【導(dǎo)讀】液位測(cè)量廣泛應(yīng)用于工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生活等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)以水箱供水為模型，用于對(duì)。水箱液位信號(hào)進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控記錄?；趩纹瑱C(jī)的液位測(cè)量裝置具有測(cè)量準(zhǔn)確、重復(fù)性好、功耗低、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，是廣泛采用的技術(shù)。在深入學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展觀的同時(shí)，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)也需融入可持續(xù)發(fā)。度水資源，降低能源消耗。最后，本文總結(jié)了設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法，簡(jiǎn)要敘述了所獲數(shù)據(jù)的處理。方法，引出了進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)的思路。

　　

【正文】 個(gè)下降沿 ， 輸出 2（ Q0） 、 5（ Q1） 、 6（ Q2） 、9（ Q3） 、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 1 1 118的狀態(tài)。 74LS273 也可以作為地址鎖存器來(lái)用， 作 鎖存器時(shí)，對(duì) 273 來(lái)說(shuō)， 1（ CLR）腳必須接高電平， ALE 信號(hào)經(jīng) 過(guò)反相后接 11 腳 （ 因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 ALE 信號(hào)是以下降沿方式出現(xiàn) ） 對(duì) 373來(lái)說(shuō)， 1腳接低電平，保證使能， 11腳直接接單片機(jī)的 ALE信號(hào)。 按照常規(guī)的連接方法設(shè)計(jì)電路圖 37如示 。 時(shí)間單元硬件設(shè)計(jì) 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 DS1302 因其較小的體積，占用 I/O 口資源少等特點(diǎn)，是常用的時(shí)間芯片。此次設(shè)計(jì)采用 DIP8封裝，管腳功能如圖 38： 圖 38 DS1302引腳圖 其中 Vcc1為后備電源， Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 DS1302由 Vcc1或 Vcc2兩者中電壓較大者供電。當(dāng) Vcc2大于 Vcc1＋ ， Vcc2供電，當(dāng) Vcc2小于 Vcc1時(shí)， DS1302由 Vcc1供電。 X1和 X2是振蕩源接口，外接 晶振。 RST是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳輸。 RST輸入有兩種功能：首先 RST接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位 寄存 存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù) 的 傳送手段。當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302進(jìn)行操作。如果傳送過(guò)程中 RST置為低電平，則會(huì)終止 此次傳輸，安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ ， RST必須保持低電平。只有在 SCLK為低電平時(shí)，才能將 RST置為高電平。 I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。 SCLK始終是輸入端，用來(lái)輸入串行時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù) DS1302的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路如圖 39： 圖 39 時(shí)間單元電路 在實(shí)際應(yīng)用中，起控制、輸入輸出的三個(gè)端口上拉較弱，容因產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_，因此加上了上拉電阻與單片機(jī) P1口相連，加強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性；為了保證時(shí)鐘的可靠性，在 Vcc1上使用了 CR2032紐扣電池 作為備用電源，輸出電壓為 3V，從而保證了系統(tǒng)掉電狀態(tài)下，時(shí)鐘能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。 A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)中較為重要的一部分，由于涉及到模擬部分， A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 以下是 ADC0804管腳及功能的介紹： 圖 310 ADC0804引腳圖 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 /CS 芯片選擇信號(hào)。 /RD 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。 /RD為高電平時(shí)， DB0~DB7處于高阻抗： /RD為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)才會(huì)輸出。 /WR 用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC的轉(zhuǎn)換開始（ /CS=0時(shí)），當(dāng) /WR由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)換 器被清除；當(dāng) /WR回到高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。 CLK IN， CLK R 時(shí)鐘輸入或接振蕩元件（ R， C）頻率約限制在 100kHZ~1460kHZ，如果使用 RC電路則其振蕩頻率為 1/（ ）。 /INTR 中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出 ,低地平動(dòng)作。 