【正文】 ................................................................................................................. 37 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 2 第 1 章 緒論 課題背景 目前，水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域（工廠、農(nóng)場、學校等用水量大的場所）中應(yīng)用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。 Chanpianji STC89C51 control towers at the core to the water level, using a simple water level sensors collecting water level signal through the collection Danpianji to signal processing, in order to control the pumps. The system easy to operate, good performance, pared with the production plant water system control needs. This article also detailed below the relevant hardware and software flow diagram, and the preparation of the pilation of language procedures. Keyword STC89C51。本文還詳細的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 I 摘 要 本設(shè)計簡單、方便、成本低，采用的是比較優(yōu)化的電路設(shè)計方案；以單片機 STC89C51 為核心控制水塔水位 , 利用簡易的水位傳感器進行水位信號采集，通過單片機對采集來的信號進行處理后，以便控制水泵工作。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合電廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。 關(guān)鍵詞 STC89C51；水位 傳感器 ；水位控制 吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 II Summary The design is simple, convenient, lowcost, using the more optimized circuit design programmes。 water level sensors。而以往水位的檢測和控制一般是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報 知主控室，然后主控室再開動電機進行相應(yīng)的水位控制。并且經(jīng)常會出現(xiàn)在蓄水時，由于工人的疏忽大意，忘記關(guān)閉蓄水閥門，大量的水從水塔頂部外流。 另外在我國，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。我國的大量用電設(shè)備中，風機和泵類電機的耗電量占全國發(fā)電量的 50%左右 ,若適當?shù)毓?jié)約水電 ,可節(jié)電 40%左右 ,即可以節(jié)約全國發(fā)電量的 1/、電資源相對于別國又少很多 ,因此 ,在我國一方面水電供應(yīng)緊張 ,而另一方面 ,水電的浪費又十分驚人 .節(jié)電節(jié)水 ,不僅潛力巨大 ,而且意義深遠。 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 3 隨著科學技術(shù)不斷的發(fā)展，人們的生產(chǎn)水平也隨之提高。從而減輕了人們的勞動強度 和資源浪費。 （ 2）掌握單片機的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如定時器 /計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存儲器、 I/O 口、串行口通訊等。 （ 4）通過簡單課題的設(shè)計練習，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。根據(jù)四 路水位控制器的原理，也可以應(yīng)用的其它控制領(lǐng)域當中。 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 4 第 2 章 51 單片機基礎(chǔ) 隨著科技的發(fā)展，單片機已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑 。 特別是在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用 最廣泛。 市場上流通 單片機的種類 很多 ， 占有率最高的是 MCS— 51 系列，因為世界上很多知名的 IC 生產(chǎn)廠家都生產(chǎn) 51兼容的芯片。 到目前為止， MCS— 51 單片機已有數(shù)百個品種， 在 一般性能上都可以達到 本次設(shè)計的 要求 。不利于小資本實驗。 STC89 系列單片機是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品。其優(yōu)點是 可以在線下載，下載器也比 較容易購買到 ， 方便攜帶應(yīng)用。 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 5 STC89C 系列單片機 概述 STC89C51 是 深圳宏晶 公司生產(chǎn)的一種單片機，在 一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。 STC89 系列單片機高速（ 最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng)／在應(yīng)用可編程（ ISP,IAP)，不占用戶資源。 工作電壓 為 5V，操作頻率 040MHZ。 64/32/16/8kB 片內(nèi) Flash 程序存儲器，具有 再 應(yīng)用可編程（ IAP)， 再 系統(tǒng)可編程（ ISP)，可實現(xiàn)遠程軟件升級，無需編程器；支持 12時鐘（默認）或 6 時鐘模式 。 PCA（可編程計數(shù)器陣列），具有 PWM 的捕獲／比較功能 。3 個 16 位定時器／計數(shù)器；可編程看門狗定時器（ WDT)。兼容TTL 和 COMS 邏輯電平；掉電檢測和低功耗模式等。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機相似?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、程序計數(shù)器 Pc、定時與控制電路等組成的。 STC89C51 硬件資源 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(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 。 