液位控制系統(tǒng)改

1、專業(yè)課程設(shè)計題目：液位控制器的設(shè)計姓名：李宏旭仲隆健學(xué)號： p131814125 p131814148 學(xué)院：電氣工程學(xué)院專業(yè)：自動化班級： 2013級自動化三班指導(dǎo)老師：劉明華 2016 年 06 月 15 日摘要本文采用 at89c51 單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對液位的自動控制過程，設(shè)計出一種低成本、高實(shí)用價值的水位控制器。該系統(tǒng)具有水位檢測、水位高度lcd 顯示、低水位高水位報警以及自動加水等功能。本設(shè)計過程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、 光報警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。本設(shè)計傳感器使用了超聲波模塊，并且詳細(xì)闡述了超聲波測距測的原理，給出了系統(tǒng)構(gòu)成框圖。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測量精度

2、高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)時監(jiān)控液位。并采用c51 單片機(jī)系統(tǒng)控制整個電路的信號處理以及采用光電耦合和繼電器來實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電來實(shí)現(xiàn)加水系統(tǒng)的自動控制。它能自動完成水位檢測、光報警、上水停水的全部工作循環(huán)， 保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，它結(jié)構(gòu)簡單， 制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，是用于各種高層液體儲存的理想設(shè)備。關(guān)鍵詞 單片機(jī) / 超聲波模塊 / 自動監(jiān)測 /lcd1602液晶/ 自動控制目錄摘要 . 錯誤！未定義書簽。1 緒論 . 41.1 研究現(xiàn)狀 . 41.2 液位測量技術(shù)概況 . 4 1.2.1 機(jī)械浮子類液位計 . 51.2.2 電子類液位傳感器 . 51.2.3 熱學(xué)式液位計 .

3、 51.2.4 雷達(dá)液位傳感器 . 61.2.5 超聲波液位傳感器 . 61.2.6 液壓類液位計 . 61.3 國內(nèi)外液位傳感器的現(xiàn)狀. 71.4 設(shè)計任務(wù)與計劃 . 72 總體方案的設(shè)計 . 82.1 設(shè)計思路 . 82.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 93 硬件設(shè)計 . 103.1 系統(tǒng)方框圖. 103.2 系統(tǒng)工作原理. 103.2.1 單片機(jī)介紹 . 114 各部分電路設(shè)計 . 144.1 傳感器的選用. 144.2 顯示模塊 . 154.3 單片機(jī)控制處理電路. 164.4 光報警顯示統(tǒng)電路. 164.5 繼電器控制電路的原理圖. 184.5.1 光電耦合器簡介 . 錯誤！未定義書簽。4.5.2

4、 繼電器簡介 . 錯誤！未定義書簽。5 軟件設(shè)計 . 215.1 水位控制系統(tǒng)程序流程圖. 215.2 水位控制系統(tǒng)主程序. 226 系統(tǒng)仿真 . 236.1 程序編譯和加載 . 236.2 proteus系統(tǒng)仿真. 236.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析. 247 實(shí)物的制作與調(diào)試 . 25 8 總結(jié) . 27致謝 . 26參考文獻(xiàn) . 27附錄 1. 28附錄 2 . 284 1 緒論1.1 研究現(xiàn)狀在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中， 需要對系統(tǒng)的液位進(jìn)行監(jiān)測， 特別是對具有腐蝕性的液體液位的測量， 傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電脈沖來檢測液面， 電極長期浸泡在液體中，極易被腐蝕、電解、失去靈敏性，因

5、而對測試設(shè)備的抗腐蝕性要求較高。超聲波液位檢測系統(tǒng)， 利用了超聲波傳感技術(shù)的原理，采取一種非接觸式的測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)系統(tǒng)中液位或物料位的檢測；而且超聲波具有很好的指向性和束射特性，人耳聽不見，一般不會對人體造成傷害檢測工程方便、迅速、易做到實(shí)時控制，而且測量精度又能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，所以有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。并且目前， 我國住宅小區(qū)樓房自來水供水系統(tǒng)主要采用高塔供水，既在樓頂或者另外建設(shè)的高塔上面建個蓄水池以保證用戶水壓的恒定。目前大多數(shù)的住宅小區(qū)都是采用人工加水的辦法，即當(dāng)水用完的時候，就人工開啟水泵進(jìn)行加水，十分不便。所以這一切問題的存在，都在呼喚一種簡單經(jīng)濟(jì)的液位檢測報警控制系

