【正文】 , CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測液位數(shù)據(jù),實施報警安全提示,當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時,系統(tǒng)自動打開泵上水,當(dāng)水位到達設(shè)定值時,系統(tǒng)自動關(guān)閉水泵或打開排水泵。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809傳到單片機中,在通過3位七段LED顯示器顯示出液位的四種狀態(tài)及報警安全提示。本設(shè)計主要運用了液位傳感器測液位,第三章將著重介紹。當(dāng)水位到達某一光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定,測量準確,大大簡化現(xiàn)場安裝,具有較高的性價比,有較大的工程應(yīng)用價值,而且利用計算機與組態(tài)軟件技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)過程進行自動控制有著重要的意義。其次，水體控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性。（三） 設(shè)計的研究進程 本設(shè)計第二章對系統(tǒng)進行硬件分析,主要介紹了本設(shè)計所使用的核心芯片8051,重要對其端口進行介紹,介紹其功能與用途,還介紹了液位傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC080執(zhí)行設(shè)備、LED顯示和報警裝置,介紹了他們的原理、結(jié)構(gòu)和電路連接，另外我著重介紹了本設(shè)計所使用的傳感器,因為傳感器的性能在整個系統(tǒng)中起著非常重要的作用,尤其對檢測精確度起著重要的作用。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計廣泛的液位控制系統(tǒng)包括對水體的液位，壓力等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹液位的控制。（一）核心芯片8051單片機計算機芯片MCS51是一個電腦晶片,英特爾公司生產(chǎn)系列。所出的系列產(chǎn)品有8058038751。其他系列的單片機都以它為核心,所以本設(shè)計采用的核心芯片是8051單片機。整個系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號采集、處理、輸出三個過程。系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測量液體的液位值,通過單片機的轉(zhuǎn)換與分析在LED上顯示及輸出控制。圖22 8051引腳圖 上圖是8051的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。Pin19:時鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(212MHz)和振蕩電容,振蕩電容的值一般取10p30p。本設(shè)計采用外部時鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。在對單片機設(shè)計中，P0口作為程序存儲器擴展口，且是擴展并行輸入/輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口,P2口為程序存儲器擴展口的高八位地址總線口，P1口為輸入/輸出口。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACCPSW07HDPLIPIETMODSCONP0P300H00H00H00Hxxx00000B0x00000B00HxxxxxxxxB1111111BBSPTH0TL0TH1TL1TCONSBUFPCON00H07H00H00H00H00H00H00H0xxxxxxxB表21 寄存器初始狀態(tài)8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見圖23。圖23 復(fù)位電路Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲器時,此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。（二）液位傳感器設(shè)計在液體液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器是能感受規(guī)定的被測量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個檢測系統(tǒng),對檢測精確度起著重要的作用。光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈作為光源。[5]光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 我們知道，光電效應(yīng)的原理是PN結(jié)加反向電壓時，反向電流的大小取決于P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時P區(qū)中少數(shù)載流子(電子)和N區(qū)中的少數(shù)載流子(空穴)都很少，因此反向電流很小。如果入射光的照度變化，光生電子,空穴對的濃度將相應(yīng)變動，通過外電路的光電流強度也會隨之變動，光電效應(yīng)的原理就是光電二極管的原理,光敏二極管就把光信號轉(zhuǎn)換成了電信號,它是最簡單的光學(xué)元件。光敏三級管是由高亮二極管進行發(fā)光的, 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。只不過原理正好相反,當(dāng)有電流導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電流,照射在PN結(jié)上,在內(nèi)部產(chǎn)生光電流,它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。而我設(shè)計的液位傳感器的主要組成光敏三級管就是屬于模擬式光電傳感器。a 光敏三極管的結(jié)構(gòu)示意圖 b 基本電路 當(dāng)光敏三極管按圖2—8的形式進行電路連接時，它的集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置。這個過程與普通三極管的電流放大作用相似，它使集電極電流IC是原始光電流的(l+β)倍。光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成,如下圖光電傳感器框圖: 圖210 光電傳感器框圖光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，如圖212所示。光電傳感器設(shè)計靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)水位到達某一光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。（三）光電式傳感器的基本特性1光譜特性在入射光照度一定時，光敏晶體管的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光敏晶體管只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光敏晶體管的光譜特性，見圖211。當(dāng)人射光波長太短時，光波穿透能力下降，光子只在半導(dǎo)體表面附近激發(fā)電子—空穴對，卻不能達到PN結(jié)，因此相對靈敏度也下降。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管性能較差。但對紅外光進行探測時，采用鍺管較為合適。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。一般說來，光敏二極管光電特性的線性較好，而光敏三極管在照度小時，光電流隨照度增加較小，并且在光照足夠大時，輸出電流有飽和現(xiàn)象。4溫度特性溫度的變化對光敏晶體管的亮電流影響較小，但是對暗電流的影響卻十分顯著。但在低照度下工作時，因為亮電流較小，暗電流隨溫度變化就會嚴重影響輸出信號的溫度穩(wěn)定性。同時還可以在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a償措施，或者將光信號進行調(diào)制，對輸出的電信號采用交流放大，利用電路中隔直電容的作用，就可以隔斷暗電流，消除溫度的影響。如圖212所示。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個數(shù)量級。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。（四） ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器 A/D是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,把由傳感器傳來的液位控制的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后再通過8051單片機的分析處理進行LED顯示和液位和壓力的報警。它涉及了D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇參考電壓源的配置、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的極性等問題，而其中最核心的問題是D／A轉(zhuǎn)換芯片的選擇與應(yīng)用問題。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的基本方法是對應(yīng)于二進制的每一位，產(chǎn)生一個相應(yīng)的電流，而這個電流的大小正比于相應(yīng)的二進制位的權(quán)。電子開關(guān)組受輸入二進制數(shù)據(jù)D7～DO控制，當(dāng)某一位為“1”時，則電子開關(guān)閉合，基準電壓Vin接電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，使某一支路電阻上有電