圖 21 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 7 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 8 STC89C51 的引腳說明 STC89C51 采用 DIP40 形式 封裝 ，如 圖 22 所示 ，其 特殊管腳說明 如下 。Pin9: RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當 單片機 通電，時鐘電路開始工作，在RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即 從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 9 單片機 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位 ，也可以是手動復(fù)位，見下圖 23。 圖 23 復(fù)位、晶振連接示意圖 而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸 入編程脈沖。Pin : 當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。Pin : EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，單片機內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 10 而超過 4kB 地址則 讀取外部指令數(shù)據(jù)。對內(nèi)部無程序存儲器的 單片機 ,EA 端必須接地。 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 11 第 3 章 硬件電路設(shè)計 硬件電路總體設(shè)計 四路水位控制器硬件 電路 構(gòu)成 框圖如圖 31 所示。 為了人們能清晰地了解系統(tǒng)工作狀況，在電路圖 中設(shè)計了水位指示， 電源部分是為整個電路模塊提供電源，以便能正常工作。 依此框圖作為電路設(shè)計的依據(jù)。 C P US T C 8 9 C 5 1水 位 限 位 傳 感 器水 位 指 示電 源水 泵 電 機 驅(qū) 動 圖 31 四路水位控制器硬件電路構(gòu)成框圖 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 12 水位測量 電路設(shè)計 水位傳感器的設(shè)計與原理 脈沖調(diào)制 式紅外發(fā)射接收器。并且 紅外傳感器 反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡單， 如圖 32 所示。 R14 7 0R61 0 0 KR52MR42 7 kR31 0 0 kR22kV1D1L E DD2P H O T OC10 . 0 13 5 8R71KV C C + 5 VOUTP 1 . 02 0 0 H Z 圖 32 脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器電路 因為光在水中的傳播與空氣中光的傳播是由不同的差異的，即光在不同的介質(zhì)中其強弱程度不同。共有四組光 電耦合器組成采集信號。由此可以判斷出是否有水。 水阻開關(guān)傳感器。本控制裝置就是利用水的導電性完成的。 此傳感器利用了兩個原理，一 個是三極管的開關(guān)特性；另一個是水的阻值特性 (實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以 及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ?Mg2+、 Ca2+吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 14 C20 . 0 1 uFV29 01 3R65 60R21KP 1. 1I N 2C10 . 0 1 uFV19 01 3R55 60R11KP 1. 0I N 1C30 . 0 1 uFV39 01 3R75 60R31KP 1. 2I N 3C40 . 0 1 uFV49 01 3R85 60R41KP 1. 3I N 4+ 5V金屬棒金屬棒金屬棒金屬棒金屬棒高水位中水位低水位蓄水V C C等離子，它們的存在能夠使水導電 )。 根據(jù)水與空氣的阻值特性（水的阻值大約為 10KΩ左右，空氣的阻值約為無窮大）。在水塔中分別放置了正 5 伏電源線和四條帶有 金屬棒 判斷水位的導線。 圖 35 傳感器連接示意圖 吉林 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院論文 15 此原理的電路設(shè)計比脈沖調(diào)制 式紅外發(fā)射接收器 結(jié)構(gòu)簡單，方便。 由此可知，這種設(shè)計方案簡單實用，元器件選用方便，費用低。本電路選擇第二種方案，作為水位傳感器。水繼續(xù)上升，到達低水位時，水將低水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機，表明已到達了低水位線，單片機控制低水位指示燈工作；水上升到中水位線時，水將中水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到達了中水位線，以控制中 水位指示燈工作； 水上升到高水位線時，水將高水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到 達了高水位線，以控制高 水位指示燈工作 此時水泵停止工作。 顯示電路設(shè)計 用于顯示的電路有很多種類，可以運用 LCD 液晶顯示、 LED 數(shù)碼管顯示或 LED 發(fā)光二極管顯示。 LED 數(shù)碼管顯示的符號有限， 不能形象的將水位顯示出，而發(fā)光二極管，排列有序時可以形象地顯示出水位的基本位置如圖 36 所示。 以便形象的表達出水位的位置。為了顯示 電源 是否有電也可以用發(fā)光二極管和電阻串聯(lián) 接于電源的正負極作為電源指示燈。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J un 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : \金中華 \程序 \ M y D e s i g n \ M y D e s i g n . d db D r a w n B y:D1 D2 D3 D4 D5R11KR21KR31KR41KR51K+ 5VGND P 0. 4 P 0. 5 P 0. 6 P 0. 7電源指示 高水位 中水位 低水位 蓄水F M Q P 1. 4 圖 37 指示燈及蜂鳴器 水泵電機 控制電路 設(shè)計 水泵電極控制電路是以微信號控制大信號，同樣也利用了三極管的開關(guān)特性，具體內(nèi)容請看傳感器部分 。其原理也比較簡單，這里也不詳述了如圖 38。電路設(shè)計方法與水泵電機電 路的設(shè)計和原理 是相同的 如圖 39 所示 ，三個開關(guān)接于單片機的 P1 口上，是分別來設(shè)置電子水閥的大小的。這里不再贅述了。由于干電池的穩(wěn)壓性能很差