6、統(tǒng)的誕生。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、 能耗大的缺點(diǎn) ,而自動控制原理 , 依據(jù)用水量的變化自動調(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。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。1.2 液位測量技術(shù)概況液位傳感器是指檢測液體高度信息的儀器，液位測量技術(shù)在工程領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，必須首先對液位測量數(shù)據(jù)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，以保證自動化生產(chǎn)能夠自動控制在最佳狀態(tài)。在現(xiàn)代化的企業(yè)生產(chǎn)過程中，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)對生產(chǎn)進(jìn)行各種綜合控制與管理的普及，控制系統(tǒng)的智能化、統(tǒng)一化，要求測量

7、的對象要廣、測量的精度要高、可靠性要好、實(shí)用性要強(qiáng)、且適用于特殊測量環(huán)境等，這些對液位測量技術(shù)也提出了更高的要求。尤其是當(dāng)液面具有波動和存在氣泡，或液面高度隨時間改變的動態(tài)測量，或被測介質(zhì)具有粘滯性、導(dǎo)電性，或需要5 考慮容器的密封性以及介質(zhì)是否含有腐蝕物、毒性和易爆性等情況下， 選擇合適的液位測量技術(shù)就顯得尤為重要。目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的液位測量方法有19 種以上，主要有以下幾大類: 1.2.1機(jī)械浮子類液位計測量原理是利用傳動裝置把與液位同高度的浮子高度信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號或連續(xù)信號，轉(zhuǎn)換器是一些機(jī)械舌簧、磁鐵、電子或光電設(shè)備。此類液位計可以進(jìn)行連續(xù)測量，其問題是積聚在傳動機(jī)械臂上的

8、污物(如水垢沉積 )會限制浮子運(yùn)動，從而產(chǎn)生故障。1.2.2電子類液位傳感器測量原理是把液位的變化轉(zhuǎn)化為電氣參數(shù)的變化，利用一定的測量電路將電參數(shù)檢測出來，從而達(dá)到測量液位的目的。其中最常用且最成熟的是電容式液位傳感器。電容式液位計它是利用空氣和液體作電容器兩極極板間的電介質(zhì)，將液位變化轉(zhuǎn)換成靜電電容變化，用電子學(xué)方法測量電容值， 從而探測液體高度信息。 它結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，而且量程廣，適合于測量各種介質(zhì)(導(dǎo)電介質(zhì)、非導(dǎo)電介質(zhì) )的液位，但是要求液體具有相同、穩(wěn)定的介電常數(shù)，需要有溫度的補(bǔ)償。尤其用長電纜連接時，對電纜中的干擾和寄生電容很敏感，精度較差，且對導(dǎo)電介質(zhì)或粘性介質(zhì)，誤差較大、易受

9、干擾，嚴(yán)重影響測量結(jié)果。電阻式液位計探測器在空氣中的阻值要比它浸在液體中的阻值大得多，通過電子學(xué)方法測量液體容器底部與頂部之間的電阻，從中可探知液位信息。 其測量精度受液體污染情況的影響較大， 探針的污染和沉積物， 會導(dǎo)致錯誤的輸出， 在直流工作時會產(chǎn)生電解，響應(yīng)速度慢。1.2.3熱學(xué)式液位計由熱敏電阻發(fā)出的信號可用來指示這類元件是否浸在液體中。它結(jié)構(gòu)小，適用于圓筒容器、玻璃柱、管道等，但這種方法僅能進(jìn)行點(diǎn)測量，而不能用于液位的連續(xù)測6 量。1.2.4雷達(dá)液位傳感器雷達(dá)傳感器就是利用發(fā)射一反射一接收的原理來測量距離的，因此可用于有毒、有害的惡劣環(huán)境下。雷達(dá)液位傳感器的傳輸信號是一種特殊形式.的

10、電磁波，其物理特性與可見光相似。 雷達(dá)信號是否可以被反射取決于被測介質(zhì)的導(dǎo)電性和被測介質(zhì)的介電常數(shù)兩個因素。 所有導(dǎo)電介質(zhì)都能很好地反射雷達(dá)信號，導(dǎo)電性不太好的介質(zhì)也能被很準(zhǔn)確地測量。 雷達(dá)波不易受干擾， 巨能穿透塑料容器或玻璃容器進(jìn)行測量，無需在容器上開孔， 能實(shí)現(xiàn)非接觸測量， 即使在飛灰、 粉塵強(qiáng)烈并有很強(qiáng)旋渦的環(huán)境下也能進(jìn)行準(zhǔn)確測量。 然而雷達(dá)傳感器的測量信號運(yùn)行時間極短，這給信號分析處理提出了極高的要求，造成它的價格昂貴、技術(shù)實(shí)施困難。1.2.5超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器發(fā)展很快、 應(yīng)用也很廣泛， 常用于測量明渠液位及開口容器內(nèi)液位。由超聲換能器發(fā)射的超聲脈沖經(jīng)空氣在被測介質(zhì)上反

