【文章內(nèi)容簡介】 VCC：為轉(zhuǎn)換芯片提供正電源電壓。 GND：接地，一般不做特殊要求，全部的地都應接在此管腳。 TLC1549 芯片的管腳圖如圖 4所示。 圖 4 TLC1549管腳圖 DS1302 時鐘芯片 產(chǎn)生時間的方法有很多，其中可以直接用單片機中的內(nèi)部定時器計時。但應用單片機內(nèi)部定時器來產(chǎn)生實時時鐘，這無疑是對單片機資源的一種浪費，而且還將影響水位監(jiān)控系統(tǒng)的其他主要功能，因而采用時鐘芯片進行實時計時。 DS1302 芯片作為一款時鐘芯片，是由 DALLAS 公司設計并生產(chǎn)的一種能夠使用涓流對電池充電的一款新型時鐘芯片， DS1302 時鐘芯片里面包含一個具有實時計時的時鐘、日歷和具有能存儲 31字節(jié)的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器 RAM，通過集成技術(shù)把它們集成在芯片內(nèi)部 [8]。 DS1302 具有顯 示實時時間信息和對實時時間進行處理的功能。比如要把24/12 小時制的實時時鐘進行調(diào)整，以及對其年、月、日、星期等數(shù)據(jù)的調(diào)整， 7 只需將單片機通過串行接口的通信方式與 DS1302 芯片相連接，就可以把以上信息進行實時計時，并能自動的對時鐘、天數(shù)、年、月、日進行調(diào)整 [9]。芯片還具有寬電壓的設計，使用電壓范圍為 ，從而使用范圍更廣。 DS1302 芯片的管腳的主要功能描述： Vcc1： DS1302 芯片的主電源接入，為芯片的正常工作提供電源。 Vcc2： DS1302 接電池的管腳。芯片根據(jù)對兩個電源的管腳電壓值進 行比較，確定從哪個管腳獲取能量。 I/O：作為 DS1302 的雙向數(shù)據(jù)輸入輸出管腳。為 DS1302 芯片提供輸入信息，作為輸出口把 DS1302 芯片的信息通過此管腳輸入給單片機。 X X2： DS1302 芯片晶振的輸入管腳，為 DS1302 芯片提供振蕩信號。其一般選用 晶振。 GND：芯片的接地管腳。 其管腳排列如圖 5 所示。 圖 5 DS1302時鐘芯片管腳圖 LCD12232 液晶顯示屏 液晶顯示屏能夠很直觀的把系統(tǒng)處理好的信息通過文字或圖像顯現(xiàn)出來，是實現(xiàn)人機交互不可缺少的硬件之 一。 液晶屏在兩塊玻璃中加入液晶等材料，通過兩個電極產(chǎn)生電場，使液晶分子在電場的效應下產(chǎn)生不規(guī)則的運動。通過對不同光源進行實效控制，產(chǎn)生明暗的圖像顯示。所以控制兩級之間的電壓就能把所需要的信息顯現(xiàn)出來 [10]。 水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計采用的是 LCD12232液晶屏作為信息顯示。通過顯示屏可以對水位監(jiān)控系統(tǒng)進行功能、時間、密碼的設置以及明確得知實時水位信息、地址信息、電機正反轉(zhuǎn)狀態(tài)等信息。 在水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計中為了節(jié)省單片機的 I/O 口資源，采用單片機串行口的方式對所選擇的液晶進行操作。 對于選擇的液晶串行方式主 要管腳的描述如下： VDD：液晶屏所需電源引入的管腳，管腳號為 1號。 CLK：液晶屏串口所需同步觸發(fā)時鐘的輸入管腳。 8 SID：液晶串行所需的數(shù)據(jù)輸入管腳。 CS：作為液晶顯示器的片選端口，只對高電平有效。 選擇的液晶顯示器實物如圖 6所示。 圖 6 LCD12232液晶顯示屏 直流電機驅(qū)動模塊 水位監(jiān)控系統(tǒng)采用直流電機作為模擬的水庫閘門、水箱閥門。通過對其進行正反轉(zhuǎn)的控制模擬閘門或閥門的打開和關(guān)閉。 低壓直流電機作為一種執(zhí)行機構(gòu)，采用 L298電機驅(qū)動模塊控制，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的模 擬信號，使得驅(qū)動直流電機的轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn) [11]。