【正文】 圖 315 常用繼電器 水泵的介紹水泵是每個(gè)家庭必不可少的生活工具，雖然大多數(shù)人并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)， 但這確是事實(shí)。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。其外觀如圖 314 所示：圖 314 光電耦合器外觀圖本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們采用光電耦合器組成開(kāi)關(guān)電路的作用，能夠很好地將單片機(jī)信號(hào)穩(wěn)定地送給繼電器驅(qū)動(dòng)繼電器閉合。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。事實(shí)證明，采用隔離技術(shù)是一種簡(jiǎn)便且行之有效的方法。 光電耦合器簡(jiǎn)介在電子電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種各樣的干擾信號(hào)，若電路的抗干擾能力差將導(dǎo)致測(cè)量、控制準(zhǔn)確性的降低，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而帶來(lái)破壞性的后果。電路如圖 313 所示：U3GDOUHE JUMP RELAYSPDT123K1CON3R91KR82KR72KR1010K D7Q3NPN+5V+5V圖 313 繼電器控制水泵加水電路的原理圖該電路由繼電器RL1和閉合開(kāi)關(guān)、光電耦合器、水泵RRRR10以及DQ3等組成。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。其中R1R1R16為上拉電阻起限壓控流作用。即紅燈亮，其他兩燈不亮表示是低水位狀態(tài)，此時(shí)需要啟動(dòng)水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示在正常的水位線內(nèi)；黃燈發(fā)亮，其他兩燈不亮為高水位狀態(tài)，水泵停止加水，三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg。 ，而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過(guò)PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。 光報(bào)警顯示電路發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管。我們查找了相關(guān)資料以及我們自己在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中免去此穩(wěn)定電路,發(fā)現(xiàn)有時(shí)候也能實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)目的,但是也有很多時(shí)候發(fā)生水位誤判的情況,產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,所以我們認(rèn)為此電路是不可缺少的。 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電路如圖311所示：Q5NPNQ4NPNR13100KR12100R112KD3DIODE圖 311 穩(wěn)壓電路原理圖本電路的主要作用是使從傳感器輸出的電平能夠穩(wěn)定地輸入單片機(jī)中，主要由三極管的兩極放大穩(wěn)定電路組成，其工作過(guò)程是水位探測(cè)傳感器把探測(cè)到的電信號(hào)送給 R12,如果送入的是高電平則 R1QDQ4 導(dǎo)通把低于 的低電平穩(wěn)定地送給單片機(jī)。方案二精度較高，但成本較高，且需要A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)較復(fù)雜。 圖310 SY9411LD型變送器引腳結(jié)構(gòu)圖3. 對(duì)以上兩種方案進(jìn)行比較論證。在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。其引腳分布如圖310所示。SY9411LD型變送器，它的內(nèi)部含有一個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。本傳感器的尺寸是A線是100CM，B線80CM，C線是20CM，銅線直徑是15MM。這樣做有幾個(gè)好處主要是(1)非常美觀漂亮，讓線路隱藏。(3)細(xì)銅線經(jīng)濟(jì)容易尋找，對(duì)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室做模型來(lái)說(shuō)十分方便。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)思考與實(shí)驗(yàn)，采用了細(xì)銅線作為我們的傳感器制作材料。其外形輪廓如圖39所示： 圖 39 水位探測(cè)傳感器外觀圖A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當(dāng)水位到達(dá)低水位的時(shí)候它不導(dǎo)通，水在正常范圍內(nèi)時(shí)，它導(dǎo)通。最小系統(tǒng)電路如圖 38 所示：RST1(RXD)(TXD)XTAL24XTAL15(INT0)(INT1)(T0)(T1)GND10VCC 20 19 18 17 16 15 14(AIN1) 13(AIN0) 12 11U1AT89C2051+5VR11KC310uFSWPBY112MHZC233pFC133pF+5V圖 38 最小系統(tǒng)電路圖 傳感器的選擇傳感器是一種能感受被測(cè)物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號(hào)的裝置，在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，傳感器得到了廣泛應(yīng)用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映。本設(shè)計(jì)采用混合復(fù)位電路。三、復(fù)合復(fù)位電路——將上電復(fù)位電路和手動(dòng)復(fù)位電路結(jié)合到一起構(gòu)成，通常使用的都是這種混合復(fù)位電路。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或者‘死機(jī)’時(shí)，使用手動(dòng)復(fù)位可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的‘重啟’ 。如圖 35 所示。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。(2) 外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。(1) 內(nèi)部振蕩方式：MCS51 單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入端和輸出端。所以，本設(shè)計(jì)及制作采用了方案一的設(shè)計(jì)思想?！? P3 口相應(yīng)口線的第二功能完全相同。AT89C2051 的P3 口為七位雙向I/ O 口, 有內(nèi)部上拉電阻, P3 口輸出驅(qū)動(dòng)器能提供20mA 灌電流驅(qū)動(dòng)能力, 其鎖存器寫(xiě)1 時(shí)可作輸入口。 