【正文】 2021 級電 子技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：貯水水管液位與水泵控制裝置 摘 要 本單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)，以 89S52 單片機(jī)為核心控制水箱的水位，通過水位信號(hào)的采集模塊采集信號(hào) ,單片機(jī)對信號(hào)進(jìn)行處理 ,控制水泵的啟停 ,并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。用數(shù)碼管顯示液位高度與體積 ,并可以實(shí)現(xiàn)液面高度自動(dòng)調(diào)整(液面高度可以人為的調(diào)整 ).該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合家禽用水系統(tǒng)控制的需要。本文還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程 序 . 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 水泵驅(qū)動(dòng)模塊 顯示屏 信號(hào)采集模塊 ABSTRACT This task is to control the water level of tank by microcontroller, the microcontroller always inspect the water level. And then control the water pump to add the water to tank. The digital led gives the water level and vol. the system should easy to operate, easy to use. adapt to family animal drink automatically. This article illustrate how to design hardware and software. At the same time, it also gives their drawing and script. KEYWORDS: Microcontroller pump drive digital tube signal aquire. 目 錄 第一章 方案論證 ..................................................................... 1 控制單元的選擇 ........................................................................ 1 信號(hào)產(chǎn)生方案的選擇 .................................................................. 1 水泵的選擇 ................................................................................. 2 顯示方案 ..................................................................................... 2 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) ...................................................................... 2 水泵工作但無水供出方案的選擇 .............................................. 3 第二章 硬件設(shè)計(jì) ..................................................................... 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .............................................................................. 4 系統(tǒng)各模塊電路設(shè)計(jì) .................................................................. 7 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................ 9 第四章 測試方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ................................................... 13 第五章 收獲和總結(jié) .................................................................. 15 附件一 AT89C2051 控制程序 .................................................... 16 附件二 AT89S52 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換及顯示程序 ................ 19 附件三 電路 PCB 圖 ............................................................... 24 第一章 方案論證 根據(jù)題目的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)水泵在液位下限時(shí)給水管補(bǔ)水，液位到達(dá)上限的時(shí)候停止供水，并在高于上限或低于下限的時(shí)候發(fā)出聲光報(bào)警。同時(shí)顯示水位的高度。其系統(tǒng)方案框圖如圖 1 所示。為實(shí)現(xiàn)各模塊功能，提出了幾種設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行論證。 圖 1 系統(tǒng)方案圖 Fig1 the system plan diagram 控制單元的選擇 方案一：采用 16 位單片機(jī) SPCE061A 作為的控制中。 SPCE061A 具有豐富的資源： RAM， ROM，空間大、指令周期短 運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，尤其是可以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，精度很高，但 16 位的匯編語言較為復(fù)雜。 