【正文】 圖 11 負(fù)反饋系統(tǒng)控制原理圖 這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè) 調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋 ( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋 ，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 在本設(shè)計(jì)模擬水箱的水位控制部分，采用了一套 閉環(huán) 負(fù)反饋 控制系統(tǒng) 。例如電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號(hào)為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反饋信號(hào)也為正（ PID 算法時(shí)，誤差 =輸入 反饋），同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號(hào)越大。 2481BS 如圖所示： 圖 9 2481BS 數(shù)碼管 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 10 2481BS 數(shù)碼管共陽極引腳圖 關(guān)于水位控制過程中的負(fù)反饋系統(tǒng)的運(yùn)用 自動(dòng)控制理論也被稱為負(fù)反饋控制理論。只需要數(shù)碼管陽極接電源正， 接數(shù)碼管 的 dp a，就可以驅(qū)動(dòng)。通過動(dòng)態(tài)方式掃描顯示，間隔 1ms。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端， 表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn) .因此他被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中 。 LM12LM224 和 LM324 引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號(hào)來表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+”、 “V”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～ VCC。1 ． 5V～ 177。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 器，有相位補(bǔ)償電路。 11 腳接負(fù)電源， 4 腳接正電源。 圖 6 74HC245 的引腳圖 圖 7 74HC245 的功能表 集成電路 LM324 簡(jiǎn)介 LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖 8 所示。它的 G 端和 DIR 端是控制端，當(dāng)它的 G 端為低電平時(shí)，如果 DIR 為高電平，則 74HC245 將 A 端數(shù)據(jù)傳送至 B 端；如果 DIR 為低電平，則 74HC245將 B 端數(shù)據(jù)傳送至 A 端。圖 6 是 74HC245 的引腳圖 。其典型值為＋ 5V（ VREF（＋）＝＋ 5V， VREF（ =0V） ）。 VREF：參考電源。使用中該狀態(tài)信號(hào)既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 ADC 0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE：輸 出允許信號(hào)。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為 ST。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 5 ADC0809 引腳排列圖 IN0～ IN7： 模擬量輸入通道信號(hào)單極性，電壓范圍 05V，若信號(hào)過小還需進(jìn) 行放大。可實(shí)現(xiàn) 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有 8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us 左右 。 6） 其中的 AT89S52 主要功能 如下： 1. 擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash 2. 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 3. 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）為 8KB 4. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié) 5. 32 個(gè)可編程 I/O 口線 6. 8 個(gè)中斷向量源 7. 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 9. 全雙工 UART 串行通道 路的輸入 10. XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。當(dāng)使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，這兩個(gè)引腳端外接石英晶體和微調(diào)電容。 VSS：電源地端。 5） 電源及其它 的引腳 的作用 ： VCC(40腳 )： AT89S52電源正端輸入， 電源端 +12V。振蕩器工作時(shí)， RST 引腳有兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 : TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0)， 在本設(shè)計(jì)中 用于 放水過程中 手動(dòng)停止 輸入信號(hào)。（高 1，低 0） ： TXD(串行輸出口 )， 在本設(shè)計(jì)中 用于 手動(dòng) 穩(wěn)定水位時(shí)的 輸入信號(hào)。（低 0 高 1） ： T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1)， 在本設(shè)計(jì)中 用于 水位低 時(shí)的 輸入信號(hào)。此外， P3 口亦接收些用于 FLASH 閃存編程及程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。作輸入用時(shí)，被外部拉低的引腳因內(nèi)部電阻之原因，將輸出電流（ IIL）。（開 0，關(guān) 1） 3) P3口 —— 有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電 平。 ： 加水過程中 的 M1 開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。 ： T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）。 ： T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出。此外， 及 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 之 外部計(jì)數(shù)輸入（ ）及時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 之 觸發(fā)輸入（ ）。對(duì) P1 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作輸入口用。對(duì) P1 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作輸入口用。 ～ :P1 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，占 1～ 8 腳； ～ :P3 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，占 10～ 17 腳； 當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候， 單片機(jī)模擬控制的水位控制端口 被 +12 V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(wěn)壓 電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的 口，另一個(gè)穩(wěn)壓電路輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的 口單片機(jī)經(jīng)過分析，在 口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)加水信號(hào) ， 出來一個(gè)信號(hào)使 繼電器得電導(dǎo)通 ，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，在 引腳出來一個(gè)低電平驅(qū)動(dòng)單片機(jī)穩(wěn)定水位信號(hào) ；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)， 單片機(jī)模擬 傳感器的兩 個(gè)端口 均被導(dǎo)通，均被 +12V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析，在 引腳出來一個(gè)低電平， 驅(qū)動(dòng)單片機(jī)放水信號(hào) ，在 端出來一個(gè)低電平不能無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 使 繼電器得電 導(dǎo)通 ，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水。 : AT89S52 單片機(jī)控制 電機(jī)停止提示 端口信號(hào) 。 : AT89S52 單片機(jī)控制 電機(jī)加水提示 端口信號(hào) 。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口亦用來接收指令字節(jié)； 在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口亦被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 邏輯電平。其將通用之微處理器及 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合，特別是可反復(fù)擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器可有效降低開發(fā)成本。 AT89S52—— 低電壓高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 FLASH只讀程序存儲(chǔ)器及 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器及 FLASH 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大之 AT89S52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù) 雜系統(tǒng)控制之應(yīng)用場(chǎng)合。單芯片上，擁有 8 位 CPU及在系統(tǒng)可編程 FLASH，使 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效之解決方案。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第二章 系統(tǒng)各種控制器簡(jiǎn)介 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S52 為 ATMEL 生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)的可編程 Flsah 存儲(chǔ)器。 通過微 機(jī)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng) 。 蜂鳴器 輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如下： 圖 3 水箱控制器 蜂鳴器 報(bào)警電路 小結(jié)： 在 這 個(gè)方案中 我 使用了單片機(jī)處理，單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測(cè)量的 新技術(shù)。 水箱的控制器由 AT89S52 系統(tǒng)構(gòu)成。水箱給水設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示： 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 圖 2 水箱給水設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其中 M1 為給水泵機(jī)組， 本設(shè)計(jì)中 我用了繼電器控制小電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制水位。其主原理圖如下： 圖 1 水位系統(tǒng)組成的原理圖 當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒被 +12V 的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的 口，另一個(gè)穩(wěn)壓電路輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的 口單片機(jī)經(jīng)過分析，在 口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮 ， 出來一個(gè)信號(hào) 使繼電器得電 ，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，在 引腳出來一個(gè)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 +12V 的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī) 單片機(jī)經(jīng)過分析，在 引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在 端出來一個(gè)低電平不能使 繼電器得電 ，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三個(gè)燈同時(shí)閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 其中在本設(shè)計(jì) 中所需要設(shè)定的 技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)任務(wù) 有： 利用單片機(jī) AT89S52 實(shí)現(xiàn)對(duì) 模擬 水箱進(jìn)行水位的控制； 把 單片機(jī)內(nèi)部程序控制的模擬 水位傳感器 模擬的 水位 值 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送給單片機(jī)，并通過 A/D 轉(zhuǎn)換 以實(shí)現(xiàn) 對(duì)水位顯示系統(tǒng)的控制和加水放水的控制 ； 數(shù)模 轉(zhuǎn)換及數(shù)碼管顯示系 統(tǒng)電路 ，采用 數(shù)碼管 2481BS 顯示模擬水位值 來表示不同的水位情況 ； 水泵加水電路由繼電器進(jìn)行控制； 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 分析工