【正文】 硬件設(shè)計(jì)： 　　 直流電源的設(shè)計(jì)：　　 直流電源的圖解：　　本課題可采用集成三端穩(wěn)壓器，只要加上一些外圍元件即可實(shí)現(xiàn)。其框圖和電路分別如下圖：　　 方案論證：　　通過(guò)框圖分析，該電路由四個(gè)部分組成，它們的功能分述如下：　　（1） 電源變壓器　　它的任務(wù)是把電源電壓變壓到合適的大小。如果u2的值太大，會(huì)造成集成三端穩(wěn)壓器7805的功耗太大，溫度升高，且浪費(fèi)電能。反之，如果u2的值小到一定的程度，三端穩(wěn)壓器不能正常工作，失去穩(wěn)壓作用 。因此u2的值應(yīng)大小合適，這個(gè)值應(yīng)該使三端穩(wěn)壓器在交流電網(wǎng)電壓最低和輸出電流最大時(shí)能正常工作。而且在正常穩(wěn)壓的前提下，它的壓降盡可能小，以減少功耗?！　。?） 整流電路　　它的任務(wù)是將正弦波變換成直流電壓。這里一般采用橋式整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即可用四個(gè)二極管來(lái)組成，也可用整流橋堆來(lái)完成，只是參數(shù)一定要選擇合理?！　。?） 濾波電路　　它的任務(wù)是將全濾波形通過(guò) RC 濾波網(wǎng)絡(luò)以后變成更平坦的直流電壓，減小脈動(dòng)，提高整流的效果。這時(shí)整流管中通過(guò)的電流的瞬時(shí)值要比平均值大得多，特別在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過(guò)整流管，這一點(diǎn)要引起注意?！　。?） 穩(wěn)壓電路　　要求輸出恒定的直流電壓，且要達(dá)到提出的要求，　　 方案實(shí)現(xiàn) ：　?。?）計(jì)算u2和C1　　查閱集成三端穩(wěn)壓器的知了可知，對(duì)輸出電壓在5v~12v之間的穩(wěn)壓器，其輸入端的電壓一般要比輸出端電壓高5v。而輸出電壓在15v~24v的穩(wěn)壓器，其兩端電壓差達(dá)到7v~9v左右。在此，如果1，2兩端的電壓為12V，那么可以求得u2為10v。從電容濾波出發(fā)，C1的容量應(yīng)足夠大，但C1的容量也不能太大，否則整流元件的瞬時(shí)電流太大，而且容量越大，電容器的體積越大，價(jià)格越貴，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)綜合各方面情況，取C1=3300uF.　　(2) 整流元件的參數(shù)　　1）反向耐壓 根據(jù)橋式整流電路的性能可知，每個(gè)整流二級(jí)管在交流電網(wǎng)最高時(shí)承受的最大反向峰植電壓為：　　 　　為了安全，整流管的反向耐壓應(yīng)比上述植高50%以上，因此選擇整流管時(shí)，其耐壓應(yīng)按下式考慮：　　　　2）正向電流 橋式整流電路中，每個(gè)整流二極管的正向電流平均值是輸出電流的一半，其最大值為：　　　　由于整流管在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過(guò)，因此，整流管的參數(shù)（正向電流平均值）應(yīng)比上述值大（~2）倍。，則=　　目前，市場(chǎng)上有各種規(guī)格的整流橋堆出售，它有兩個(gè)交流輸入端和兩個(gè)直流輸出端。由于它體積小，使用方便，價(jià)格較低，已成為常用整流元件。根據(jù)上面的計(jì)算，本電源可選用1A/25V的整流橋堆。　?。?） 變壓器二次繞組的電流　　由于電容濾波整流電路中，整流管的電流不是正弦波，變壓器二次繞組電流的有效值要比輸出電流大，一般情況下，前者是后者的（~3）倍。這里我們?nèi)　　?　　因此，變壓器二次繞組的額定電流（交流有效值）應(yīng)按2A設(shè)計(jì)。　　在本設(shè)計(jì)中，對(duì)電磁閥的直流電源的要求不不高，又因?yàn)?，2兩端的電壓為12V，為節(jié)省資源，故可直接取用1，2兩端的電壓作為電磁閥的直流電壓，無(wú)需再另行設(shè)計(jì)12V穩(wěn)壓電源?！　?輸入接口電路：　　接口電路是一組電路，是中央處理器與存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等外設(shè)之間協(xié)調(diào)動(dòng)作的控制電路。從更一般的意義上說(shuō)，接口電路是在兩個(gè)電路或外設(shè)之間，使兩者動(dòng)作條件相配合的連接電路。接口電路并不局限在中央處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)之間，如直接存儲(chǔ)器存取DMA接口電路就是控制存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的電路?！　〗涌陔娐返淖饔镁褪菍?lái)自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給微處理器，微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)加工，再通過(guò)接口電路傳回外部設(shè)備。所以，接口電路的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)控制，具體包括5種功能：地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖、信息轉(zhuǎn)換、提供命令譯碼和狀態(tài)信息、定時(shí)和控制?！　〔煌慕涌陔娐酚糜诓煌目刂茍?chǎng)合，因此其功能也各有特點(diǎn)。如并行接口電路不要求數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，來(lái)自總線的并行數(shù)據(jù)就可直接傳送到并行外設(shè)中；而串行通信接口電路就必須具備將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)和將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的功能?！　”驹O(shè)計(jì)所用到的傳感器，包括測(cè)水位的傳感器與測(cè)水溫的傳感器，分別作如下介紹：　?。?）水位傳感器：　　它的結(jié)構(gòu)圖如下：　　說(shuō)明：結(jié)構(gòu)圖中的電阻外表面均不與水直接接觸，但分別與a、b、c、d 良好接觸，a、b、c、d用于感知水位?！　∮布D中HD74HC04P是一個(gè)六反向器，管腳如下圖所示：　　它在本設(shè)計(jì)中用于接成環(huán)形振蕩器。　　選擇合適電容、電阻值時(shí)，環(huán)形振蕩器就能根據(jù)每次傳感器的阻值產(chǎn)生相應(yīng)特定周期的方波?！　?　　