【導(dǎo)讀】隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。設(shè)的高塔上面建個蓄水池以保證用戶水壓的恒定。目前大多數(shù)的住宅小區(qū)都是采用人工。題的存在，都在呼喚一種簡單經(jīng)濟的高塔水位檢測報警控制系統(tǒng)的誕生。的運行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求,從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。低，安裝方便，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。供水箱水位進行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對象的特征，要求實時檢測水箱的液位高度，并。檢測值若高于上限設(shè)定值時，要求報警，斷開繼電器，控制水泵停止上。數(shù)碼管顯示、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換、筒式電容傳感器，電源和控制部分等組成。出，同時數(shù)碼管顯示液位高度。本設(shè)計是采用8051單片機為核心芯片，及其相關(guān)硬件來實現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng)，所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。

　　

【正文】 電平 (或低電平 ),一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進 入死循環(huán)狀態(tài)時 ,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行 ,這個時候 ,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號 ,便在它和單片機復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個 10ms的正脈沖，此脈沖即為 復(fù)位信號 ,使單片機發(fā)生復(fù)位 ,即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行 ,這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復(fù)位 . 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 共 47 頁 采用 89C51單片機和 X25045組成的看門狗電路 ,X25045硬件連接圖如圖 413所示。X25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則 X25045 將從 RESET 輸出一 個高電平信號，經(jīng)過微分電路 C R3輸出一個正脈沖，使 CPU 復(fù)位。圖 22 電路中， CPU的復(fù)位信號共有 3個：上電復(fù)位 (C R13)，人工復(fù)位 (S、 R1 R13)和 Watchdog 復(fù)位 (C R14)，通過或門綜合后加到 RESET 端。 C R14的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。 R 121KR 1310 KR 1410 K0. 1μ FC 10V C CS W S P S T123A74 L S 32P 2. 1P 2. 0P 2. 3P 2. 2R E S E TCSSOWPV s sV c cR E S E TS C KSIX 25 04 5C910 μ F 圖 413 看門狗電路 看門狗定時器的預(yù)置時間是通過 X25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表 41所示， X25045 狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義，其中 WD WD0 和看門狗電路有關(guān) ，其余位和 EEPROM 的工作設(shè)置有關(guān)。 表 41 X25045狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1＝ 0， WD0=0，預(yù)置時間為 。 WD1＝ 0， WD0=1，預(yù)置時間為 。 基于單片機的液 位控制器設(shè)計 第 32 頁 共 47 頁 WD1＝ 1， WD0=0，預(yù)置時間為 。 WD1＝ 1， WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁 共 47 頁 5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運算與控制必須靠軟件支持， 系統(tǒng)硬件組態(tài)完后，根據(jù) I/O 地址分配和功能要求便可以進行軟件編程。軟件編程是系統(tǒng)完成控制的一個重要部分 。 系統(tǒng)軟件程序主要完成初始化工作，輸入輸出控制，子程序主要完成數(shù)據(jù)采集處理的功能包括采集的液位數(shù)據(jù)與給定的液位值的比較，是否需要報警，以及 處理完成顯示部分與調(diào)節(jié)閥的信號輸出。 在該系統(tǒng)的軟件部分的設(shè) 計中，第一部分主要是對流程圖的介紹，其中包括了對水位的檢測，對水泵的控制開和關(guān)，以及 水泵是否正常工作的報警。 通過對 水體液位進行的簡易方便的操縱，可以準 確得控制水泵進行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要 ；第二部分是系統(tǒng)工作程序的編程內(nèi)容，由于全部編程部分較多， 只 取最重要的水位檢測主程序段 和部分控制程序 。本 程序段主要實現(xiàn)啟動 ADC0809 轉(zhuǎn)換器，并從 A/D 轉(zhuǎn)換器采集信號的功能。 