通過給定不同的模擬量數(shù)據(jù)使直流電機進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止轉(zhuǎn)動三個狀態(tài)來模擬閘門升降。對于直流所加入的電壓一般為 5V。其實物圖如圖 7所示。 圖 7 直流電機驅(qū)動實物圖 蜂鳴器 蜂鳴器作為水位監(jiān)控系統(tǒng)設計報警發(fā)聲部件，通過發(fā)出嘀嘀的聲音告知運行值班人員水位是否超出設定的水位值。 蜂鳴器按形式可以分為電磁蜂鳴器和電壓式蜂鳴器，通常在蜂鳴器的兩端加入一定的電流通過電磁感應產(chǎn)生震動就可以使蜂鳴器發(fā)出聲音。蜂鳴器的組成一 9 般由振膜、電磁感應線圈組成，其結(jié)構(gòu)簡 單，使用方便，適用于各種聲音報警場合。但要注意蜂鳴器的正極不能接反。 蜂鳴器的外觀圖如圖 8所示。 圖 8 蜂鳴器外觀圖 MAX232 芯片 MAX232芯片是能夠和通用 RS232通信標準兼容的一塊集成片。 MAX232芯片是一塊能把單片機的 TTL 電平通過轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娔X串口能識別的 RS232電平。 在水位監(jiān)控系統(tǒng)中是把單片機所測的水位以及其他數(shù)據(jù)產(chǎn)生的串行輸出TTL 電平信號轉(zhuǎn)換為電腦能識別的 RS232 電平信號，實現(xiàn)與電腦通信的能力，從而使電腦具備上位機的功能，水位監(jiān)控系統(tǒng)具備下位機的功能 [12]。 MAX232芯片的管腳如圖 9 所示。 圖 9 MAX232的管腳圖 DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 采用 DAC8512芯片作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片， DAC8512作為一款具有 12位高速轉(zhuǎn)換能力的 D/A 芯片，采用三總線控制方式，只需要 5V 單電源，內(nèi)部有輸出的緩沖放大器 [13]。對于芯片所需的基準電壓為內(nèi)置的 ，具有分辨率為每位 1mv。 DAC8512可以通過片選管腳進行多個連接，在水位監(jiān)控系統(tǒng)中主要是把單片機處理后的水位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，從而控制直流電機。 其主要管腳功能如 下： VDD：為 DA 轉(zhuǎn)換芯片提供 +5V電源，把電源接于此管腳。 CLK：觸發(fā)脈沖輸入管腳。 10 CS：為芯片選擇信號，一般低電平對其有效。 SDI：數(shù)字信號的輸入管腳。 Vout：為模擬電壓的輸出管腳，通常在 之間。 GND：接地，一般不做特殊要求，全部接地都應接在此管腳。 CLR：清空模擬數(shù)據(jù)的管腳，一般低電平有效。 DAC8512數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的管腳圖如圖 10所示。 圖 10 DAC8512數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片管腳圖 WT588D 語音模塊 采用 WT588D 語音芯片作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的 語音報警模塊，采用 8歐姆的揚聲器作為聲音輸出元件。其主要作用是在系統(tǒng)通電的時候通過語音提醒輸入密碼，當輸入秘密正確時發(fā)出語音提醒系統(tǒng)已經(jīng)起動，當水位發(fā)生變化時，提示超水位上限，超水位下限，通過發(fā)出相應的報警聲音告知運行人員，使系統(tǒng)具有人性化。 采用了三線串口的控制方式對 WT588D 語音芯片進行控制。 WT588D 語音模塊的實物圖如圖 11所示。 圖 11 WT588D 語音模塊 實物圖 11 硬件單元電路的設計 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) 一塊單片機只有把它接入相 應的電源，相應的晶體振蕩電路，再加入相應的復位電路然后下載相應的程序，通過這樣組合的單片機才能正常的按照所寫的程序要求來執(zhí)行操作。