【正文】 H 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 表 31 P3口線的 特殊功能 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 天津科技大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 13 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1口管腳寫 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0口作為原碼輸入口，當 FLASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 三、 管腳說明 AT89C51 單片機管腳如圖 31 所示 ?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時 /計數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 二、 特性概述 AT89C51 提供以下標準功能： 4k字節(jié) Flash閃速存儲器 ， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工 串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及 時鐘電路 。 可編程串行通道 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 1288 位內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 與 MCS51 兼容 由于將多功能 8位 CPU 和閃速 存儲器 組合在單個芯片 中。 單 片機 的可擦除 只讀存儲器 可以反復擦除 1000 次。 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 第一節(jié) 單片機 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and 天津科技大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 11 Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。 所以本次設(shè)計針對水塔水位高度的顯示選用了 LCD 顯示器。 體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 缺點七：當分辨率大于顯示器的默認分辨率時（需要軟件強制設(shè)定），細節(jié)處的色彩會丟失，而 CRT 是屏幕閃爍嚴重且畫面明顯模糊。 缺點五：壽命有限 [2]。 缺點三： 液晶顯示 器 的亮度和對比度不是很好。 缺點二：容易產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象 (例如鼠標指針快速晃動 )，這是由于普通液晶屏多為 60Hz(每秒顯示 60幀 )，而 CRT 多為 85Hz(每秒 85 幀 )。 LCD 顯示器具有低壓功耗小，顯示信息量大，壽命長等特點。 為了在 LED 上顯示數(shù)字，必須將要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應的段選碼，這可通過硬件譯碼或軟件譯碼來實現(xiàn)，硬件譯碼電路由鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器組成，鎖存器用于所存每位要顯示數(shù)字的四位二進制代碼或 BCD 碼，譯碼器通過驅(qū)動器與 LED 顯示器的 8個發(fā)光二極管相連，使相應段的二極管點亮，顯示出數(shù)字或字符。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種，八個二極管的陰極并接成一個公共端稱為共陰極；八個二極管的陽極并接成一個公共端，稱 為共陽極。 第四節(jié) 顯示模塊 測控系統(tǒng)中常用的測量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。如果繼電器是按通入線圈的電流的大小而動作的，就是電流繼電器，電流繼電器是串聯(lián)在負載中使用的，其線圈匝數(shù)少、內(nèi)阻低，可以保護線路不因電流過大而收到損壞；如果繼電器是按照施加到線圈上的電壓大小來動作的，就是電 壓繼電器，電壓繼電器與負載電路并聯(lián)工作，所以線圈匝數(shù)較多、阻抗較高。 （ 4）中間繼電器具有觸點多、觸點電流大和動作靈敏等特點，常用于某一電器與被控電路之間，以擴大電器的控制觸點數(shù)量和容量。 （ 2）干簧繼電器是一種新型密封觸點的繼電器，它既能導磁又能導電，兼有普通電磁繼電器的觸點和磁 路系統(tǒng)的雙重作用，具備快速動作、靈敏度高、穩(wěn)定可靠和消耗功率低等優(yōu)點。 常用的繼電器可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及干簧繼電器等。