VIN(+) VIN() 差動(dòng)模擬電壓輸入 。 輸入單端正電壓時(shí) ,VIN()接地 ； 而差動(dòng)輸入時(shí) ,直接加入 VIN(+) VIN()。 AGND,DGND 模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地。 VREF 輔助參考電壓。 DB0~DB7 8位的數(shù)字輸出。 VCC 電源供應(yīng)以及作為電 路的參考電壓。 設(shè)計(jì)滿偏電壓為 5V，則 VREF輔助參考電壓為 5V/2=，在 10%的誤差范圍內(nèi)，無(wú)需過(guò)分苛刻參考電壓的電壓源，由于系統(tǒng)中 DC5V供電，采用兩只相同阻值電阻分壓，便能近似得到 。 系統(tǒng)中使用 10K 電阻與 150pF電容組成 RC 振蕩電路，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)計(jì)算公式 ： KH zRCf clk 606)( 1 ?? （ 31） 其振蕩頻率約為 606kHz，滿足芯片要求。 另外，以阻抗型液位 傳感器為模型，液位傳感器阻值變化與液位的高度是成正比的，安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 因此需要將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值匹配 A/D轉(zhuǎn)換器。常用的阻抗 電壓轉(zhuǎn)換法如歐姆法。由于被測(cè)阻抗兩端電壓正比于被測(cè)電阻，可把被測(cè)阻抗轉(zhuǎn)換為電壓測(cè)量。即 xNx RaIU ? （ 32） 式中， xU 是轉(zhuǎn)化電壓， NI 恒定電流， xR 為被測(cè)電阻， a 為比例系數(shù)。因此，液位高度的變化同樣正比于輸入電壓， 故 而 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)正比于液位高度。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程，使用系統(tǒng)內(nèi)部 5V電壓作為模擬輸入， VIN()直接接地，通過(guò)接入傳感器分壓將阻抗轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，接入電位器可實(shí)現(xiàn)模擬輸入。 根據(jù)以上參數(shù)分析，設(shè)計(jì)電路如 圖 311： V c c20C L K R19D B 018D B 117D B 216D B 315D B 414D B 612D B 513D B 711CS1RD2WR3C L K I N4I N T R5V i n ( + )6V i n ( )7A G N D8V r e f9D G N D10A D C 0 8 0 4U9A D C 0 8 0 4R410kR61kR71kV C CR510kC4150pFA D _ W RA D _ R DV C CAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD712J P 2JPR810kV C CS2S W S P D T 圖 311 A/D轉(zhuǎn)換單元電路圖 通信單元硬件設(shè)計(jì) MAX485僅有 8個(gè)管腳，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。 圖 312 MAX485引腳圖 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 RO引腳接到單片機(jī)串口接收引腳 RXD（ ） ， DI 引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳 TXD（ ） 。由于 MAX485 為半雙工通信方式，不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過(guò)控制 RE和 DE 引腳的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省單片機(jī) I/O 口資源，將RE和 DE 引腳連在一起，輸入低電平時(shí)， MAX485 處于接收狀態(tài)；輸入高電平時(shí)，其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。定義 RE 和 DE 連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為 E，接入單片機(jī) P1口 ， 用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。 A， B端為發(fā)送接收差分信號(hào)端，一般需在 A,B 端之間加匹配電阻，匹配電阻為 120Ω。 硬件電路如圖 313： 圖 313 串行通信模塊電路圖 其他外圍電路的設(shè)計(jì) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 繼電器電路設(shè)計(jì)。 由于使用單片機(jī) I/O口的驅(qū)動(dòng)電流較弱，不滿足繼電器吸合電流參數(shù)的要求，所以需使用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器吸合。設(shè)計(jì)電路如圖 314。 為了防止電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾以及高頻信號(hào)線間的耦合干擾，在電源入口處及芯片頂端或底端，接入去耦電容，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 電源 指示燈設(shè)計(jì)如圖 315。 圖 314 繼電器部分電路圖 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 36 圖 315 電源指示燈電路圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 第 4 章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件編譯開發(fā)環(huán)境 8051系類單片機(jī)共擁有 111條系統(tǒng)指令，可實(shí)現(xiàn) 51種基本操作。然而 匯編語(yǔ)言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點(diǎn)。 C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 它 兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。用 C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，增加 軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。