方案二：采用 ATMEL89S52 型 8 位單片機(jī)作為顯示控制系統(tǒng)，同時(shí)考慮到芯片的擴(kuò)展對系統(tǒng)穩(wěn)定性能會(huì)造成一定影響，因此另外采用 AT89C2051 對水泵進(jìn)水進(jìn)行控制。這兩種芯片價(jià)格便宜，功能強(qiáng)大，在本設(shè)計(jì)中其運(yùn)算速度足以達(dá)到要求，同時(shí)其片內(nèi)的 ROM 及 RAM 容量足以滿足要求。 綜合各方面考慮，最終選擇了第二套方案 信號(hào)產(chǎn)生方案的選擇 方案 一：采用觸點(diǎn)式開關(guān)產(chǎn)生信號(hào)，具體為：在水箱外用一根小的透明管與控制器模塊 AT89S52 AT89C2051 水泵驅(qū)動(dòng)模塊 聲光報(bào)警模塊 擴(kuò)展模塊 旋鈕輸入 信號(hào)產(chǎn)生模塊 顯示模塊 信號(hào)采集調(diào)理模塊 水箱連通，透明管內(nèi)置浮子，浮子通過一根線使滑輪與滑動(dòng)觸點(diǎn)相連接，通過水箱液面高度的變化使浮子帶動(dòng)移動(dòng)觸點(diǎn)開關(guān)運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)觸點(diǎn)開關(guān)與固定觸點(diǎn)接觸時(shí)輸出高電平，通過觸點(diǎn)的移動(dòng)，將產(chǎn)生一系列的脈沖信號(hào)，反饋給單片機(jī)后，單片機(jī)對信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)判斷，然后控制水泵。但由于觸點(diǎn)在相互接觸時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，影響單片機(jī)對信號(hào)的計(jì)數(shù)，從而導(dǎo)致控制精度不高。 方案二 ：采用滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生信號(hào)。在滑動(dòng)變阻器上裝一個(gè)滑輪，在一個(gè)比較重的小鐵球和有浮性的膠球用一根線連接 ，將其裝在滑輪上。通過液面高度的變化，在浮力的作用下，帶動(dòng)小球浮動(dòng)，從而引起滑動(dòng)變阻器阻值變化。滑動(dòng)變阻器阻值的變化將引起其電壓變化，將此信號(hào)輸入到單片機(jī) AT89C2051 后，進(jìn)而由單片機(jī)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和啟停。 綜合各方面，最終選擇了第二套方案。 水泵的選擇 方案一：用直流 12V 電壓驅(qū)動(dòng)的雨刮水泵。其工作的電壓底，出水量少，而水管的體積很大，要使水貯滿水管需要很長的時(shí)間。而且泵水的高度也有點(diǎn)難以達(dá)到水管的高度要求。 方案二：用交流 220V 電壓驅(qū)動(dòng)的 JP— 022 型 8W 的小型水泵。其出水量合適，泵水的高度 也能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 綜上分析，選擇方案二。 顯示方案 方案一：采用 LCD 液晶顯示器。 LCD 液晶顯示器即能顯示數(shù)字又能顯示文字，功能很大的，但其價(jià)格要比較貴，且控制較為困難。 方案二： 采用 四位一體 DGE40561IP 共陽數(shù)碼管 。這種數(shù)碼管外形小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，本設(shè)計(jì)只要用一個(gè)四位一體的數(shù)碼管就可以實(shí)現(xiàn)顯示要求。 綜合各項(xiàng)因素，選擇方案二。 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 方案一：報(bào)警電路由電壓比較器 LM33固態(tài)繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管和旋扭式可調(diào)電阻等組成。 電壓比較器 LM339 從傳感器采集到的 電壓值與設(shè)置的上限報(bào)警值比較再通過從輸出管輸出。 （ 1）當(dāng)傳感器采集到的信號(hào)電壓比設(shè)置的上限電壓值高時(shí)，輸出管飽和，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端接低電平。 （ 2）當(dāng)設(shè)置的上限報(bào)警值比傳感器采集到的信號(hào)電壓高時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。 通過電源驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)，同時(shí)使發(fā)光二極管發(fā)出光報(bào)警信號(hào)。 方案二：采用語音芯片，在超過水位上下限時(shí)能夠通過語音進(jìn)行報(bào)警，其人機(jī)交互友好，但控制復(fù)雜，成本較高。 綜合各項(xiàng)因素，選擇方案一。 水泵工作但無水供出方案的選擇 方案一：在出水口處加入一觸點(diǎn)，若有水 流出則觸點(diǎn)導(dǎo)通，此時(shí)信號(hào)將輸入給單片機(jī)使其識(shí)別。此種方案安裝簡單，但其是否導(dǎo)通受水的導(dǎo)電性影響。 方案二：在出水口位置安裝一水流開關(guān)，在有水流出時(shí)，開關(guān)斷開；無水流出時(shí)，開關(guān)閉合以提供給單片機(jī)一開關(guān)信號(hào)。 綜合各項(xiàng)因素考慮，選擇方案二。 第二章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配，本系統(tǒng)硬件電路連接圖見圖 2。 Fig2 the diagram of the system circuit theory 本系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生模塊時(shí)刻檢測水位的高低，并把這個(gè)信號(hào)通過 ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送給單片機(jī)，系統(tǒng)中的旋鈕可以修改極限的上下限，極限值決定是否應(yīng)該啟動(dòng)水泵給儲(chǔ)液罐加水或停止供水，水泵功率為 10W，通過單片機(jī)控制繼電器的斷閉得以實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管顯示模塊時(shí)刻顯示水位、容積和極限值的大小。本系統(tǒng)的電路圖如圖 3 所示。 AT89S52