因而對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計，首先要對單片機的最小系統(tǒng)要進行設計規(guī)劃。 （ 1）電源電路部分： 水位監(jiān)控系統(tǒng)的各個功能實現(xiàn)首先必須要對其引入穩(wěn)定的供電電壓 +5V，能讓各個模塊具有驅(qū)動能力。為了能更方便獲取所需的電源電壓，采用專用的電源變壓器將市電降壓成所需要的 12V 交流電壓，通過濾波、整流、穩(wěn)壓、濾波給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓 +5V，詳見設計圖紙電源電路原理圖。 通過下載口對系統(tǒng)供電的 電路如圖 12 所示。 圖 12 下載口電源電路 （ 2）單片機只有滿足相應的時鐘信號才能進行工作，時鐘信號由時鐘電路產(chǎn)生，通過在 STC89C52的 XT XT2 引腳上接入 的石英晶振外加兩個電容器 (電容器根據(jù)經(jīng)驗一般取 30PF)組成的電路為單片機提供時鐘信號。采用 的晶振更能實現(xiàn)對計算機進行通信的波特率，使用 的晶體晶振為系統(tǒng)單片機提供必要的時鐘信號 [14]。時鐘電路如圖 13所示。 圖 13 振蕩電路 （ 3）單片機的復位有上電復位和對其進行按鍵復位，當 出現(xiàn)死機和運行錯誤的時候一般采用按鍵方式對單片機進行復位操作。因為硬件系統(tǒng)中采用的是 12 STC 單片機，需要在復位管腳 RST 上產(chǎn)生兩個周期的高電平才能使單片機復位。 單片機復位信號的產(chǎn)生采用了按鍵方式的電路設計。按復位鍵通過電容（一般采用 104）對單片機產(chǎn)生復位信號。 系統(tǒng)復位如圖 14 所示。 圖 14 單片機復位電路 下載電路 水位監(jiān)控系統(tǒng)設計了兩套下載電路，一套可以直接通過 RS232 串行通信口更改系統(tǒng)所必要的程序。 另一套是通過一個接口把單片機的 ，通過專用的 STC 下載連接線就可以對單片機進行下載操作，能很方便的對水位監(jiān)控系統(tǒng)進行程序升級功能。水位監(jiān)控系統(tǒng)更新程序需要的下載電路如圖 15 所示。 圖 15 下載電路 鍵盤模塊電路 鍵盤作為水位監(jiān)控系統(tǒng)的輸入設備，能對系統(tǒng)的功能進行操作和設置，只需要 4 個獨立式鍵盤就可以滿足水位監(jiān)控系統(tǒng)各個功能的操作需求。鍵盤電路為共陰極設計，即有按鍵按下的時候，單片機通過掃描發(fā)現(xiàn)相應的端口有低電平即為按鍵的按下，通過消抖，做出相應的執(zhí)行動作。由于獨立式鍵盤的每個按鍵連接著單片機的不同 端口，所以各個按鍵相互獨立，不干擾，四個按鍵分別為左鍵（ P10）、上鍵（ P13）、下鍵（ P12）、右鍵（ P11）。水位監(jiān)控系統(tǒng)獨立鍵盤電路 13 如圖 16 所示。 圖 16 獨立式鍵盤電路 蜂鳴器報警電路 蜂鳴器作為水位超最高水位上限和超低水位下限的聲音報警器件，它發(fā)出的聲音能讓運行人員知道當前水位監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。在水位監(jiān)控系統(tǒng)中蜂鳴器的電路采用單片機的 I/O 口再加一個三極管（三極管根據(jù)經(jīng)驗一般采用 PNP 型）的方式來使蜂鳴器發(fā)出報警。其中單片機的 I/O 選用 P33 引腳作為驅(qū)動蜂鳴器的端口，即當單片機的 P33 引腳輸出高電平的時候蜂鳴器就相應的發(fā)出蜂鳴報警，反之停止發(fā)聲報警 [15]。 其蜂鳴器連接方式如圖 17所示。 圖 17 蜂鳴器報警電路 液晶顯示模塊電路 液晶屏作為輸出器件，在水位監(jiān)控系統(tǒng)的設計中采用了 LCD12232 液晶作為人機交互媒介，通過它可以很直觀的得知當前水位信息，實時時間信息，以及電機是否進行旋轉(zhuǎn)等信息。 為了充分利用單片機的端口資源，采用串行口的方式對液晶進行控制，進行電路設計，對液晶的串行控制的各個管腳做了相應定義 [16]。