí)器）：（5V單片機(jī)）工作頻率：035MHZ每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到20mA,但是整片不能超過120mA無需專用的下載器，直接使用串行口配合ISP軟件可以直接下載用戶程序共4個(gè)16位定時(shí)器，其中T0和T1與傳統(tǒng)的8051完全兼容兩路外部觸發(fā)中斷，可以使用下降沿觸發(fā)或者低電平觸發(fā)中斷共有8路10位精度的AD轉(zhuǎn)換，最高速度可達(dá)25萬次/秒通用全雙工異步串行口（雙串口） 晶振電路及其原理、測試方法這部分電路是整個(gè)控制系統(tǒng)的“脈搏”，單片機(jī)的機(jī)器周期就是晶振提供的。它為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。各部分公用一個(gè)晶振信號以保持同步。單片機(jī)的一切指令執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上的，晶振提供的頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度越快。它的工作是否正常關(guān)乎著系統(tǒng)能不能正常工作，它有晶振和起振電容組成，起振電容的作用十分關(guān)鍵，不能大小的晶振要選擇相應(yīng)大小的晶振電容，但是選擇的范圍比較寬松。晶振的兩只管腳分別連接單片機(jī)的18和19號腳。 晶振電路使用時(shí)晶振片的引腳不能太長，而且要盡量靠近單片機(jī)，起振電容接地端要離單片機(jī)的接地引腳近一些，此外如果單片機(jī)底座引線過長也會影響晶振起振。晶振電路的原理是：單片機(jī)的內(nèi)部有個(gè)高增益的反向放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘，簡單說就是利用了正反饋的原理。測試晶振有沒有正常運(yùn)行的方法除了用示波器之外，更加便捷的方法是，用萬用表測量晶振的兩個(gè)引腳的電壓是不是芯片工作電壓的一半。如果用鑷子觸碰另外一個(gè)引腳，電壓有明顯變化的話，此時(shí)晶振是起振狀態(tài)。 系統(tǒng)供電及穩(wěn)壓電路單片機(jī)工作需要穩(wěn)定的5V電壓，干電池或普通的蓄電池不能滿足需求，系統(tǒng)的一些功能部件一般都是需要5V或者更高的電壓，另一個(gè)方面負(fù)載過大的話（如系統(tǒng)中有電機(jī)等功耗較大的部件時(shí)），干電池和蓄電池都顯得力不從心，電壓下降太多的話，會導(dǎo)致單片機(jī)低電壓復(fù)位，系統(tǒng)無法正常工作。需要供電的部件如下：單片機(jī) 5V數(shù)碼管 5V繼電器1 5V繼電器2 5V固態(tài)繼電器 12V紅外模塊 5V流量計(jì) 5VAD分壓電路、蜂鳴器、指示燈電路、MAX232電路都需要5V電壓。系統(tǒng)供電的解決方案是采用直流穩(wěn)壓電源，將交流電整流再穩(wěn)壓提供12V的電壓，這樣的直流電帶負(fù)載能力要遠(yuǎn)比干電池或者蓄電池更好。12V電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓芯片，為系統(tǒng)各個(gè)部件提供穩(wěn)定的5V電壓。實(shí)際上系統(tǒng)采用了兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)榻?jīng)過測試之后，單個(gè)電源提供給整個(gè)系統(tǒng)的5V電壓，如果再用它的12V給固態(tài)繼電器提供導(dǎo)通電壓會導(dǎo)致負(fù)載過大，固態(tài)繼電器不能正常導(dǎo)通。固態(tài)繼電器的導(dǎo)通雖然寬泛，3—32V，但是經(jīng)過測試之后發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的I/O口5V無論加不加上拉電路都是不能驅(qū)動(dòng)的，只有外接單獨(dú)的12V才能使其輸出端導(dǎo)通。這樣固態(tài)繼電器控制水泵，就要通過另外一個(gè)普通繼電器控制其輸入端12V的通斷才能間接的控制水泵。由于需要提供的5V電壓接口太多，為了電壓更加穩(wěn)定，系統(tǒng)采用了3片7805來提供5V電壓。系統(tǒng)供電的示意圖如下： 指示燈電路及其測試指示燈在系統(tǒng)代碼調(diào)試、狀態(tài)指示、判斷是否正常工作等方面的作用是不言而喻的，^1的用法，要在頭文件中定義為P1_1或者其它名稱。