【正文】 水閥電感線圈電流與 PWM 波 占空比的關系 電磁水閥的主要元件是線圈，它具有一定的內阻，可以把它看做是一個純電感與一個電阻串聯(lián)的 RL 電路。若在 15s 期間水位有明顯變動，則將 定時累計值清 零，重新開始下一段 15s 的 檢測， 實現(xiàn)程序 流程如圖 所示 。 圖 ADC0809的操作時序圖 地址 ALE START 地址鎖存 AD 啟動 寄存器清 0 第 25 頁 共 48 頁 圖 ADC0809操作程序流程圖 液位超限、水閥異常報警 子程序 該判斷函數(shù)由 主函數(shù) 調用 ，和數(shù)碼管掃描函數(shù)共同處于主函數(shù)的大循 環(huán)當中，每次檢測后都會根據(jù)檢測結果設置相應的全局標志 ，其他模塊則根據(jù)這一全局標志執(zhí)行相應的動作進行相應的處理：控制水閥的通斷、發(fā)出報警信號等等 ，判斷流程如圖 所示 。 ADC0809 的操作時序如圖 所示， START 的上升沿清除內部寄存器（復位），下降沿啟動控制電路開始轉換。 主函數(shù)的每次循環(huán)都會讀取是否有進、排水、報警標志 ，并執(zhí)行 相關的動作。 KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編 C語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標文件和庫，創(chuàng)建 HEX文件以及調試目標程序。 C語言是一種編譯型程序設計語言。程序在主函數(shù)中設置了大循環(huán)， 大 循環(huán)中結合中斷系統(tǒng)相繼處理各種事件。數(shù)字控制系統(tǒng)的 +5V電壓由 LM7805 穩(wěn)壓片提供 [11]，如圖 所示。 水閥是靠電磁線圈工作的，當達林頓管關斷時 線圈 會 產生一個極大的電動勢，因此必須在水閥電磁線圈兩端并聯(lián)二極管作為保護 [10]，在達林頓管關斷時起到續(xù)流作用。承受電壓高達 100V，集電極最大電流為 5A，最大耗散功率 65W，寬工作溫度范圍 60~150℃ ，具有這些優(yōu)良性能，能夠滿足本設計中驅動水閥的要求。數(shù)控電壓源、數(shù)控電流源控制的 方法 實現(xiàn) 起來 太過復雜，將其舍棄，設計 中 采用的是 PWM 的方法。 鍵盤功能是靠單片機的外部中斷引腳實現(xiàn)的，如圖 ，初始時， 、 、 輸出 高 電平， 三輸入與門全輸入 1，輸出為 1。其中 P0 口 接上拉電阻。這時上拉電阻也是限流用的。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 10～ 20ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各 位數(shù)碼管并非同時點亮，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。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管 的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅動。 數(shù)碼管 顯示電路設計 LED 顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。本設計采用 定 時傳送 方法讀取 AD 轉換的數(shù)據(jù)，所以 ADC0809 的 EOC 引腳懸空，經(jīng)上文對ADC0809 使用的介紹可知，它只需要 連 接 START、 ALE、和 CLOCK 這 幾個 控制 信號就可以正常工作。首先送出口地址并以 RD 信號有效時， OE 信號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。 b）查詢方式 A/D 轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送 ， 為此可采用下述三 種方式。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 D0為最低位， D7為最高 使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。 ADC0809 的內 部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。 通道端口選擇線， A 為低地址， C為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB 和 ADDC。 START 上升沿時，復位 ADC0809； START 下降沿時啟動芯片，開始進行 A/D 轉換；在 A/D 轉換期間， START 應保持低電平。 ALE —— 地址鎖存允許信號。 （ 1） ADC0809 芯片功能簡介 ADC0809 是 8 路模擬信號的分時采集 模數(shù)轉換 芯片 ，片內有 8路模擬選通開關，以及相應的通道鎖存 電路，其轉換時間為 100μs 左右。第 一 級的電阻 VR3 可調，可以調整增益。 A3 組成的后級放大器是一個標準的差動放大器 ， 其產生的輸出誤差失調在增益為 1的情況下也是很小的 。 前級由兩個同相放大器組合而成 ， 輸出分別是 U3 和 U6； 后級由 A3 和 R R R R7組成 ， 后級的輸入為 U3 和 U6， 后級的輸出為 U0。 22V OP07A 具有上述的眾多優(yōu)異特性，因此，它特別適合于作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的有源濾波器、精密儀表放大器高質量的積分器與高輸入阻抗的放大器等。 14V 輸出電壓擺幅 177。 失調和增益對時間或溫度變化的穩(wěn)定性也是極好的。OP07A同時具有輸入偏置電流低（為177。水位的變化會影響內部電阻阻值的變化，進而引起電橋輸出電壓的變化。 %. 零偏溫度系數(shù) 177。F+257176。 圖 上電復位電路原理圖 水位檢測 電路設計 MPS20N0020DS 型液壓傳感器將水位 轉換成電壓信號輸出，但該信號在 幾十毫伏 數(shù)量級 別 ，必須經(jīng)過信號調理電路進行放大才能供后級電路讀取 [5]，再利 用 AD0809 轉換 第 9 頁 共 48 頁 芯片 進行數(shù)模轉換，輸出數(shù)據(jù)供單片機讀取。 圖 晶振電路 原理 圖 復位電路 如圖 所示，上電復位電路由兩個電阻、一個按鍵和一個電容構成。然后執(zhí)行 1 條由硬件產生的子程序調用程序，把斷點地址壓入堆棧，再把與各中斷服務程序的入口地址送入程序計數(shù)器 PC,同時清除中斷請求標志，從而程序便轉到中斷服務程序。但是，必須滿足下列條件：①無同級或高級中斷正在服務；②現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后 1 個機器周期且已結束； ③ 若現(xiàn)行指令為 RETI 或需訪問特殊功能寄存器IE 或 IP 的指令時，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另 1條指令也已執(zhí)行完。 