用 C語(yǔ)言進(jìn)行 51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與 應(yīng)用的必然趨勢(shì)。 KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編 C語(yǔ)言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標(biāo)文件和庫(kù)，創(chuàng)建 HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。 本設(shè)計(jì)使用 KEIL C51 μVision3為開發(fā)編譯環(huán)境，使用 C語(yǔ)言編寫程序，實(shí)現(xiàn)各模塊功能設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)主 程序 流程圖 系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實(shí)時(shí)顯示液位值以及鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖 41所示。 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38 系統(tǒng)初始化 該模塊在系統(tǒng)上電開機(jī)時(shí)將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、標(biāo)志位、指針、地址等賦予有含義 的值。具體分為以下幾個(gè)模塊列表描述。 表 41 初始化參數(shù)及含義 模塊 變量 /端口 初始值 功能 控制端口初始化 adRD/ 1 A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制，初始為不讀入 adWR/ 0 A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換控制，初始為停止 E/ 0 通信接收發(fā)送控制，初始為接收 DIS/ 0 顯示數(shù)據(jù)鎖存控制，初始為保持 RELAY/ 1 繼電器控制，初始狀態(tài)為斷開 波特率發(fā)生器初始化 TMOD 0x22 單片機(jī)片內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作在方式二 SCON 0x40 串行口為 8位 UART工作方式 TH1 0xf4 波特率設(shè)置為 4800bps TL1 0xf4 IE 0 禁止定時(shí)器中斷 TR1 1 啟動(dòng)定時(shí)器 REN 1 允許串行口接收數(shù)據(jù) 時(shí)間初始sec 0x00 初始化系統(tǒng)時(shí)間為 2021年 1月 1日 0時(shí) 0分 0秒星期 六 min 0x00 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 化 hr 0x00 其中 sec,min,hr,date,mon,day,year 依次為秒、分、時(shí)、日、月、星期、年 date 0x01 mon 0x01 day 0x06 year 0x11 數(shù)據(jù)參數(shù)初始化 xmark 0x7531 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)標(biāo)志字節(jié)指針 numtab 0x0001 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針 uplq 0xCF 高液位警戒高度，初始值 downlq 0x10 低液位警戒高度，初始值 初始化過(guò)程中，調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換模塊獲得首次液位數(shù)據(jù)，同時(shí)將其顯示，完成初始化工作 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 40 圖 41 主程序流程圖 顯示與 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)中，顯示輸出 的要求為壓縮 BCD碼，而 A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是 8位 16進(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對(duì) 8位 A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對(duì)滿偏電壓比率、相對(duì)電壓幅值的關(guān)系對(duì)應(yīng)如表 42： 開始 CPU 初始化 參數(shù)設(shè)定 是否有按鍵 采樣子程序 顯示實(shí)時(shí)液位 數(shù)據(jù)處理子程序 控制電機(jī)啟停 按鍵處理 是 否 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 表 42 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對(duì)照表 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 滿刻度比率 相對(duì)電壓幅值 Vref= 高四位 低四位 高四位電壓 低四位電壓 F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 0 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0/16 0/256 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 42 綜上，電壓幅值與液位高度在數(shù)值上是相等的。為了通過(guò) LED直觀顯示液位高度，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的思路如下： 設(shè)輸入 8位 二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 n ， 5/n 的商即為以分米為單位的液位高度數(shù)據(jù)，余數(shù)為以厘米為單位的數(shù)據(jù)，由于顯示位數(shù)僅為 2位，最低位為分米，固使用 “ 二舍三入 ” 的辦法保留分米單位的整數(shù)倍數(shù)據(jù) 1n 。為了將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為為壓縮 BCD碼，再將 10/1n ，得到的商左移四位（ 相當(dāng)于乘以 16）為壓縮 BCD碼高四位，余數(shù)為壓縮 BCD碼低四位，二者相加，就是最終的結(jié)果。 顯示轉(zhuǎn)換部分 程序簡(jiǎn)略如下： uch