【導(dǎo)讀】本文擬設(shè)計(jì)一種節(jié)能的壓力水罐式恒壓供水智能控制系統(tǒng)。控制單元的核心部件，應(yīng)用靈活的單片機(jī)控制泵組-壓力水罐供水系統(tǒng)。能恒壓供水控制系統(tǒng)具有可靠性高、每個(gè)水泵工作時(shí)間均衡化、節(jié)能效率高等特點(diǎn)。水泵的啟停是按先起先停、先停先起原則設(shè)計(jì)的。本文結(jié)合水泵的具體應(yīng)用，基于傳感。該系統(tǒng)比較適用于對(duì)供水質(zhì)量要求不高的城鄉(xiāng)居民小。區(qū)自來(lái)水二次供水系統(tǒng)，尤其適合于高層建筑樓的二次供水系統(tǒng)。單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用----------------------------------------------------------------------1. 水泵的能耗分析-----------------------------------------------------------------------------------------6. 3水泵智能控制系統(tǒng)的組成及工作原理---------------------------------------------------------8. 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案分析------------------------------------------------------------------------9. 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化----------------------------------------------------------------------------11. 4主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)------------------------------------------------------------------------12. 5水泵智能控制硬件設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------17. 80C51單片機(jī)的復(fù)位和振蕩電路-----------------------------------

　　

【正文】 要把不同段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼可使 LED 相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或稱之為字型碼）。 7 段發(fā)光二極管，再加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段。因此提供給 LED 顯示器的段碼（或字型碼）正好是 1B。各段與字節(jié)中 各位對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 表 55 各段與字節(jié)中各位對(duì)應(yīng)關(guān)系 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 按照上述格式， 8 段 LED 的段碼如表 55 所示。 表 56 8段 LED段碼表 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 0 3FH C0H C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 22 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H T 31H CEH 7 07H F8H y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 77FH 88H “ 滅 ” 00H FFH B 7CH 83H ? ? ? 任何計(jì)算機(jī)在工作之前都要有個(gè)復(fù)位的過(guò)程。對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)位的時(shí)候， CPU也沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行程序，只是在做準(zhǔn)備工作 .計(jì)算機(jī)的復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)無(wú)論是在剛開(kāi)始通電時(shí)、斷電后，還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)都需要復(fù)位。 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。在單片機(jī)引腳中有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，只要在單片機(jī)的 RST引腳上持續(xù)出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平就可以完成復(fù)位了。這個(gè)時(shí)間很短，很容易滿足。為了確保復(fù)位，這個(gè)時(shí)間一般要延長(zhǎng)，大約在 10ms以上就可以了。 可以用很多種方法進(jìn)行復(fù)位 .比如 PC機(jī)有兩種啟動(dòng)方式 :冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)，實(shí)際上就對(duì)應(yīng)了兩種不同的復(fù)位方式 :一個(gè)是在計(jì)算機(jī)沒(méi)有工作的前提下，通過(guò)給計(jì)算機(jī)加電實(shí)現(xiàn)復(fù)位 。另一個(gè)是在計(jì)算機(jī)已經(jīng)正常工作的情況下，通過(guò)復(fù)位鍵 RESTE或重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。同樣單片機(jī)的復(fù)位按原理一般也可分成上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。AT89C51的第 9引腳是復(fù)位引腳，在晶振頻率選用 6MHz時(shí)， C取 22μ F， R1取 8K左右。 上電自動(dòng)復(fù)位電路是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。電容的特性是隔直流、通交流。在單片機(jī)接通電源的瞬間，電源相當(dāng)于一個(gè)交流電、電容兩端相當(dāng)于短路， RESTE端的電位與 Vcc相同，都是 +5V。隨著 RC電路的充電， RESET的電位就會(huì)逐漸下降，只要保證 RESTE為高電平的時(shí)間大于 10ms就能正常復(fù)位了。當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)， 80C51的 9號(hào)引腳，維持一個(gè) 高電平 (+5V)。 