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。 一、 繼電器的介紹 繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，在本次設(shè)計當中主要來做自動控制作用，系統(tǒng)采用 +5V 的直流電來控制 220V 的交流電，以達到控制水泵的作用，因為是在這里是以一種弱電來控制強電，所以安裝和使用的過程當中一定要注意用電安全注意事項。 第三節(jié) 控制模塊 本文對水塔水位所設(shè)計控制模塊主要包括以單片機為核心的，通過繼電器控制的水泵的工作過程的設(shè)計。 TLC0832 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有兩個多路選擇的輸入通道，與單片機或控制器通過三線接口連接，具有 8 位分辨率， 5V單電源供電，輸入與輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容等特點。 二、 串并行 AD 轉(zhuǎn)換器的選取 串行 AD轉(zhuǎn)換器比并行 AD 轉(zhuǎn)換器節(jié)約串口資源，沒有并行 8 位通道間的相互干擾，現(xiàn)在已被越來越廣泛的應用于電子設(shè)計中，故本次設(shè)計選用的就是串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 （ 2）按工作原理及特點可分為積分型、逐次逼近型、并行比較型 /串并行型、∑△調(diào)制型、 VF變換型等。 第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換 當壓力傳感器檢測出水塔的液位高度轉(zhuǎn)換成電信號輸出時，此信號為模擬信號仍然不能直接送給單片機進行分析比較，需要在送 單片機之前進行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ AD 轉(zhuǎn)換） ,將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再傳送給單片機。壓力傳感器與智能數(shù)字儀表或計算機系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)可精確控制液位的高度，并可以實時顯示各測點液位的數(shù)值，所以壓力傳感器是當今應用較為廣泛的一種，也是自動化工程的寵兒。有時把這兩種元件的功能集于一體。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應變計）組成。 二、 壓力傳感器 壓力傳感器是 將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器。激光水位計非常適用于開口很狹窄的容器以及高溫、高粘度的檢測對象。光，照射到被測液面，在液面處發(fā)生反射，接收傳感器接收反射光，將從發(fā)射至接收的時間換算成水位。 6．激光水位計：其檢測原理類似于超聲波水位計，只是采用光波代替了超聲波。射線水位計安裝非常方便，檢測精度較高。核輻射式水位計的核輻射 源用點式或狹長型結(jié)構(gòu)安裝在油罐的外面，狹長型核輻射源檢測元件也安裝在油罐外面，可實現(xiàn)對水位動態(tài)變化的檢測。雷達水位計的檢測精度較高，而且無需定期維修和重新定標，但是安裝比較復雜且價格不菲。將兩種信號混合處理，所得信號頻正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。 4．雷達水位計：雷達水位計發(fā)明于 60 年代，通常采用調(diào)頻雷達原理，利 用同步 天津科技大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 7 調(diào)頻脈沖技術(shù)，將微波發(fā)射器和接收器安裝在罐頂，向液面發(fā)射頻率調(diào)制的微波信號。我國從九十年代初開始，將超聲測距技術(shù)應用到河流、湖泊、水、渠等水體的水位檢測中，以及油、漿等水位的水位檢測中。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射的原理。它可將各種物位、液位介質(zhì)高度的變化轉(zhuǎn)換成標準電流信號，遠傳至操作控制室供二次儀表或計算機裝置進行集中顯示、報警或自動控制。此種方法有檢測簡單、直觀、成本低的優(yōu)點，但 檢 測程有限，且不適于惡劣環(huán) 境中的檢測。另外，利用浸入式刻度鋼皮尺直接檢測水位高度的人工檢尺法也是應用較廣泛的水位計量方法，尤其是在大型油罐儲油量的檢測中，也可把它用作現(xiàn)場檢驗其他檢測儀表的參考手段。 一 、 水位測量原理分類 隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，發(fā)展了許多新的測量原理，一批具有智能控制功能、可實現(xiàn)非接觸測量、精度高、穩(wěn)定性好的水位計相繼問世，并應用 到越來越多的工業(yè)測量領(lǐng)域，如基于超聲波、雷達、光纖等技術(shù)的水位測量儀。根據(jù)水位測量所涉及的水位存儲容器、被測介質(zhì)以及工藝過程的不同，水位計類型的選用也不同。 