其中為水位傳感器的電阻值　　由傳感器的結(jié)構(gòu)圖可看出：　　當(dāng)水位未達(dá)到a時(shí)，即ha時(shí)、這時(shí)傳感器的總阻值為4R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)?！　‘?dāng)ahb時(shí)，傳感器電阻阻值為3R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于20%水位?！　‘?dāng)bhc時(shí)，傳感器電阻阻值為2R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于50%水位?！　‘?dāng)chd時(shí)，傳感器電阻阻值為R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于80%水位。　　當(dāng)h=d時(shí)，傳感器電阻阻值為0，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于100%水位?！　∑渲?，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期T（或f）可通過(guò)單片機(jī)P87LPC744BN的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1）來(lái)確定，T1用來(lái)計(jì)數(shù)，T0用來(lái)定時(shí)?！　∷裕粋鞲衅鳒y(cè)水位的基本原理如下：　　 （m為T1的計(jì)數(shù)值，為T0的定時(shí)值）。　?。?）水溫傳感器　　本設(shè)計(jì)可選選用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)測(cè)水溫，熱敏電阻與普通電阻不同，它具有負(fù)的溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值減小，它的應(yīng)用是為了感知溫度?！　‖F(xiàn)選用MF51型直熱式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，它的技術(shù)特性如下：　　型號(hào)　　標(biāo)稱電阻（）　　材料常數(shù)（）　　溫度系數(shù)（）　　使用溫度范圍　　MF51　　1~5K　　　　　　　　3300　　　　　　55~+300　　5~20K　　3600　　　　20~80K　　3900　　　　80~100K　　4300　　　　它能滿足本設(shè)計(jì)的測(cè)量靈敏度要求和2%的測(cè)量精度要求，性價(jià)比較高?！　y(cè)量原理：　　與水位傳感器一樣，在設(shè)定好合適的參數(shù)（RRRs、C）后，對(duì)應(yīng)每個(gè)熱敏電阻阻值，環(huán)形振蕩器便能產(chǎn)生一個(gè)特定周期的矩形波?！　?　　T可通過(guò)單片機(jī)的T0外部計(jì)數(shù)和T1內(nèi)部定時(shí)的方式確定。　　故 　　然后通過(guò)下列公式求溫度：　　 　　其中 被測(cè)溫度　　與熱敏電阻特性有關(guān)的參數(shù)　　與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)　　熱敏電阻阻值以上計(jì)算均可由軟件編程實(shí)現(xiàn)，把計(jì)算出的溫度轉(zhuǎn)化成BCD碼，然后再存放于顯示緩沖區(qū)中，執(zhí)行相應(yīng)的功能程序。 鍵盤中斷： 　　本系統(tǒng)存儲(chǔ)容量不大，4KROM，128RAM足夠，由于只有二個(gè)鍵，且不經(jīng)常操作，所以本設(shè)計(jì)中采用了中斷方式。　　 顯示接口：　　本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法，對(duì)于顯示水溫水位的程序作如下說(shuō)明：　　① 在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，調(diào)用延時(shí)子程序Del1，其延遲時(shí)間為1ms，這是為了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定的點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過(guò)程中在每一位顯示器上都一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度?！　、?本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對(duì)顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼Table,從0開(kāi)始依次寫入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)行查表操作，使用查表指令 MOVC A，@A+DPTR，由DPTR提供16位基址，由A提供變址，因此顯示數(shù)據(jù)送A后，~?！　。?）水位顯示：　　本系統(tǒng)需顯示水位，水位分缺水、50、80%五檔，均用發(fā)光二極管來(lái)指示。　?。?）水溫顯示：　　本系統(tǒng)需顯示水溫，測(cè)量范圍為0~99 0C，用兩個(gè)八位LED數(shù)碼管顯示。1）LED結(jié)構(gòu)和顯示原理。LED（Light Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見(jiàn)的是由7段型發(fā)光二極管（a~g7段）和1個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以dp表示，主要用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的LED顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種LED顯示器也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器）。LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，如圖a所示。使用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù)要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入低電平。共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，如圖b 所示。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接+5V，根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。