【正文】 如 圖 32所示 為 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ，其重要包括中央處理器 CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、并行 I/O 口、串行口、中斷控制電路、時(shí)鐘電路等幾部分組成。 圖 32 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第二節(jié) 壓力傳感器 壓力 傳感器 型號(hào)： PY201 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 該傳感器 采用進(jìn)口擴(kuò)散硅感壓芯體，全不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性，適用于介質(zhì)壓力微弱的負(fù)壓壓力場(chǎng)合的測(cè)量與控制。主要適用于河流、地下水位、水庫(kù)、水塔及容器等的液位測(cè)量與控制。 此類傳感器通常也稱為：投入式液位傳感器、投入式水位變送器、水庫(kù)水位遙控傳感器、水塔水位監(jiān)控變送器、污水池水位控制傳感器、污水凈化池液位變送器、儲(chǔ)水罐水位傳感器、儲(chǔ)水池水位變送器、儲(chǔ)油罐油位變送器、油箱油油位傳感器、油井油位變送器、地下水井水位傳感器、礦井水位變送器、水塘大壩水位監(jiān)控傳感器、消防水箱水位變送器、消防水池水位變送器、裝水容器液位傳感器、水缸水位變送器。 一、 性能特點(diǎn) A、采用進(jìn)口擴(kuò)散硅感壓芯片； B、選進(jìn)的貼片工藝，具有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償； C、高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路； D、全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高； E、輸出信號(hào)多樣化（有電流型、電壓型）； F、結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便； G、電氣連接采用特殊灌封工藝，配套 3芯導(dǎo)氣屏蔽電纜，防護(hù)等級(jí)達(dá)國(guó)家 IP68標(biāo)準(zhǔn) 二、 產(chǎn)品主要參數(shù) 被測(cè)介質(zhì)： 液體（弱腐蝕性） 壓力類型： 表壓 量 程： 0～ ～ 1M～ 3M～ 5M～ 10M～ 20M～ 50M～ 100M～ 200M～ 500M （水位高 /深度 ,最小量程為 米） 輸 出： 4～ 20mA（二線制）、 0～ 5VDC、 0～ 10VDC、 ～ （三線制） 綜合精度： 177。 %FS、177。 %FS 供 電： 24V Dc 絕緣電阻： ≥ 1000 MΩ /100VDC 負(fù)載電阻 : 電流輸出型：最大 800Ω 電壓輸出型：大于 50KΩ 介質(zhì)溫度： 20～ 85℃ 環(huán)境溫度： 20～ 85℃ 儲(chǔ)存溫度： 40～ 90℃ 相對(duì)濕度： 0～ 95% RH 密封等級(jí)： IP68 過載能力： 150%FS 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 響應(yīng)時(shí)間：≤ 5mS 穩(wěn) 定 性：≤177。 %FS/年 振動(dòng)影響：≤177。 %FS/年（機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～ 1000Hz） 電氣連接： 5芯導(dǎo)氣屏蔽電纜全密封； 壓力連接：投入式 連接螺紋材 料： 304 不銹鋼 三、 工作原理 將壓力傳感器安裝在水塔底部，水塔內(nèi)水位液面與底部形成一定壓力，水位液面越高，壓力越大；水位液面低，壓力越小。 第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 將水塔水位測(cè)量出的信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行比較之前，還需要將測(cè)量到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（ AD 轉(zhuǎn)換） 。本設(shè)計(jì)采用的轉(zhuǎn)換器為 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC0834。 一、 TLC0834 主要特點(diǎn) TLC0834 是 TI 公司生產(chǎn)的 8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。 工作 電壓 5V,8 位 ,串行控制 ,4 單 /2差分通道 ADC,引腳與 ADC0834 相同。８位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 具有輸入可配置的多通道多路器和串形輸入輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。另外，其輸入基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。在全８位分辨率下，它允許任意小的模擬電壓 編碼 間隔。串行輸入結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)如下： A８位分辨率； B易于和 微處理器 接口或獨(dú)立使用； C可滿量程工作； D可用地址邏輯多路器選通４輸入通道； E單５Ｖ供電，輸入范圍為０～５Ｖ； F輸入和輸出與ＴＴＬ、ＣＭＯＳ 電平 兼容； G時(shí)鐘 頻率 為２５０ｋＨｚ時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為３２ μ ｓ； H可以和美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的ＡＤＣ０８３４和ＡＤＣ０８３８進(jìn)行替換，但它內(nèi)部不帶齊納穩(wěn)壓 器網(wǎng)絡(luò)； I總調(diào)整誤差為 177。 １ＬＳＢ。 二、 工作特點(diǎn) 可通過和控制處理器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來(lái)傳送控制命令，因而 可用軟件對(duì)通道進(jìn)行選擇和輸入端進(jìn)行配置，其控制邏輯表 如表 32所示。 表 32 TLC0834控制邏輯表 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 三、 引腳功能 如圖 33所示為 TLC0834 芯片引腳圖。 圖 33 TLC0834 引腳圖 CH0模擬輸入端 CH1模擬輸入端 CH2模擬輸入端 CH3模擬輸入端 CS為片選端 DI為串行數(shù)據(jù)輸入，該端僅在多路器尋址時(shí)才被檢測(cè) DO為 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端 CLK為時(shí)鐘 SARS 為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成 REF為參考電壓輸入端 VCC為電源 DGTLGND 為數(shù)字地 ANGLGND 為模擬地 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 四、 AD 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)硬件接口電路 TLC0834 與 89C51 單片機(jī) 的硬件接口 電路 的電路 原理如圖 34 所示。圖中，單片機(jī)的Ｐ１．７接ＴＬＣ０８３４的片選信號(hào)， Ｐ１．６用于產(chǎn)生Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘， Ｐ１．