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 23 2．本系統(tǒng)中 P0~P3口輸入、輸出信號(hào)檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的功能和狀態(tài)： 系統(tǒng)的顯示部分采用 6片 7 4L S 164驅(qū)動(dòng) LED， LED顯示方式為靜態(tài)顯示方式。使用AT 89C51的串行通訊口 TXD、 RXD，串行口工作于方式 0，即移位寄存器方式。 93C46為串行 EEPROM，用于保存開(kāi)機(jī)設(shè)定時(shí)的原始參數(shù)，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，設(shè)定的數(shù)據(jù)能永久保存，再開(kāi)機(jī)上電時(shí)無(wú)需再重新設(shè)定參數(shù)，即可以運(yùn)行于掉電前的狀態(tài)。采用 NE555組成硬件定時(shí)復(fù)位電路，可以有效防止程序死機(jī)現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)抗干擾性能。復(fù)位電路 每 1s向 AT 89C51的 RESET端發(fā)出復(fù)位信號(hào)。根據(jù)程序的需要，通過(guò) 8951的 時(shí)控制復(fù)位電路的起動(dòng)和停止 ,當(dāng) =0時(shí)， NE555的 2引腳為低電平，停止復(fù)位；當(dāng) P04=0時(shí)， N E555的 2引腳為高電平，起動(dòng)復(fù)位。 74L S273用于對(duì)繼電器輸出狀態(tài)硬件鎖存 ,以防止輸出狀態(tài)被干擾。 ULN 2020為反向驅(qū)動(dòng)芯片，同時(shí)在 74L S273的 CL EAR管腳，外接了 RC電路，用于開(kāi)機(jī)上電時(shí)清零 74L S273的輸出端。同時(shí)在報(bào)警輸入端與 CPU之間采用光耦隔離，以消除外部干擾。由于系統(tǒng)要求的響 應(yīng)速度并不快，因此，系統(tǒng) AD輸入采用 8位串行 ADC0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ,這樣可以節(jié)省 AT 89C51的 IO口 ,并可降低成本。 DA輸出采用了光耦隔離式 DA輸出，在報(bào)警輸入端與 CPU之間也采用了光耦隔離 ,以消除外部干擾。 圖 55 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng) LED 電路圖 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 24 單片機(jī)與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口電路 ADC0809 芯片介紹 （ 1） ADC0809 引腳及功能 ADC0809 是一種逐次比較式 8 路模擬輸入、 8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。其引腳如圖 55 所示。 由引腳圖可見(jiàn)， ADC0809 共有 28 腳，采用 雙列直插式封裝。 其主要引腳功能如下： IN0~IN7 是 8 路模擬信號(hào)輸入端； D0~D7 是 8 位數(shù)字量輸出端； A、 B、 C 與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換， A、 B、 C 分別與 3 根地址線或數(shù)據(jù)線相連， 3 位編碼對(duì)應(yīng) 8 個(gè)通道地址端口。 C、 B、 A=000~111 分別對(duì)應(yīng) IN0~IN7 通道的地址。 OE、 START、 CLK 為控制信號(hào)端， OE 為輸出允許端， START 為啟動(dòng)信號(hào)輸入端，CLK 為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 VR(+)和 VR()為參考電壓輸入端。 （ 2） ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖 如圖 56 所示 。 ADC0809 是采用逐次比較的方法完成 A/D 轉(zhuǎn)換的，由單一的 +5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路選 1 的模擬開(kāi)關(guān)，由 C、 B、A 引腳的編碼來(lái)決定所選的通道。 0809 完成 1 次轉(zhuǎn)換需 100us 左右，輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到 MCS51 的數(shù)據(jù)總線上。通過(guò)恰當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?0809 可對(duì)0~5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 25 圖 56 ADC0809 結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 與單片機(jī)的 工作過(guò)程與 查詢方式 （ 1） 單片機(jī)控制 ADC0809 的工作過(guò)程如下 首先用指令選擇 0809 的一個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行 MOVX @DPTR,A 時(shí)，單片機(jī)的 WR 信號(hào)有效，從而產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，給 0809 的 START 引腳送入脈沖，開(kāi)始對(duì)選中通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后， 0809 發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束 EOC（高電平）信號(hào)，該信號(hào)可供單片機(jī)查詢，也可反相后作為向單片機(jī)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)；當(dāng)執(zhí)行指令： MOVX A,@DPTR，單片機(jī)發(fā)出讀控制器 RD 信號(hào)， OE 端有高 電平，且把經(jīng)過(guò) 0809 轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀到 A 累加器中。 有上述可見(jiàn)，用單片機(jī)控制 ADC 時(shí)，可采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢方式是在單片機(jī)把啟動(dòng)信號(hào)送到 ADC 之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì) 0809 的 EOC 引腳的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查 ADC 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。 