中斷源 —— 所謂中斷源就是引起中斷的事件，亦即是什么部件要求中斷。大體來說，采用中斷系統(tǒng)改善了計算機的性能，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： a)有效地解決了快速 CPU與慢速外設之間的矛盾，可使 CPU與外設并行工作，大大提高了工作效率。 P3口的第 2功能見表 。 ②做一般 I/O 口使用，其內部有上拉電阻。在 P1口作為輸入口使用時，應先向 P1口鎖存器（地址 90H）寫入全 1，此時 P1 引腳由內部上接電阻接 成高電平。 P0口有三個功能： ①外部擴充存儲器時 ,當作數(shù)據(jù)總線（ D0~D7）； ②外部擴充存儲器時，當作地址總線（ A1~A7）。當 EA 輸入低電平時， CPU 僅訪問片外程序存儲器。 PSEN 端同樣可驅動 8 個 LSTTL負載。我們根據(jù) PSEN、 ALE 和 XTAL2 輸出端是否有信號輸出，可以判別 89C52 是否在工作。 PSEN（ 29 腳） : 在訪問片 外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。 XTAL2（ 18 腳） : 接外部晶振 的另一端。按引腳功能分為 4 個部分敘述各 引腳的功能。它結合了 CMOS 的高速和高密度技術及 CMOS 的低功耗特征，它基于標準的 MCS51 單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于 89C51 增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。單片機可以裝入到各種智能化產品之中，所以又稱嵌入式微控制器，它將在控制領域大顯身手。 圖 41系統(tǒng)功能模塊框圖 驅動電路STC 89 C 52電子水閥LED 數(shù)碼管ADC 0809模數(shù)轉換鍵盤水位傳感器 第 5 頁 共 48 頁 2 系統(tǒng) 硬件 設計 這里將對單片機最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集電路、人機接口電路和電源電路的硬件設計作詳細的論述。 按鍵有 引腳中斷輸入實現(xiàn)。 信號采集電路的溫度傳感器和液位傳感器分別接入 ADC0809 的通道 0 和通道 1，經(jīng)ADC0809 數(shù)模轉換后的數(shù)據(jù)傳入 P1口。 缺點：執(zhí)行單元電路復雜，元器件發(fā)熱增加 功耗，生產成本會稍微升高。 優(yōu)點：電路簡單，元件壽命長，較為可靠，造價低廉。 優(yōu)點：該芯片片上有外部中斷資源、定時器資源、 4組 IO口已經(jīng)可以滿足設計的需要，且它的售價低廉應用廣泛、可靠性較高，為 DIP40 封裝， PCB 板制造簡單，完全可以應用于本設計。有片上的 12 位 A/D模塊，可以直接使用，精度高、采樣速度快可用于高精度的數(shù)據(jù)采樣 場合。 d)電路設計工藝：引線合理、屏蔽密封、電源及接地 。它的優(yōu)點有：測量范圍為 —— 20m，量程寬； 體積小，安裝方 便；壽命長、可靠性高、操作簡單；精度高等特點 ， 故采用此方案進行設計 。 優(yōu)點為，線性度好，溫度特性好，材料便宜，制作生產簡單。 方案 二 ： 采用 鎳鉻 合金金屬棒 實現(xiàn)液位的檢測。 方案一 ： 采用超聲波模塊實現(xiàn)水位的精確測量。 （ 3）用 LED 顯示器件顯示水位高度，分辨小于等于 1CM。然后根據(jù)課題任務的要求設計出實現(xiàn)控制任務的硬件原理圖和軟件，并進行 仿 真調試 。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。國內液位控制器仍以常規(guī)的 PID 控制器為主，無法適于滯后、復雜、時變的液位系統(tǒng)控制。 近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如超聲波液位計、雷達液位計、光電液位開關等，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。同時，將該 作 品中使 用到的 控制方法加以延伸，應用到工業(yè)生產控制中去，會使 生產提高效率、降低成本、使企業(yè)獲得利潤的增值。這種液位控制在生產中一直占有主導地位，但隨著生活水平的不斷提高，人們對水箱液位控制系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅要求有更直觀、準確、穩(wěn)定的液位控制系統(tǒng)，同時還要求在價格和人性化方面有所突破，這就要求我們開發(fā)新型既實用又價廉的液位控制系統(tǒng)。 具有非常高的使用價值和 良好的 市場前景。 該系統(tǒng) 以 STC89C52 單片機作為核心控制器實現(xiàn)具有液位檢測 、 顯示、 控制 和 報警功能 的家庭水箱液位控制器 。 系統(tǒng)采用 MPS20N0020DS 型 液壓傳感器 檢測液位，用三個 按 鍵來實現(xiàn) 水位設定 ，用五個 7段 LED 數(shù)碼管來完成顯示部分，用 PWM 方法 控制水流速度。 關鍵詞： STC89C52 單片機 ； 液位控制；顯示； 報警 ； PWM 方法 \ II The design of water level controller based on single chip microputer Abstract： A water level control system is in need in many aspect of our daily life. Lots of convenience will be brought to life by an excellent water level control system, and it makes a significant sense to design an excellent water level control system. The household water tank control system is based on the STC89C52 MCU and includes the functions of water level detection , control and exception alarm. This system contains five parts as follow: the detection of water level, the user operating keys, the control of water level, status display and exception alarm. The hydraulic pressure sensor is used for water level detection. Three keys can meet the operating need and five 7segment LED display device are used for status displa