軟件設(shè)計流程圖 本軟件流程圖設(shè)計簡易合理，方便易于操控， 能夠針對水位的不 同狀態(tài)和不同外界條件進行控制 ,水位運行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善 。同時大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力 ,保證了工業(yè) 水體液位方面作業(yè) 的穩(wěn)定運行 。 下圖 即 為 水位檢測主程序 流程圖 基于單片機的液 位控制器設(shè)計 第 34 頁 共 47 頁 開 始設(shè) 定 上 限 、 下 限 高度 、 預(yù) 設(shè) 初 始 值啟 動 A / D 轉(zhuǎn) 換測 量 值 高 于 上 限 值測 量 值 低 于 下 限 值測 量 值 與 設(shè) 定 值 相 等啟 動 水 泵繼 續(xù) 供 水是 否 查 看液 位 高 度顯 示 液 位 高 度結(jié) 束關(guān) 閉 水 泵停 止 供 水報 警 提 示關(guān) 閉 水 泵報 警 提 示啟 動 水 泵 供 水YYYYNNNN 圖 51 水位檢測流程圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 共 47 頁 矩陣鍵盤 程序 設(shè)計 程序設(shè)計內(nèi)容 運用 80C51 芯片編寫程序設(shè)計實現(xiàn)的矩陣式鍵盤。通過對矩陣鍵盤的硬件電路的設(shè)計及對其進行程序匯編和運行，通過單片機的內(nèi)部控制實現(xiàn)對硬件電路的設(shè)計 ,從而實現(xiàn)對 4 4 矩陣鍵盤的識別。用單片機的并行 P1 口連接 4 4 矩陣鍵盤，并以單片機的－ 口作鍵盤輸入的列線，以單片機的 － 口作為鍵盤輸入的行線，然后用 － 作輸出線，通過上拉電阻在顯示器上顯示液位。在硬件電路的基礎(chǔ)上加上軟件程序的控制來實現(xiàn)設(shè)計。其程序編寫的內(nèi)容是： ⑴ 44 矩陣鍵盤識別處理 。 ⑵ 每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU通信。鍵盤的一端（列線）通過電阻接 VCC，而 接地是通過程序輸出數(shù)字 “0” 實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么？還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地；另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。 系統(tǒng)程序 該 圖是一個總的系統(tǒng)框圖，首先 CPU讀入初始狀態(tài)， CPU 先讓某一行線為低，其他行線為高，同時列線都為高，通過對按鍵進行掃描，也就是通過按鍵后判斷列線是否為0 來判斷是否有鍵按下，如果有 就繼續(xù)執(zhí)行程序識 別判斷是哪個鍵按下，然后通過 P0口查詢顯示該數(shù)符，如果沒有按鍵按下就返回程序繼續(xù)掃描直到有鍵按下時才停止掃描。 基于單片機的液 位控制器設(shè)計 第 36 頁 共 47 頁 開 始掃 描是 否 有 鍵 按 下識 別 是 哪 一 個 鍵 按 下通 過 P 0 口 查 詢 顯 示 該 序 號YN A 顯示程序 ⑴ 說明 ：判斷有鍵按下并且識別出是哪個鍵按下時，接著就通過顯示程序?qū)⑵渫ㄟ^數(shù)碼管顯示出來。該實驗用的是查表程序來實現(xiàn)相應(yīng)鍵的顯示的。將定義字偽指令地址賦給 DPTR，通過指令 MOVC A,@A+DPTR 查到對應(yīng)字符的顯示碼送給 A，再由 A 送給 P0，最后由顯示器顯示出來。 顯示器字形與字段的對 應(yīng)關(guān)系如下： 圖 52 識別按鍵 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 共 47 頁 表 51 顯示器字形與字段對應(yīng)關(guān)系表 字形 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 編碼 h g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3F 1 0 0 0 0 0 1 1 0 6 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5B 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4F 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66 5 0 1 1 0 1 0 0 1 6D 6 0 1 1 1 1 0 0 1 7D 7 0 0 0 0 0 1 1 1 7 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7F 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6F A 0 1 1 1 0 1 1 1 77 B 0 1 1 1 1 1 0 0 7C C 0 0 1 1 1 0 0 1 39 D 0 1 0 1 1 1 1 0 5E E 0 1 1 1 1 0 0 1 79 F 0 1 1 1 0 0 0 1 71 B 延時程序 說明：為防止抖動，使鍵盤識別失誤，于是我們運用一個 10ms 的延時程序使之產(chǎn)生 10ms 的定時 ，對鍵盤再一次進行掃描，檢查鍵盤的狀態(tài)，當兩次掃描到鍵位上有鍵按下時 CPU 才做處理。此延時程序是通過雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)延時的。