【正文】 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁(yè) 共 27 頁(yè) 摘 要 采用 低功耗單片機(jī)為控制核心、輔以 超聲波 水位狀態(tài)采集模塊、二極管指示模塊 、電源供電模塊、揚(yáng)聲器報(bào)警模塊設(shè)計(jì)的自動(dòng) 水塔水位控制系統(tǒng)， 通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制水泵的運(yùn)行 成功實(shí)現(xiàn) 水塔水位 控制 功能，它具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、制作成本低、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動(dòng)水塔水位控制系統(tǒng)。 。 ，控制水泵的運(yùn)行。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì) (論文 )題目 :________________________ 水塔水位 自動(dòng) 控制 電路 設(shè)計(jì) 專 業(yè) : 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí) : 學(xué) 號(hào) : 姓 名 : 指導(dǎo)教師 : 二 〇 一 三 年十 二 月 五 日 四川信息 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 設(shè)計(jì)題目 水塔水位自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 工作單位及所從事專業(yè) 聯(lián)系方式 備 注 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 。 。 EWB 對(duì)電路進(jìn)行仿真和制作實(shí)物 。 進(jìn)度安排： ～ 4 周：消化課題，收集相關(guān)資料，選擇參考方案； ～ 6 周：初步確定 設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途； ～ 9 周：劃分功能模塊，設(shè)計(jì)單元電路； ～ 11 周：分析電路原理，基本完成設(shè)計(jì)過程，撰寫設(shè)計(jì)說明書初稿； ～ 13 周：修改、完善設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行電路仿真； ～ 15 周：按畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求整理設(shè)計(jì)說明書并修改、完善，檢查定稿； 周：熟悉設(shè)計(jì)全過程，準(zhǔn)備答辯。硬件部分主要由單片機(jī) 指示 燈、繼電器、蜂鳴器等基本外圍電子電路組成。因此在生活實(shí)踐應(yīng)用中具有一定的價(jià)值。人力資源且工作不方便而且 ， 近幾年來 ， 隨著農(nóng)村飲水工程的。易發(fā)生干抽現(xiàn)象 ， 而且水塔的水用完了還不知道 ， 有時(shí)則抽滿溢出來 ， 浪費(fèi)水資源和能源為了提高效率 ， 節(jié)約資源 ，我們就如何實(shí)現(xiàn)智能抽水 ， 采 用單片機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行控制 ， 給出了硬件電路和程序思路。 在本設(shè)計(jì)中 ，我們采用了單片機(jī)控制多模塊設(shè)計(jì) ， 便于檢查和維修 。 可靠性 ： 系統(tǒng)應(yīng)保證長(zhǎng)期安全地運(yùn)行 。 安全性 ： 系統(tǒng)應(yīng)具有必要的安全保護(hù)和保密措施 。 易操作性 ： 貫徹面向最終用戶的原則 ， 使用戶操作簡(jiǎn)單直觀 ， 易于掌握。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁(yè) 共 27 頁(yè) 第 1 章 方案論證與分析 系統(tǒng)功能要求 設(shè)計(jì)方案 采用單片機(jī)作為核心部件，并配以時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、通過擴(kuò)展外圍設(shè)備及接口電路完成整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的控制。 整體方案 方案比較與論證 1． 基于數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的電路方案 本設(shè)計(jì)電路專門用于自來水塔水位的控制。該電路的特點(diǎn)是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。 電路工作原理：電路中如圖（ 11）， NE555 組成 RS 觸發(fā)器，作為主控電路。當(dāng)水塔中的水位處于滿水時(shí)，電源電極 A 通過水電阻與 B、 C 電極相連，使 RS 觸發(fā)器的 R、 S 端均為高電平， RS 觸發(fā)器輸出端為低電平，繼電器 K 通過吸合，通過常閉觸點(diǎn)將交流接觸 K2 的電源斷開，上水水泵處于停歇狀態(tài)。電路保持原狀態(tài)，上水過程繼續(xù)。這一高電平作為 RS 觸發(fā)器的復(fù)位電平，使電路復(fù)位，輸出端輸出低電平，繼電器 K 通電吸合，通過常閉觸點(diǎn) K11將交流電接觸器的電源斷開，接觸器斷開水泵工作電源，上水停止。基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電路方案方框圖如圖 12 所示： 單片機(jī)時(shí) 鐘 電 路復(fù) 位 電 路超 聲 波 測(cè) 距 接 觸 器 電 路報(bào) 警 電 路數(shù) 碼 管 顯 示 圖 12 單片機(jī) 設(shè)計(jì) 電路原理框圖 各模塊的功能如下： 時(shí)鐘電路： 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片 機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 超聲波 水位控制及顯示電路：用于控制水位的上升， 同時(shí)顯示水位， 當(dāng)水位超過警衛(wèi)線時(shí)顯示燈就會(huì)亮。 報(bào)警電路：超過警衛(wèi)線時(shí)，再加水就會(huì)實(shí)施報(bào)警，提醒人們無需再加水。 接觸器電路 報(bào)警電路 數(shù)碼管顯示 超聲波測(cè)距 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁(yè) 共 27 頁(yè) 方案論證 以單片機(jī)為主體 配以 超聲波測(cè)距模塊，精確測(cè)出水位容量，且不會(huì)影響水質(zhì)。在系統(tǒng)中，應(yīng)用超聲波模塊可以測(cè)出水位的高度和水即滿的位置，在單片機(jī)的控制下，讓超聲波功能最大化。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁(yè) 共 27 頁(yè) 第 2 章 硬件設(shè)計(jì)與分析 水塔自動(dòng)供水系統(tǒng)由 單片機(jī)最小系統(tǒng) 、液位 控制電路、水位指示電路、報(bào)警電路、交流接觸器 電路和穩(wěn)壓電源等組成，水塔自動(dòng)供水系統(tǒng)電路原理圖見附錄 1 所示。 芯片介紹 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 （ ROM） 、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） 、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。 CPU 有運(yùn)算器和控制器組成。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） ： 單片機(jī) 內(nèi)部共有 256 個(gè) RAM 單元，其中有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表 。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： 單片機(jī) 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁(yè) 共 27 頁(yè) 全雙工串行口： 單片機(jī) 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 時(shí)鐘電路： 單片機(jī) 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但單片機(jī)需外置振蕩電容。其引腳排列如圖 21。 2． PSEN；低電平有效時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部 ROM 單元的讀操作。 4． RST:當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 并行 I/O 端口介紹： P0 端口 ［ ］ P0 是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對(duì)端口寫1）時(shí)作高阻抗輸入端。 P1 端口 ［ － ］ P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 P2 端口 ［ － ］ P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。在訪問外部程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8 位地址。 P3 端口 ［ － ］ P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 表 21 P3 引腳的第二功能說明 P3引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0 申請(qǐng)（ INT0） 外部中斷 1 申請(qǐng)（ INT1） 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入（ T0） 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入（ T1） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD 單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。 時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。 89C52 外部方式時(shí)鐘電路是XTAL1 接外部振蕩器， XTAL2 懸空。而 此設(shè)計(jì)采用石英晶體內(nèi)部時(shí)鐘電路。 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。晶振的頻率可以在 1MHz12MHz 內(nèi)選擇。 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 30pF。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的，當(dāng)在單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。由于本次設(shè)計(jì)采用的是 按鍵復(fù) 位，所以這里只介紹 按鍵復(fù) 位，如圖 213 所示。常用的按鍵復(fù)位如圖所示。 RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)。單片機(jī)啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM 為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。 P0～ P3為 FFH， SP