【正文】 言之一。 早期的 C 語言主要是用于 UNIX 系統(tǒng)。R》中并沒有定義一個完整的標準 C 語言，后來由 美國國家標準學會在此基礎(chǔ)上制定了一個 C 語言標準，于一九八三年發(fā)表。R》標準。通常簡稱為《 Kamp。T)貝爾實驗室正式發(fā)表了 C 語言。如圖 210 所示： 圖 210 聲光 報警電路 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 19 第三章 軟件部分 程序框圖 根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計的分析要求及電路的特點， 繪制出水塔水位控制程序流程圖，如圖 3 1 所示 ： 圖 31 程序 框圖 時鐘顯示 水位 1 電機 轉(zhuǎn)動 水位 2 電機 轉(zhuǎn)動指示燈 水位 4 判斷 哪 個 鍵 按下 初始化 有鍵按下？ 無限循環(huán) 水位 3 電機 轉(zhuǎn)動指示燈 報警燈 蜂鳴器 Sw1 按鍵 （ 手動啟動） Sw2 按鍵 Sw4 按鍵 Sw3 按鍵 無限循環(huán) 無限循環(huán) Y N 時鐘顯示 時鐘顯示 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 20 C 語言 程序 部分 C 語言是在 20 世紀 70 年代初問世的。 聲光 報警 部分 主要由 以 揚聲器為代表的聲音報警部分和以數(shù)碼管為 代表的 光 報警 部分 ， 它們分別 由 單片機的 和 接口來實現(xiàn)水位的報警。當 按下 K5， 電動機開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 1，即 此時的水位時水塔總高度的 1/4；當 按下 K4， 電動機開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 2，即 此時的水位時水塔總高度的 2/4；當 按下 K3， 電動機開始轉(zhuǎn)動 ，此時水塔 中的 水位 會顯示 3，即 此時的 水位時水塔總高度的 3/4；當 按下 K2， 電動機開始轉(zhuǎn)動 ， 此時水塔 中的 水位 會顯示 4，即 此時的水位 達到水滿 狀態(tài) 。 由于基于單片機的水塔 水位 控制系統(tǒng) 在 Protues 中 進行仿真時， Protues 中 沒有水塔水位的模型，所以就不能用 實際的液位 傳感器來前側(cè)水塔 中 的 實際 水位。在此電路中 ,按鍵輸入采用低電平有效 。當 水塔中的水位過高時， 控制電動機 的 繼電器會自動的斷開 ， 電動機停轉(zhuǎn) ；當水塔中的 水位過低時，控制 電動機 的繼電器 會 自動的吸合， 電動機 開始轉(zhuǎn)動，水塔中的水位開始上升，直到水塔中的水位達到 高位時繼電器自動的斷開，電動機停轉(zhuǎn)。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉(zhuǎn)動。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機， 電力系統(tǒng) 中的電動機大部分是交流 電機 ，可以是 同步電機 或者是異步電機（電機 定子 磁場轉(zhuǎn)速與 轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。 電機 驅(qū)動 及顯示 電動機（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成 機械能 的一種設(shè)備。然后 再將 CD4511的 “ QA， QB， QC， QD， QE， QF， QG” 分別 和 LED 數(shù)碼管 的 數(shù)據(jù)端相連 ，通過 89C51的 P3 口的低 4 位來 驅(qū)動數(shù)碼管的顯示 。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動 ， 靜態(tài)驅(qū)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(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多；動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 “ a， b， c，d， e， f， g， dp” 的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，單片機對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出 字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮 ， 通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動 ， 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 15 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。這些段分別由字母 “ a， b， e，f， g， dp” 來表 示 [14]。 