分別作為片內(nèi)精密比較器的同相、反相輸入端。用它構(gòu)成的測(cè)量、控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單、可靠性好、體積小和成本低等優(yōu)點(diǎn)。引腳(20個(gè))和指令系統(tǒng)與8031單片機(jī)完全兼容。8031單片機(jī)的 引腳圖如圖34所示：圖34 8031引腳圖3. 比較以上兩種方案，均可以滿足設(shè)計(jì)要求，并且都是以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標(biāo)準(zhǔn)MCS51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖33所示：圖33 AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2. 方案二：選用8031作為我們的控制芯片。 XTAL1 —— 振蕩器反相放大器內(nèi)部工作時(shí)鐘電路輸入端。振蕩器工作時(shí)，該引腳上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平可復(fù)位2051。P3在快閃編程與校驗(yàn)功能中還可接收某些控制信號(hào)。因?yàn)閮?nèi)部上拉作用當(dāng)P3口有外部低電平做輸入時(shí)，引腳向外產(chǎn)生灌電流（ IIL） 。2051無(wú)RD和WR控制信號(hào)，／O線。P3口 —— ～（內(nèi)部上拉電路） ?！?，此時(shí)若有外電路作為輸入，引腳會(huì)向外灌電流（I IL） 。P1口輸出緩沖器能吸收20mA灌入電流并可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器?！?。 GND —— 電路地。(3) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，引腳分布如圖31所示。11) 可直接驅(qū)動(dòng)LED。9) 5個(gè)中斷源。7) 15條可編程I／O線。5) 兩級(jí)程序存儲(chǔ)器加密。3) 寬工作電壓范圍：～6V。AT89C205 的引腳圖和封裝圖分別入 31 和 32 所示： 圖31 AT89C2051引腳圖 圖32 AT89C2051封裝圖(2)AT89C2051主要性能1) 與MCS－5l產(chǎn)品兼容。其中，在閑置模式下，CPU 停止工作，但 RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)仍然在工作。ATMEL 的 205l將具有多種功能的 8 位 CPU 與 FPEROM 結(jié)合在同一芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng) 用提供了高度靈活且價(jià)格適宜的方案。(1)AT89C2051（以下簡(jiǎn)稱(chēng) 2051）是一種低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微控制器芯片，片內(nèi)帶 2KB 的快閃可編程及可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM） 。當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒(méi)被+5V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路經(jīng)過(guò)處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，另一，低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，低電平，使綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的兩根探測(cè)線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，使黃燈亮，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。第 3 章 各單元電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、水位探測(cè)傳感電路、電源電路、穩(wěn)壓電路、光報(bào)警顯示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及高塔模型組成。此系統(tǒng)使用過(guò)程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會(huì)產(chǎn)生誤判的情況,并且單片機(jī)引腳較多能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。 如 圖 22所 示 ：圖22 方案二方框圖 方案論證第一種方案設(shè)計(jì)使用起來(lái)比較方便也簡(jiǎn)單,不用編程等軟件方面的設(shè)計(jì)，但是沒(méi)有穩(wěn)壓電路,使輸入 NE555 芯片的電平十分不穩(wěn)定,容易發(fā)生誤判水位引起混亂的情況,且 NE555 電路只有一個(gè)輸出端,不能接顯示系統(tǒng),所以不能完成顯示功能。當(dāng)在正常的水位時(shí)候,送給NE555為1/3VCC2/3VCC的電平,即保持前一個(gè)水泵不加水的狀態(tài)；當(dāng)水位居于高水位時(shí),給NE555電路一個(gè)高電平,這時(shí)NE555輸出電平翻轉(zhuǎn)為低電平,不能驅(qū)動(dòng)水泵,水泵停止加水。本設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。 在高塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探測(cè)傳感器用來(lái)探測(cè)三個(gè)水位，即低水位，正常水位，高水位。通過(guò)單片機(jī)對(duì)程序設(shè)計(jì)，提高液位系統(tǒng)的控制水平，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，并且已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外企業(yè)及居民生活中得到廣泛應(yīng)用。還有一些其他內(nèi)核的單片機(jī)?？梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。單片機(jī)以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)領(lǐng)域。推行串行擴(kuò)展總線。單片機(jī)中的軟件嵌入。OTPROM、Flash ROM成為主流供應(yīng)狀態(tài)。RISC體系結(jié)構(gòu)的大發(fā)展。主流機(jī)型發(fā)展趨勢(shì)在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，8位單片機(jī)仍是主流機(jī)型，許多廠家還會(huì)不斷改進(jìn)與完善8位機(jī)，使8位機(jī)不斷保持其活力；在滿足高速數(shù)字處理方面，32位機(jī)會(huì)發(fā)揮重要作用；16位機(jī)空間有可能被8位機(jī)、32位機(jī)擠占。由此運(yùn)用單片機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安