Stc12c5a60s2單片機(jī)每個(gè)IO口的驅(qū)動(dòng)能力達(dá)到了20mA,但是整塊板子的驅(qū)動(dòng)能力不超過120mA，P1口沒有內(nèi)部上拉電路，所以要外接上拉電阻，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，降低單片機(jī)的功耗。系統(tǒng)總共用到了共接了7個(gè)指示燈，運(yùn)行時(shí)用到了4個(gè)，調(diào)試程序的時(shí)候起到了非常大的作用。電路圖如下： 指示燈電路如上圖，在程序運(yùn)行的時(shí)候，給單片機(jī)P1口復(fù)位為高電平，指示燈全滅，程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)需要將相應(yīng)I/O口置零或者置1，讓指示燈亮或滅。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，用到了4個(gè)指示燈，（調(diào)水量按鈕）指示燈，（調(diào)溫度）的指示燈。在電路焊接時(shí)，對這部分電路進(jìn)行測試的方法比較簡單，就給相應(yīng)的I/O口賦值觀察燈亮或者滅就可以，測試代碼如下：main(){ unsigned char LED。 LED = 0xfe。 P1 = LED。 while(1) { delayms(250)。//延時(shí)函數(shù) LED = _crol_(LED,1)。 //循環(huán)右移1位，點(diǎn)亮下一個(gè)LED 此函數(shù)位庫函數(shù) P1 = LED。 }}程序下載之后，如果電路焊接正確的話P1口所接的指示燈會有跑馬燈的效果。 7805芯片12V—5V穩(wěn)壓電路 直流電源電路圖 復(fù)位電路本設(shè)計(jì)單片機(jī)采用上電復(fù)位的方式，STC12C5A60S2的復(fù)位引腳在9號引腳，即RST/，采用這樣的設(shè)計(jì)后，單片機(jī)在上電的同時(shí)復(fù)位，其優(yōu)勢在于方便快捷，實(shí)現(xiàn)起來很簡單，雖然比起按鍵復(fù)位有缺點(diǎn)，但也基本滿足了系統(tǒng)需求，： 復(fù)位電路需要注意的是，當(dāng)時(shí)鐘頻率低于12MHZ時(shí)，可以不用電容，直接接1K電阻到地。當(dāng)時(shí)鐘頻率高于12MHZ時(shí)，可以使用第二復(fù)位引腳，在RST2/EX_LVD/。有了晶振和復(fù)位電路，有了供電電路，這已經(jīng)滿足了單片機(jī)工作的條件，已經(jīng)可以配合指示燈電路做一些聯(lián)合實(shí)驗(yàn)了（當(dāng)然如果想自主下載程序，還需要焊接下載電路，在后面會有論述）。 MAX232下載電路、USB—RS232轉(zhuǎn)換以及串行通信要想實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，無論是下載程序還是普通的串行通信，必定要進(jìn)行的一個(gè)步驟就是電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)閱纹瑱C(jī)和計(jì)算機(jī)在內(nèi)部使用的表示0和1的電平信號不屬于一個(gè)類型，就像兩個(gè)人說話語言得一樣，所以必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，我們常用的方式是使用MAX232芯片完成這項(xiàng)工作，將單片機(jī)的COMOS電平與計(jì)算機(jī)的TTL電平進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)它們之間的通信。（只使用發(fā)送、接受、地線三根線）。 MAX232應(yīng)用電路在上圖中需要注意的是MAX232的6號引腳上的電解電容正極接地，15和16引腳之間使用10UF的電解電容。因?yàn)殚_發(fā)本系統(tǒng)使用的為筆記本電腦，同時(shí)也使用筆記本電腦作為上位機(jī)，而普通筆記本電腦并沒有9針的RS232串口供直接使用，所以要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換，解決方案為購買RS232—USB的轉(zhuǎn)換線，因?yàn)槠涫褂梅奖悖娐穲D可以查到，但是不提成本，用普通的電子線做出的轉(zhuǎn)換線，沒有屏蔽電磁干擾等等措施，可能做出的東西根本不能用（在設(shè)計(jì)中，使用普通杜邦線做通信線耽誤了很多時(shí)間，有后續(xù)的論述）。