其匯編程序如下： DELAY10ms: MOV R6,10 D1: MOV R7,248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET 其延時的時間計算過程為：設(shè)其晶振頻率為 6MHZ，則其機器周期為 2us，又上述指令均為雙周期指令，因而， T=4+(4+10 4) 248+4=10920us≈ 10ms ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖 ADC0809 應(yīng)用說明 如下： （ 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與單片機直接相連。 （ 2） 初始化時，使 ST和 OE 信號全為低電平。 （ 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C端口上。 （ 4） 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的 負 脈沖信號。 基于單片機的液 位控制器設(shè)計 第 38 頁 共 47 頁 （ 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 （ 6） 當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 程序設(shè)計內(nèi)容 如下： （ 1） 進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，采用查詢 EOC 的標志信號來檢測 A/D 轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過 P0 端口 讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。 （ 2） 進行 A/D 轉(zhuǎn)換之前，要啟動轉(zhuǎn)換的方法： ABC＝ 000， 選擇第 0通道 ST＝ 0產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)換的 負 脈沖信號 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 39 頁 共 47 頁 開 始定 時 器 0 初 始 化 ， 產(chǎn) 生 用于 A D C 0 8 0 9 的 C L K 信 號允 許 定 時 器 0 中 斷啟 動 定 時 器選 擇 通 道 號S T 端 產(chǎn) 生 負 脈沖 ， 啟 動 A / D 轉(zhuǎn) 換E O C = 0 ?O E = 1 輸 出 允 許調(diào) 用 顯 示 函 數(shù)顯 示 液 位延 時O E = 0NYA L E = 1 ?YN結(jié) 束 圖 53 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖 基于單片機的液 位控制器設(shè)計 第 40 頁 共 47 頁 6 結(jié)論 本 次設(shè)計基于單片機的 液位 控制系統(tǒng) ，主要介紹了以 8051 芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼 管 顯示、 A／ D模數(shù) 轉(zhuǎn)換、 電容 傳感器 測液位 等組成 的控制系統(tǒng) 。 另外介紹了 ADC0809的工作原理， MC14499 芯片的功能及在單片機中的應(yīng)用 , 74LS373 芯片的功能及使用 , LED數(shù)碼 管介紹， X25045 芯片的功能及使用方法。 本文采用的是基于運算法的電容式液位檢測傳感器，此傳感器 通過傳感器測量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化 , 又由于 ADC0809 是 輸入模擬量信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小， 不易測量， 必須進行放大； 而傳感器得出的電壓一般在 0～ 30mv 之間， 所以要通過反相比例運算放大電路進行放大。把模擬信號送到ADC0809 模擬轉(zhuǎn)換器中變換成數(shù)字量送到單片機的 P0 口，通過 74ls373 地址鎖存器 將地址信號從地址 /數(shù)據(jù)總線中分離出來，以實現(xiàn)總線的分時復(fù)用 。 由單片機 進行實時數(shù)據(jù)采集，并進行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)置 上限值 ,下限值 。 單片機 實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機控制固態(tài)繼電器的開斷進行液 位的調(diào)整，最終達到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時， 蜂鳴器 報警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報警，開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控 。 由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運行被打斷 ,由單片 機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預(yù)料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮 ,設(shè)計了一種 看門狗 電路。 此外，為了防止直流電源斷電，設(shè)計了一個備用電源切換電池的電路。 采用單片機設(shè)計出的 液位 控制器 ， 能夠針對 水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進行控制 ，使 水位運行穩(wěn)定 、 控制效果明顯改善 。 通過自動調(diào)節(jié)控制液位并實現(xiàn)水位的報警。液位控制在設(shè)定值上正常運行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動強度小。 此 控制裝置具有 成本低 、 抗干擾能力強 、 控制