【正文】 把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報(bào)警等功能。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn) ，而自動(dòng)控制原理是依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 課題研究狀況 目前，國內(nèi)外用于自動(dòng)上水控制裝置主要有浮球降行程開關(guān)式、干簧管開關(guān)磁浮式、水壓儀表接點(diǎn)式、電極傳導(dǎo)式等。 （ 2） 晶體管式自動(dòng)上水控制裝置 80 年代人們根據(jù)晶體管開關(guān)原理研制了晶體管式自動(dòng)上水控制裝置。以進(jìn)一步提高該裝置穩(wěn)定可靠的運(yùn)行水平。 （ 3） 集成電路式自動(dòng)上水控制 利用集成電路制作的工廠自動(dòng)控制裝置，較晶體管等分立元件制作更加先進(jìn)，靈敏可靠和耐用。使得供水系統(tǒng)更加有力的得到了保障。在正常狀態(tài)下，水塔水位應(yīng)控制在虛線范圍內(nèi)。來檢測水位的變化情況。水塔由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵供水，則單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著水泵供水，水位不斷上升，當(dāng)水位上升到最高水位時(shí)，由于水可以導(dǎo)電，使B、 C 棒 均與 +5V 連通。 B 棒和 A 棒導(dǎo)通， C 和 A 不 能導(dǎo)通， B 端為“ 1”狀態(tài)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵 為水塔注水，使水塔水位上升，或者是電動(dòng)機(jī)不工作，水位不斷下降，都應(yīng)維持原有的工作狀態(tài)； 當(dāng)水位處于最低水位時(shí)， B、 C 棒均不能與 A 棒導(dǎo)蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 通， B、 C 均為“ 0”狀態(tài)。 5 VABCR 1R 2 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)啟動(dòng)后，液晶上部分顯示當(dāng)前的水位，比如， Water level:21cm；液晶下部分顯示設(shè)置的水位。 具體實(shí)現(xiàn)功能如下： 。 05V 對(duì)應(yīng)的液位是 085cm。初始水位下限是 5cm，水位上限是 25cm。 ，則水泵停止抽水。 顯示屏 顯示當(dāng)前水位值，以及水位下限和水位上限。 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)液位控制是利用液位的管理來 進(jìn)行模擬，再通過 AT89C51 把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的 I/O 接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接 LED進(jìn)行顯示 ,實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤的顯示與控制。 圖 即是液位控制系統(tǒng)。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器。 在本 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用 AT89C51 作為主要的芯片，它具有 P0、 P P P3 四個(gè) I/O 口，每個(gè)口又有 8 個(gè)接口， 32 個(gè)接口可以滿足外接電路的需要，更方便的顯示系統(tǒng)。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 下圖為單片機(jī) AT89C51 的引腳圖。 GND：接地。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng) 用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時(shí) ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 光報(bào)警及顯示電路 鍵盤連接電路 鍵盤連接電路如圖 ，三個(gè)鍵盤 s1s3分別與單片機(jī)的 p3口的 p3p5相連，這三個(gè)鍵盤的按下與否用來模擬的是水位的高低， s1 鍵設(shè)置最低水位和最高水位， s2，s3 鍵可以調(diào)整水位的是上限和下限。超出水位下限，則水泵抽水。 復(fù)位電路中上端于單片機(jī)的復(fù)位引腳相連，下面與與 EA 端相連，要使 CPU 只訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ FFFFH），則 EA 端必須保持低電平（接到 GND 端）。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。 圖 復(fù)位電路 晶振電路 晶體振蕩電路的兩個(gè)端口分別連接在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 上。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。晶振電路通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。 圖 晶振電路 數(shù)據(jù)采集電路 本設(shè)計(jì)采用 ADC0832 轉(zhuǎn)換芯片，是美國國家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開始加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員。 根據(jù)所分析的該系統(tǒng)的具體功能，可以畫出該系統(tǒng)的流程圖，流程圖應(yīng)該盡量力求簡便，而且從中可以較容易的看出設(shè)計(jì)者的目的，充分的了解所需設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的功能，從而根據(jù)流程圖編寫程序。 它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。其程序界面如圖 所示。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED，LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件?？梢苑抡?51 系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 單片機(jī)。