系統(tǒng)使用的轉(zhuǎn)換線采用的是CH340轉(zhuǎn)換芯片，比較常用的還有PL2303，電路圖都可以很容易查到，但是有一點(diǎn)需要注意，那就是，光有轉(zhuǎn)換線還是不行的，一定要在電腦端安裝驅(qū)動(dòng)程序才可以，電腦才能通過USB口正確的識別設(shè)備，要根據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片型號選擇驅(qū)動(dòng)程序。有了上述兩部分器件（加上驅(qū)動(dòng)程序），就架起了筆記本電腦和單片機(jī)之間的通信（10m之內(nèi)）橋梁，要想實(shí)現(xiàn)它們之間的通信，上位機(jī)要配合串口調(diào)試助手，單片機(jī)端我們也要有相應(yīng)的程序，我們下面就來了解一下單片機(jī)的串行通信功能。STC12C5A60S2擁有兩個(gè)全雙工的串行通信接口，他們可以使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，也可以使用獨(dú)立波特率發(fā)生器。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，若使用定時(shí)器1作為串行口的波特率發(fā)生器會大大加重系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)（定時(shí)器1與系統(tǒng)共用一個(gè)時(shí)鐘源）。所以在最終的程序中使用獨(dú)立波特率發(fā)生器，但是在下面的測試程序中使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器。單片機(jī)的兩個(gè)串行通信接口都是由四部分構(gòu)成：兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器（接受、發(fā)送，功能不同，但是不同時(shí)使用，所以使用了同一個(gè)地址碼）、一個(gè)移位寄存器、一個(gè)串行控制寄存器、一個(gè)波特率發(fā)生器。兩個(gè)通信接口都有四種工作方式。我們通常使用模式1，即8位數(shù)據(jù)位UART，波特率可變。無奇偶校驗(yàn)。一個(gè)起始位、一個(gè)停止位。設(shè)計(jì)中下載程序和串行通信都是使用串口1，工作模式是模式1。名稱寄存器地址作用獨(dú)立波特率發(fā)生器重裝數(shù)BRT9CH確定獨(dú)立波特率發(fā)生器的頻率串行口1控制寄存器SCON98H選擇工作方式、中斷標(biāo)志位等數(shù)據(jù)緩沖器SBUF99H暫存發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)波特率選擇寄存器PCON87H波特率是否加倍輔助功能寄存器AXUR8EH是否使用獨(dú)立波特率發(fā)生器IE IP IPH中斷相關(guān) 與串行通信相關(guān)的寄存器SCON中的SMO 和SMSM2選擇串行口1的工作模式，REN是允許接受標(biāo)志位，如果要雙向通信就需要軟件置。TI與RI分別是串行口接收與發(fā)送標(biāo)志位。PCON的前兩位SMOD 和SMOD0都置0，這樣波特率就不加倍。對于SBUF進(jìn)行寫操作，代表要發(fā)送寫的內(nèi)容，對SBUF進(jìn)行讀操作，代表要獲取接收到的數(shù)據(jù)。其實(shí)它是兩個(gè)寄存器，一個(gè)只讀一個(gè)只寫。在AUXR輔助寄存器中可以定義使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器還是使用獨(dú)立波特率發(fā)生器。是工作在1T模式還是工作在12T模式。（即要不要對系統(tǒng)的時(shí)鐘進(jìn)行12分頻）。模式1的工作方式：一幀信息為10位，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，波特率可變，TXD發(fā)送，RXD接收，全雙工通信。發(fā)送的過程是：寫SBUF、數(shù)據(jù)到移位寄存器、逐位通過TXD發(fā)送，完成一幀后，置TI為1，申請中斷。接收的過程是：置REN=1允許接受，接收到移位寄存器，載入SBUF，置RI為1，申請中斷。確定使用獨(dú)立波特率發(fā)生器之后，模式1的波特率除了與系統(tǒng)時(shí)鐘SYSLK和PCON有關(guān)之外，還與BRT的值有關(guān)系，BRT的載入值決定了串行口1的波特率。串行口的初始化函數(shù)如下（波特率計(jì)算器的結(jié)果）： PCON amp。= 0x7f。 //波特率不倍速 SCON = 0x50。 //8位數(shù)據(jù),可變波特率 BRT = 0xB8。 //