５為一個(gè)雙向Ｉ／Ｏ口位，可用于對(duì)模擬輸入進(jìn)行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。在這里，模擬信號(hào)以單端方式輸入，參考 電壓 為５Ｖ，即Ａ／Ｄ模擬量的輸入范圍為０～５Ｖ。 圖 34 TLC0834與 89C51單片機(jī)的硬件接口電路原理圖 第四節(jié) LCD顯示器 本設(shè)計(jì)采用 1602 字符型 LCD， 1602 字符型 LCD 為 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符 。 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2 條線是背光電源線 。 1602 字符型 LCD 引腳圖 如圖 35 所 示。 圖 35 1602字符型 LCD引腳圖 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 引腳說明如下 ： 引腳 符號(hào) 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 5 R/W R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端， 寫操作時(shí)，下降沿使能。 讀操作時(shí)， E 高電平有效 7 DB0 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低位） 8 DB1 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 9 DB2 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 10 DB3 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7 位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負(fù)極 寄存器選擇控制表 如下 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 第五節(jié) 繼電器輸出 在水塔水位控制系統(tǒng)中，水塔內(nèi)的水位及液位面與水塔底部的壓力必須依靠電機(jī) 水泵的啟停來(lái)維持，而電機(jī)水泵的啟停又由繼電器控制，其控制電路 如 圖 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 36所示。 圖 36 繼電器控制電路圖 在繼電器控制電路中，當(dāng)單片機(jī) 端口輸出低電平時(shí)， KM1 導(dǎo)通，繼電器吸合；當(dāng) 輸出為高電平時(shí)， KM1 截止，繼電器不吸合。在繼電器吸合到斷開的瞬間，由于線圈中的電流不能突變，將在線圈產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電壓，使晶體管集電極承受很高電壓，有可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管 VT1，為此在繼電器線圈兩端并接一個(gè)續(xù)流二極管 VD1，使線圈兩端的感應(yīng)電壓被嵌位在 左右。正常工作時(shí)，線圈上的電壓上正下負(fù)，二極管 VD1截止，對(duì)電路沒有影響。由于繼電器由吸合到斷開的瞬間會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，當(dāng)吸合電流比較大時(shí)，在單片機(jī)與繼電器之間 需要增加隔離電路，如光耦等 。 第六節(jié) 時(shí)鐘電路 DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá) ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302 的外部引腳分配如圖 37所示 。 圖 37 DS1302的外部引腳圖 各引腳的功能為： Vcc1：主電源 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 Vcc2：備份電源。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時(shí)，由 Vcc2 向 DS1302 供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1時(shí)，由 Vcc1 向 DS1302 供電 SCLK：串行時(shí)鐘，輸入 I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線 CE：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)功能：第一， CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次， CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒? 第七節(jié) 穩(wěn)壓電源 電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在 電源技術(shù) 中占有十分重要的地位。 一、 穩(wěn)壓電源工作原理 如 圖 38所示為穩(wěn)壓電源工作原理圖，工頻交流電源經(jīng)過變壓器降壓、整流、濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過采樣點(diǎn)路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到和基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過調(diào)節(jié)器使輸出減小。 圖 38穩(wěn)壓電源工作原理圖 二、 LM7805 LM7805 三端穩(wěn)壓電源所需外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保 護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜，在電子制作中經(jīng)常采用。LM7805 的主要特點(diǎn)如下。 輸出電流可達(dá) 1A 輸出電壓有： 5V 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 過熱保護(hù) 短路保護(hù) 輸出晶體管 SOA 保護(hù) LM7805 電氣特性如下 ： 參數(shù) 符號(hào) 測(cè)試條件 最小值 典型值 最大值 單位 輸出電壓 Vo Tj=25℃ V 1oA,Po15W Vi= to 20v V 線性調(diào)整率 △Vo Tj=25℃,Vi= to 25V 100 mV Tj=25℃,Vi=8V to 12V 50 mV 負(fù)載調(diào)整率 △Vo Tj=25℃,lo= to 9 100 mV Tj=25℃,lo=250mA to 750mA 4 50 mV 靜態(tài)電流 IQ Tj=25℃ 8 mA 靜態(tài)電流變化率 △IQ lo=5mA to mA Vi=8V to 25V mA 輸出電壓溫漂 △Vo/△T lo=5mA mV/ ℃ 輸出噪音電壓 VN f=10Hz to 100KHz,Ta=25℃ 42 μV 紋波抑制比 RR f=120Hz,Vi=8V to 18V 62 73 dB 輸入輸出電壓差 Vo lo=,Tj=25℃ 2 V 輸出阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ 短路電流 1SC Vi=35V,Ta=25℃ 230 mA 峰值電流 1PK Tj=25℃ A 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 第八節(jié) 報(bào)警電路 為了防止水塔水位過高溢出水塔造成水資源，以及水塔水位過低蓄水不足導(dǎo)致供水