【正文】 32 參考文獻(xiàn) [1] 王琪著 . 基于 Proteus 和 keil 軟件的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 中國科技信息 ,2022, 11:140141. [2] 秦實(shí)宏 ，徐春暉 著 .MCS51 單片機(jī) 原理 及應(yīng)用 [M].武漢 ： 華中科技大學(xué) 出版社 ，2022. [3] 陳森著 .水塔水位 自動控制 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) [J].建筑 設(shè)計(jì) ,2022, 10（ 5） :111113. [4] 袁新娣著 .基于單片機(jī)的智能水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [N]. 贛南師范學(xué)院學(xué)報(bào) ,2022,12(6). [5] 楊帆 、吳晗平著 .傳感器技術(shù) 及其應(yīng)用 [M].武漢 ：化學(xué)工業(yè)出版社， 2022. [6] 江世明 著 .基于 Protues 的 單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) [M].北京 ：電子工業(yè)出版社 ， 2022. [7] 王萬良 著 .自動控制 原理 [M].北京 :高等 教育出版社 ,2022. [8] 史健芳 著 .智能 儀表設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M].北京： 電子工業(yè)出版社， 2022. [9] Huang, MeiZhen, Shi, LongZhao 。在這里再次謝謝王老師，您辛苦了！ 感謝在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過我 的 同學(xué)，特別是劉定星同學(xué)，他在本次設(shè)計(jì)中給予我的無私幫助和厚愛，不只一次地幫助我，傾 盡了他的所有心血給我提供技術(shù)上的指導(dǎo)，在這里再次謝謝劉定星同學(xué) ！和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭男值軅?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個比較復(fù)雜的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。 在經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實(shí)踐中，因?yàn)槿魏沃R都源于實(shí)踐，歸于實(shí)踐，所以要將所學(xué)的知識在實(shí)踐中來檢驗(yàn)。通過這次的實(shí)際 操作 ，也了解到在電子制作方面的很多獨(dú)特發(fā)現(xiàn)。 如圖 34 所示 ： 圖 34 燒程序 到單片機(jī)圖 仿真顯示 根據(jù) 水塔水位的不同高度（水位 水位 水位 3 和 水滿） ，基于 單片機(jī)的 水塔水位控制 系統(tǒng)的仿真 如 下面的 仿真 圖 35 所示 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 25 水塔 水位 1 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 26 水塔 水位 2 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 27 水塔 水位 3 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 28 水滿 水位 4 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 29 低水位 1 報(bào)警 高水位 4 報(bào)警 圖 35 水塔水位 仿真 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 30 總結(jié) 水塔 水位的控制方法很多，從中選擇一個 既 效率高又性價(jià)比 高 的 方法 這是我們在實(shí)際中 要 去 發(fā)現(xiàn)的 。當(dāng)有錯誤時，跳到相應(yīng)的錯誤位置，反復(fù)調(diào)試 直到 沒錯誤為止 。最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行。隨后，選擇 Project|Options for Target 菜單項(xiàng)，或者單擊工具欄中的 Options for Target 按鈕，在彈出的界面選擇 Debug 選項(xiàng)卡，在Use 的下拉列表框中選擇 Protues VSM Simulator，并且選中 Use 單選框，即 在 Use 前面的小圓圈內(nèi)出現(xiàn)小黑點(diǎn)。 Keil 提供了包括 C 編譯器 、 宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個 集成開發(fā)環(huán)境 （ uVision）將這些部分組合在一起。它是目前最好的仿真 單片機(jī) 及外圍器件的工具。 根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)的分 析要求及電路的特點(diǎn) ， 軟件部分包括主程序 、 時鐘顯示、水塔水位顯示、電機(jī) 驅(qū)動 、 指示燈 顯示、報(bào)警 、 鍵盤檢測等程序組成。此外 ， C 語言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。成為當(dāng)代最優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語言之一。R》中并沒有定義一個完整的標(biāo)準(zhǔn) C 語言，后來由美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會在此基礎(chǔ)上制定了一個 C 語言標(biāo)準(zhǔn)，于一九八三年發(fā)表。通常簡稱為《 Kamp。如圖 210 所示： 圖 210 聲光 報(bào)警電路 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 19 第三章 軟件部分 程序框圖 根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)的分析要求及電路的特點(diǎn)， 繪制出水塔水位控制程序流程圖，如圖 3 1 所示 ： 圖 31 程序 框圖 時鐘顯示 水位 1 電機(jī) 轉(zhuǎn)動 水位 2 電機(jī) 轉(zhuǎn)動指示燈 水位 4 判斷 哪個 鍵 按下 初始化 有鍵按下？ 無限循環(huán) 水位 3 電機(jī) 轉(zhuǎn)動指示燈 報(bào)警燈 蜂鳴器 Sw1 按鍵 （ 手動啟動） Sw2 按鍵 Sw4 按鍵 Sw3 按鍵 無限循環(huán) 無限循環(huán) Y N 時鐘顯示 時鐘顯示 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 20 C 語言 程序 部分 C 語言是在 20 世紀(jì) 70 年代初問世的。當(dāng) 按下 K5， 電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 1，即 此時的水位時水塔總高度的 1/4；當(dāng) 按下 K4， 電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 2，即 此時的水位時水塔總高度的 2/4；當(dāng) 按下 K3， 電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動 ，此時水塔 中的 水位 會顯示 3，即 此時的水位時水塔總高度的 3/4；當(dāng) 按下 K2， 電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 4，即 此時的水位 達(dá)到水滿 狀態(tài) 。在此電路中 ,按鍵輸入采用低電平有效 。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。 