中斷控制方式是在啟動(dòng)信號(hào)送到 ADC 之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。 0809 轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。中斷控制方式效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長(zhǎng)的 ADC。 （ 2）查詢方式 單片機(jī)與 ADC0809 的接口如圖 57 所示。 由于 ADC0809 片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用單片機(jī)提供的地址鎖存允許信號(hào) ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器 2 分頻后獲得， ALE 引腳的頻率是 51 單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 1/6。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用 6MHz，則 ALE 引腳的輸出頻率為 1MHz，再 2 分頻后為 500kHz，恰好符合 ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線的低 3 位 A A A0 相連，以選通 IN0~IN7 中的 1 個(gè)通路 。將 作為片選信號(hào)端，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫(xiě)信號(hào) WR 和 引腳信號(hào)控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于 ALE 和 START連在一起， 因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào) RD 和 引腳經(jīng) 1 級(jí)或非門(mén)后，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 26 圖 57 單片機(jī)與 ADC0809 的接口 圖 單片機(jī)與 AT24C02 的應(yīng)用電路 AT24C02 概述 在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，常常希望對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)能夠在斷電的情況下 長(zhǎng)久保存，以避免下次開(kāi)機(jī)時(shí)的重新輸入。此項(xiàng)工作通常采用 AT24C02芯片來(lái)完成。 AT24C02是帶 12C總線接 口 的 E2PROM，其容量為 256 8。它的特點(diǎn)是無(wú)需特殊設(shè)備。單片機(jī)本身就可對(duì)它進(jìn)行讀／寫(xiě)操作，寫(xiě)入數(shù)據(jù)在斷電情況下可保存十年以上。使用非常方便。AT24C02有一個(gè) 16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。該器件通過(guò) I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。 但由于 80C51單片機(jī)沒(méi)有 I2C總線接 口 。故不能直接使用。通常采用虛擬 I2C總線技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。 AT24C02管腳配置及描述 AT24C02支持 IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議 IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過(guò)器件地址輸入端 A0、 A1和 A2可以實(shí)現(xiàn)將最多 8個(gè) AT24C02器件連接到總線上。 管腳封裝如 下 圖基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 27 58所示。 圖 58 AT24C02管腳封裝圖 表 53 AT24C02 管腳描述 管腳名稱 功能 A0 A1 A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫(xiě)保護(hù) Vcc +~ V 工作電壓 Vss 地 SCL 串行時(shí)鐘 AT24C02 串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘，這是一個(gè)輸入管腳。 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 AT24C02 雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收， SDA 是一個(gè)開(kāi)漏輸出管腳，可與其它開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出進(jìn)行線或（ wireOR）。 A0、 A A2 器件地址輸入端 這些輸入腳用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。當(dāng)使用 AT24C02 時(shí)最大可級(jí)聯(lián) 8 個(gè)器件。如果只有一個(gè) AT24C02 被總線尋址，這三個(gè)地址輸入腳（ A0、 A A2 ）可懸空或連接到 Vss，如果只有一個(gè) AT24C02被總線尋址這三個(gè)地址輸入腳（ A0、 A A2 ）必須連接到 Vss。 WP 寫(xiě)保護(hù) 如果 WP管腳連接到 Vcc，所有的內(nèi)容都被寫(xiě)保護(hù)只能讀。當(dāng) WP管腳連接到 Vss 或懸空允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫(xiě)操作 AT24C02與 80C51的接口電路 AT24C02與 80C51的連接電路如圖 59所示。 單片機(jī)要想與其連接的某一器件進(jìn)行通基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 28 信，該器件必須有一個(gè)地址。 AT24C02的地址是一個(gè) 8位二進(jìn)制數(shù)，其格式為： 表 54 AT24C02 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/ W, 其中： A A A0為引腳地址。其數(shù)值由連接電路決定。當(dāng)接電源時(shí)取“ 1” ，接地時(shí)取“ 0”。 R/ W, 為數(shù)據(jù)方向位，當(dāng) R/=1 W, 時(shí)，表示從 AT24C02中讀取數(shù)據(jù)， 當(dāng) R/=0時(shí)， 表示向 AT24C02中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 AT24C02