壓 力 傳 感 器 壓 力 信 號 水泵電機 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 單 片 機 顯示模塊 報警模塊 電源模塊 繼電器控制 天津科技大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 5 圖 22水塔智能水位控制系統(tǒng)測試控制流程圖 第二節(jié) 測量模塊 水位測量早期大多采用機械原理 ,但近些年由于電子技術(shù)發(fā)展迅速，逐步應用了機電一體化，并且發(fā)展了許多新的測量原理。 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 在我們水位控制過程中，首先由安裝在塔底的壓力傳感器感應到水塔的水位變化 ， 然后將水位信號轉(zhuǎn)換成電信號，信號傳送到調(diào)理電路后，由調(diào)理電路進行濾波、放大，輸出變化后的直流電壓信號，然后輸入到串行 A/D 轉(zhuǎn)換器中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模 數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號直接送入單片機，經(jīng)單片機分析處理后根據(jù)相應的結(jié)果通過繼電器對水泵電機進行控制，從而進行對水位的控制，單片機將信號處理后，輸出到顯示模塊，并由顯示模塊顯示出來。 天津科技大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 4 第 二 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 第一節(jié) 本課題對水塔智能水位控制系統(tǒng)的設(shè)計使用 是 以 AT89C51 單片機為核心，由測量模塊、控制模塊、顯示模塊、電源模塊、時鐘復位等組成。 第三節(jié) 本課題主要研究內(nèi)容 水塔智能水位控制系統(tǒng)是一個完整的液位控制系統(tǒng)，它包括采樣、處理、 控制等部分組成，課題將研究整個系統(tǒng)的設(shè)計思想、基本結(jié)構(gòu)框架、主要硬件設(shè)計與軟件程序這幾部分問題。所有的光纖液位傳感器及光纖液位報警器都可以通過一對雙絞線串接在一起，節(jié)省了空間、簡化了布線。其現(xiàn)場采集單元由單片機 8C552 及采集、存儲、顯示、遙控和通信模塊組成，每 個現(xiàn)場采集單元可與光纖液位傳感器及光纖液位報警器等16 個設(shè)備相接。 三、 光纖傳感器在水塔水位檢測中的應用研究：該方案的檢測系統(tǒng)分別由中央控制式的中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場采集單 (或數(shù)據(jù)采集單元 )組成。除此之外，該系統(tǒng)還包括了以差壓傳感器為主的信號采集模塊，以水泵為主的注水啟停驅(qū)動模塊及報警、顯示模塊等。若水位正常，此時水塔傳感器下限液位向 PLC 輸入一個固定值，表示現(xiàn)在水位高于 下限水位。系統(tǒng)通過 PLC啟動后，當水位低于水塔傳感器下限液位時，電磁閥打開，開始往水塔內(nèi)注水，當水位液面達到上限水位時，電磁閥關(guān)閉停止注水；當水塔水位高于水塔液位上限或低于水塔液位下限時，系統(tǒng)發(fā)出警報。而現(xiàn)階段的水塔智能控制系統(tǒng)常采用三種手段可實現(xiàn)上 述功能。非接觸型水位測量系統(tǒng)的感應元件與被測水位不接觸，測量部件不會受被測介質(zhì)的影響，也不影響被測介質(zhì)，因而其應用范圍更加廣泛。 根據(jù)測量水位的感應元件與被測水位是否接觸，水位測量控制系統(tǒng)通常分為接觸型和非 接觸型兩大類。它可以實現(xiàn)水位的檢測控制、電機故障檢測、處理和報警等功能，并在 Proteus軟件環(huán)境下實際仿真。其中較為常用的是由單片機控制的智能水位控制系統(tǒng)，它實現(xiàn)了水位的自動控制、實時顯示、故障報警等功能，使水塔內(nèi)水位保持恒定，從而提高了水塔供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。因此，設(shè)計一套成本低，安裝方便，靈敏性好，節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想控制裝置具有十分重要的意義。在實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應采用電壓控制水 位。傳統(tǒng)的水塔供水是直接采用水泵，供水過程中只能通過人為判斷水塔水位及水井水位，人為控制水泵何時工作，何時停止，這樣的供水系統(tǒng)，不但自動化程度低、勞動強度大，工作效率低，而且安全性難以保障，因此必須對供水系統(tǒng)進行自動化控制的改造。不論當今社會經(jīng)濟 如何飛速發(fā)展，水在人們正常生活和生產(chǎn)中依然起著不可替代的重要作用。為保證住宅小區(qū)用戶用水量的供應，必須實現(xiàn)對水塔水位的智能控制。而住宅小區(qū)用戶用水的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。 在日常生產(chǎn)生活中，人們經(jīng)常要對水位、液位進行控制。合理