并采用三極管加電阻 14 對其必要進行驅(qū)動，液晶屏的 片選管腳與單片機的 端口相接 ,串行數(shù)據(jù)口SID 接入單片機的 口，液晶屏所需要的脈沖 CLK 接入單片機的 口。單片機首先通過片選管腳選中液晶顯示器，再給相應的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號，把命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應的寄存器，從而通過這些引腳實現(xiàn)液晶屏的相應顯示數(shù)據(jù)的功能。液晶電路如圖 18 所示。 圖 18 LCD12232液晶顯示電路 DS1302 時鐘電路 DS1302 作為一款時鐘芯片，主要是為水位監(jiān)控系統(tǒng)提供時間的參考。對其進行電路設計， DS1302 芯片需要在其 X X2 管腳上接 入一個 的石英晶振用來作為芯片的時鐘振蕩信號。單片機首先通過片選管腳選中時鐘芯片，再給相應的脈沖信號，根據(jù)脈沖信號，命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶相應的寄存器或把時間數(shù)據(jù)讀出給單片機。為了控制需要對其端口進行接線的分配，該芯片的 I/O數(shù)據(jù)口的管腳與單片機的 ， CLK 觸發(fā)脈沖口的管腳連接著單片機的 I/O 口 ， RST 復位端口管腳連接著單片機的輸入輸出口 ，通過對電路的整合。 DS1302 在水位監(jiān)控系統(tǒng)中的接線如圖 19 所示。 圖 19 DS1302時鐘電路 數(shù)模 轉(zhuǎn)換模塊電路 由于要驅(qū)動直流電機用來模擬水庫閘門、水箱的閥門，所以需要模擬信號的 15 輸出，使用 DAC8512 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)，對其進行電路設計 [17]。讓 DAC8512 的 LD 管腳與單片機的 相連接、 SDI 數(shù)字信號輸入管腳與單片機的 相連接、 LD 串行信號管腳與單片機的 相連接，對其電路進行整合。因而數(shù)模轉(zhuǎn)換接線圖的形式如圖 20 所示 。 圖 20 數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路 模擬水位及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換對于水位監(jiān)控系統(tǒng)的水位數(shù)據(jù)信息采集至關(guān)重 要。水位監(jiān)控系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用了一個電位器來模擬實際水位的電路設計，給定一個 的穩(wěn)壓二極管，通過電位器（采用 10KΩ）產(chǎn)生 的電壓，來對應相應的 米水位數(shù)據(jù)，從中接入 TLC1549 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片中進行轉(zhuǎn)換。同時在電路設計中預留了傳感器輸入端口，只需要加入相應的跳線帽，便可以方便的進行轉(zhuǎn)換，方便傳感器進行實際的水位監(jiān)控測量。根據(jù)所需程序大同小異的情況，基于成本和環(huán)境的考慮，采用電位器的方法模擬產(chǎn)生水位的方式進行后續(xù)程序的設計。 通過一個穩(wěn)壓二級管為 TLC1549 芯片提供基準電壓， TLC1549 主要的管腳CS 與單片機的 、 DOUT 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸出與單片機的 引腳相連接、 CLK 與單片機的 。從而實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 [2]。其模數(shù)轉(zhuǎn)換接線形式圖如圖 21所示。 通信模塊電路 在水位監(jiān)控設計中，需要與電腦（上位機）進行數(shù)據(jù)傳輸，以及接收上位機所發(fā)出的命令。還可