它的 主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用三線接口與 CPU 進行 同步通信 ，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的 時鐘信號 或 RAM 數(shù)據(jù)。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓 5V 時可使用 300Ω 的限流電阻。 下圖是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。 LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。 BI 為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1 端應(yīng)加高電平。 下面是 CD4511 引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 23 所示 ）： 圖 23 CD4511 引腳圖 引腳 功能： A0~A3： 二進制數(shù)據(jù)輸入端 /BI： 輸出消 隱控制端 LE： 數(shù)據(jù)鎖定控制端 /LT： 燈測試端 QA~QG： 數(shù)據(jù)輸出端 使用 方法： 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 13 其中 A、 B、 C、 D 為 BCD 碼輸入， A 為最低位。 4） . I/O 口 ： 89C51 共有 4 個 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個引腳。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 ⑶ RST： 復(fù)位。 ② PROG 功能 ：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 3） . 控制線 ： 控制線共有 4 根 ： ⑴ ALE/PROG： 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 。 下面是 89C51 單片機引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 22 所示 ）： 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 11 圖 22 單片機引腳圖 40 個引腳按引腳功能大致可分為 4 個種類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳 。 89C51 的 主要特性為： 與 MCS51 兼容 、 4K 字節(jié)可編程閃爍 存儲器 、數(shù)據(jù)保留時間 為 10 年 、 128*8 位內(nèi)部 RAM、 32 可編程 I/O 線 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲器 組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 單片機 的可擦除 只讀存儲器 可以反復(fù)擦除 100 次。 （ 4）具有可擴展性 由于工廠的生產(chǎn)工藝在不斷的革新，市場的情況也在不斷的變化，所以單片機的控制對象也會不斷地改變，所需控制的功能也有可能不斷地增加，在設(shè)計單片機控制系統(tǒng)時，也許有些功能當時用不到，但也應(yīng)在輸入 /輸出接口、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器等方面留有可擴展的余地。 （ 3）操作簡單，維護方便 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 10 一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的使用者都不是專業(yè)人員，所以在設(shè)計時應(yīng)注意使用者的操作要盡量簡單、方便 。在保證功能實現(xiàn)和高可靠性的條件下，不必強求 CPU 及元器件的高檔次，能使用 8 位機就不用 16 位機，能使用中檔就不用高檔機，能使用 89C51 就不用 89C52。因此，在設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 高可靠性 在每 一環(huán)節(jié)都必須作為設(shè)計 原則。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則帶來不便，重則會造成停止工作甚至是人員傷亡 。 在進行系統(tǒng)設(shè)計時，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 無論其技術(shù)要求、應(yīng)用領(lǐng)域還是其規(guī)模大小是否相同，一般應(yīng)遵循以下基本原則 [13]: （ 1）高可靠性 單片機應(yīng)用系統(tǒng)一個非常重要的特點 就是 高可靠性。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型計算機系統(tǒng)的含義，從某種意義上說，一塊單片機芯片就是一臺微型計算機。 