電機(jī) 驅(qū)動 及顯示 電動機(jī)（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能 的一種設(shè)備。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動 ， 靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī) 的 I/O 端口 進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多；動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 “ a， b， c，d， e， f， g， dp” 的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮 ， 通過分時 輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動 ， 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 15 但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 它的 主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓 5V 時可使用 300Ω 的限流電阻。 LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。 下面是 CD4511 引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 23 所示 ）： 圖 23 CD4511 引腳圖 引腳 功能： A0~A3： 二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端 /BI： 輸出消隱控制端 LE： 數(shù)據(jù)鎖定控制端 /LT： 燈測試端 QA~QG： 數(shù)據(jù)輸出端 使用 方法： 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 13 其中 A、 B、 C、 D 為 BCD 碼輸入， A 為最低位。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 ② PROG 功能 ：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 下面 是 89C51 單片機(jī)引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 22 所示 ）： 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 11 圖 22 單片機(jī)引腳圖 40 個引腳按引腳功能大致可分為 4 個種類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳 。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲器 組合在單個芯 片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 （ 4）具有可擴(kuò)展性 由于工廠的生產(chǎn)工藝在不斷的革新，市場的情況也在不斷的變化，所以單片機(jī)的控制對象也會不斷地改變，所需控制的功能也有可能不斷地增加，在設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時，也許有些功能當(dāng)時用不到，但也應(yīng)在輸入 /輸出接口、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器等方面留有可擴(kuò)展的余地。在保證功能實(shí)現(xiàn)和高可靠性的條件下，不必強(qiáng)求 CPU 及元器件的高檔次，能使用 8 位機(jī)就不用 16 位機(jī)，能使用中檔就不用高檔機(jī)，能使用 89C51 就不用 89C52。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則帶來不便，重則會造成停止工作甚至是人員傷亡 。雖然單片機(jī)只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義，從某種意義上說，一塊單片機(jī)芯片就是一臺微型計(jì)算機(jī)。 硬件設(shè)計(jì) 電路 總體框架圖 如圖 21 中所示 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 8 圖 21 電路總體框架圖 該圖 是在 Protues 上 進(jìn)行仿真的硬件電路圖。 該設(shè)計(jì) 第二章介紹了 “ 基于水塔水位 控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 與 仿真 ”的 硬件 設(shè)計(jì) ，其中包括單片機(jī)的介紹、 89C51 的功能 及引腳介紹、 CD4511 的功能 及引腳介紹 、 LED 數(shù)碼顯示 、電機(jī)驅(qū)動與現(xiàn)實(shí)、水位監(jiān)測電路等部分組成 ； 第三章 主要介紹軟件部分 ，其中包括 程序 框圖和 C 語言 程序兩部分組成；第四章 則是 仿真部分，其中 包括 Keil、 Protues 的 介紹，以及 Keil 的調(diào)試部分 和 加文件 到 Protues中 等幾部分組成。但是 鑒于基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng) 在 Protues上 進(jìn)行仿真，而 Protues 上 沒有水塔水位的模型。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 5 圖 12 超聲波發(fā)射電路 圖 13 超聲波接收電路 本設(shè)計(jì) 基于 電阻式 傳感器并 以水塔水位為模型，鑒于單片機(jī)液位測量裝置的測量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長 等特點(diǎn)，所以該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的水塔水位 控制 系統(tǒng)。超聲波發(fā)射電路原理如圖 12 所示，單片機(jī)的一個端口發(fā)出 40KHZ 的方波信號，然后信號分成兩路送出 ， 其中的一路經(jīng)反向器 74LS4069 后送到超聲發(fā)射管 T 的一個電極 ，另一路經(jīng)兩次反向后送到發(fā)射管 T 的另一個電極 ,這樣做目的是為了增強(qiáng)超聲波發(fā)射強(qiáng)度和提高電路驅(qū)動能力 。同時其具有以下特點(diǎn) ： (1)使用壽命長，液位變送器膜片采用高技術(shù)激光調(diào)制電路，傳感器外殼采用不銹鋼制作。 圖 11 電阻式 傳感器 傳統(tǒng)的水位檢測通過設(shè)檢測點(diǎn)來完成對水位的檢測。當(dāng)水位處于上、下限之間時， B 棒與 A 棒導(dǎo)通，因 C 棒不能與 A 棒導(dǎo)通， b 端為 1 狀態(tài)， c 端為 0 狀態(tài)。 A 棒接 + 5V 電源， B 棒、 C 棒各通過一個電阻與地面相連。在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍之內(nèi)。 基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心， 通過 單片機(jī)本身的功能模塊和控制程序 ， 來實(shí)現(xiàn)對 水塔 水位做出控制、顯示和 發(fā)出 報(bào)警信號 。 PLC 的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 [10]， PLC 總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 3 小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。 因此， 可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多