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Protues 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 Protues 提供了豐富的資源 ： 1． Protues 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。 4． Protues可提供的調(diào)試手段 Protues提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電路的測試。 介紹 Keil C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Protues 與 Keil C 的聯(lián)合仿 真 實(shí)現(xiàn) Protues 與 Keil C 的接口步驟如下 [15]： （ 1） 安裝 Protues 與 Keil C 并同時(shí)安裝 程序。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 （ 3） 進(jìn)入 Keil C μVision3 集成開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目（ Project），并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)型號(hào)，加入 Keil C 源程序。在單擊 Settings 按鈕，設(shè)置通信接口在 Host 文本框輸入 “ ” ；茹闊使用的不是同一臺(tái)電腦，則需要在這里輸入另一臺(tái)電腦的 IP 地址（另一臺(tái)電腦安裝 Protues）。設(shè)置好以后單擊 OK 按鈕即可。 Keil C 的 調(diào)試 步驟 建工程 先在桌面上 建 “ 畢業(yè)設(shè)計(jì) ” 文件夾并打開 Keil 軟件 ， 在 “Project” 中選中 “ New uVision project” 并建立 “ lijie”工程 名 。 然后 在選擇 “ Source Group”并 點(diǎn)左鍵，選 擇“ Add File to Source Group”并進(jìn)行編譯解調(diào) 。 如圖 所示： 圖 新建文件 圖 調(diào)程序轉(zhuǎn)換成 hex 文件 當(dāng) 調(diào)制 解調(diào) 沒錯(cuò)誤時(shí)，選擇 “ Output” 并點(diǎn)擊 “ Debug Information” 并點(diǎn)擊 “ Ok”后 就可以 在 原來建立的 “ 畢業(yè)設(shè)計(jì) ” 文件夾中生成 相應(yīng)的 hex 文件 。 因此 ，相應(yīng)的程序才鍵入到了單片機(jī) 里面 。在 Protues 軟件中，給單片機(jī)加載所生成的 .Hex 文件，按下運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)開始仿真。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 圖 （一） 上一張是當(dāng)水位采樣值大于設(shè)定值上限，水泵停止工作的仿真截圖。 圖 （二） 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 總 結(jié) 水塔 水位的控制方法很多，從中選擇一個(gè) 既 效率高又性價(jià)比 高 的 方法 這是我們在實(shí)際中 要 去 發(fā)現(xiàn)的 。 但由于 條件的不足，所同意只能用按鈕來模擬液位傳感器來控制水塔中的水位，這是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的美中不足。通過這次的實(shí)際 操作 ，也了解到在電子制作方面的很多獨(dú)特發(fā)現(xiàn)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓自己懂得了，做任何學(xué)問都要一絲不茍，對(duì)出現(xiàn)的任何問題和偏差都不能輕視，要通過正確的途徑區(qū)解決，做事情的時(shí)候 要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就能找到解決問題的思路和辦法，在工作中要學(xué)會(huì)與人合作，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做事也會(huì)事半功倍。 在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實(shí)踐中，因?yàn)槿魏沃R(shí)都源于實(shí)踐，歸于實(shí)踐，所以要將所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中來檢驗(yàn)。對(duì)我們學(xué)生來說，理論與實(shí)際同樣重要，但對(duì)于我們非師范類學(xué)生，畢業(yè)以后，掌握一定的技術(shù)，有一定的動(dòng)手能力，才是我們今后走向社會(huì)所要具備的，這也我們以后在工作中說明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在這里再次謝謝王老師，您辛苦了！ 感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過我 的 同學(xué)，特別是劉定星同學(xué)，他在本次設(shè)計(jì)中給予我的無私幫助和厚愛，不只一次地幫助我，傾盡了他的所有心血給我提供技術(shù)上的指導(dǎo)，在這里再次謝謝劉定星同學(xué)！和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭男值軅儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個(gè)比較復(fù)雜的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。 這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位任課老師四年間的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握專業(yè)知識(shí) ，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。最后，向武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院 的全體老師們再次表示衷心感謝：謝謝你們，謝謝你們這四年的辛勤栽培！ 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 參考文獻(xiàn) [1] 王琪著 . 基于 Proteus 和 keil 軟件的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 中國科技信息 ,2021, 11:140141. 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