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 9 單片機 的介紹 自從 1971 年微型計算機問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計算機向兩個方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型計算機及其系列化，向大、中型計算 機的挑戰(zhàn)；另一個是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機。 硬件設(shè)計 電路 總體框架圖 如圖 21 中所示 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 8 圖 21 電路總體框架圖 該圖 是在 Protues 上 進行仿真的硬件電路圖。當水位 過高 或 過低時，都會 發(fā)出 報警聲和指示燈顯示。 該設(shè)計 第二章介紹了 “ 基于水塔水位 控制系統(tǒng)的 設(shè)計 與 仿真 ”的 硬件 設(shè)計 ，其中包括單片機的介紹、 89C51 的功能 及引腳介紹、 CD4511 的功能 及引腳介紹 、 LED 數(shù)碼顯示 、電機驅(qū)動與現(xiàn)實、水位監(jiān)測電路等部分組成 ； 第三章 主要介紹軟件部分 ，其中包 括 程序 框圖和 C 語言 程序兩部分組成；第四章 則是 仿真部分，其中 包括 Keil、 Protues 的 介紹，以及 Keil 的調(diào)試部分 和 加文件 到 Protues中 等幾部分組成。 在設(shè)計過程中采用了軟件和硬件雙結(jié)合的的設(shè)計方法，而軟件的設(shè)計簡化了硬件武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 6 要求。但是 鑒于基于單片機的水塔水位控制系統(tǒng) 在 Protues上 進行仿真， 而 Protues 上 沒有水塔水位的模型。 從而達到對水位進行自動控制的目的。 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 5 圖 12 超聲波發(fā)射電路 圖 13 超聲波接收電路 本設(shè)計 基于 電阻式 傳感器并 以水塔水位為模型，鑒于單片機液位測量裝置的 測量準確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長等特點，所以該設(shè)計以單片機為基礎(chǔ)的水塔水位 控制 系統(tǒng)。超聲波接收電路原理如圖 13 所示，該部分主要由超聲波接收探頭 R 及紅外檢波接收芯片CX20216A 組成，因接收芯片 CX20216A 的載波頻率為 38KHZ，而上述超聲波發(fā)射電路發(fā)出的超聲波頻率為 40KHZ，兩者較為接近，所以利用該芯片制作超聲波接收電路 .實驗表明 ， 無超聲波信號時 CX20216A 輸出高電平，有信號時輸出一個脈沖信號 ， 且具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。超聲波發(fā)射電路原理如圖 12 所示，單片機的一個端口發(fā)出 40KHZ 的方波信號，然后信號分成兩路送出 ， 其中的一路經(jīng)反向器 74LS4069 后送到超聲發(fā)射管 T 的一個電極 ，另一路經(jīng)兩次反向后送到發(fā)射管 T 的另一個電極 ,這樣做目的是為了增強超聲波發(fā)射強度和提高電路驅(qū)動能力 。 (3) 溫度穩(wěn)定性好，投入式液位變送器本身在 0～ 70 ℃ 內(nèi)實現(xiàn)了溫度補償，在信號轉(zhuǎn)換電路中加入了溫度補償電路，消除電路溫漂對精度的影響，從而提高精度。同時其具有以下特點 ： (1)使用壽命長，液位變送器膜片采用高技術(shù)激光調(diào)制電路，傳感器外殼采用不銹鋼制作。新型水位傳感器即 選用北京英泰德科技有限責任公司生產(chǎn)的投入式液位變送器 MPM416W/426W，可以達到對水位高度的精確檢測，以利于提高后續(xù)電路控制的精度。 圖 11 電阻式 傳感器 傳統(tǒng)的水位檢測通過設(shè)檢測點來完成對水位的檢測。 通過對傳感器的選擇，可知由傳感器輸出的水位高度信號是 0 ～ 5 V 的直流電壓。當水位處于上、下限之間時， B 棒與 A 棒導(dǎo)通，因 C 棒不能與 A 棒導(dǎo)通， b 端為 1 狀態(tài)， c 端為 0 狀態(tài)。因此， b， c 兩端均為 1 狀態(tài)，這時應(yīng)停止電動機和水泵的工作，不再給水塔供水。 A 棒接 + 5V 電源， B 棒、 C 棒各通過一個電阻與地面相連。其中， A 棒處于下限水位。在正 常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍之內(nèi)。 最常用的 是電阻式 傳感器、 壓阻式 壓力傳感器、 超聲波 水位傳感器 等 。 基于單片機的水塔水位控制系統(tǒng)以單片機為核心， 通過 單片機本身的功能模塊和控制程序 ， 來實現(xiàn)對 水塔 水位做出控制、顯示和 發(fā)出 報警信號 ?？梢詫崿F(xiàn)對 水塔 水位 的自動控制和 監(jiān)測 [11]。 PLC 的一般特點：抗干擾能力強，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護方便、設(shè)計、施工、調(diào)試周期短、易于實現(xiàn)機電一體化 [10]， PLC 總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 說明書 3