11、射，再返回接收換能器，測量該超聲脈沖往返時間， 就能得到超聲換能器輻射面到被測液面的距離。根據(jù)換能器安裝高度，就能得出液位高度。1.2.6液壓類液位計此類液位計可以進(jìn)行連續(xù)測量。氣泡式液位計將被測液位值轉(zhuǎn)換為空氣壓力值，測定該壓力值后， 利用該被測壓力與液位高度成正比的原理測量液位。壓力式傳感器它是利用液面高度變化時容器底部或側(cè)面某點(diǎn)上的壓力也隨之而變化的原理來設(shè)計的。 在測量開放的容器時， 大多采用直接測量底部某點(diǎn)壓力來測量。這類液位傳感器的精度主要受到壓力表精度的限制，同時還要求被測液體的密度是已知的，而且要求液體的密度要恒定不變。7 1.3 國內(nèi)外液位傳感器的現(xiàn)狀對于液位測量傳感器的研究

12、， 國外的液位測量技術(shù)起步較早且投入資金雄厚，發(fā)展非常迅速。到目前為止國外許多公司都研制出很多功能齊全、自動化智能程度高、精度高的測量體系與產(chǎn)品系列。 如美國 drexelbrook 公司研制的 universall ii tm連續(xù)液位變送器 (其精度可達(dá) 0.1， 量程最大 15 米， 4-20ma 電流輸出，上下限位報警，疊加智能通訊協(xié)議hart, honeywell 等)。美國 milltronics 公司研制的多量程超聲波液位監(jiān)測系統(tǒng)具有測量液位、液位差的能力， 其采用的非接觸式超聲波傳感器，可監(jiān)視 30cm 到 14m 范圍的液位變化。典型的產(chǎn)品還有美國foxboro 公司、texa

13、s儀器公司、varec公司、rosemount公司以及 moore 公司生產(chǎn)的 htg 靜壓式計量系統(tǒng)， 所用傳感單元是高精度的壓力變送器，將其放在油罐的底部， 通過檢測液體的壓力獲得其它參數(shù)的信息。 還有其它國家和公司研制的液位傳感器等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、 食品等行業(yè)，并大量地進(jìn)入我國液位測量領(lǐng)域4。在我國，液位傳感器的研制開發(fā)技術(shù)比較落后，在液位測量技術(shù)、 測量方法上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它發(fā)達(dá)國家。對于新型的光纖液位傳感器，1990 年國內(nèi)公開了一項(xiàng)傳感器專利，是一種浮子式光電型編碼帶液位計，它利用與浮子同步運(yùn)動的一條絕對式光電型編碼帶和透射式光纖信號檢測頭作為檢測液位高度的傳感器。1991

14、年南京航空學(xué)院研制的一種光纖液位傳感器，是利用光纖構(gòu)成的一種小型化開關(guān)式傳感器。2004 年清華大學(xué)光纖傳感中心與總后合作研制開發(fā)的光纖油罐液位與溫度測量系統(tǒng)，己經(jīng)安裝運(yùn)行。從總體來看，國內(nèi)研制的測量系統(tǒng)的自動化程度不高，精度、可靠性、功能等多方面都不如國外同類產(chǎn)品，這都不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。1.4 設(shè)計任務(wù)與計劃通過調(diào)查和研究我們決定設(shè)計一款簡單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的液位檢測報警控制系統(tǒng)。在高塔的內(nèi)部我們設(shè)計超聲波模塊用來探測水位，并且把水位分成三個等級， 即低水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機(jī)一個高電平，驅(qū)動水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮；高水位時，水泵不加水，黃燈

15、亮。當(dāng)檢測到水位低于正常水平時， p2.0出來一個信號使光電耦合器gdouhe 導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)達(dá)到正常水位時，給p1.0 一個低電平綠燈亮，到達(dá)高水位時8 黃燈亮在 p2.0 端出來一個低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水； 當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 通過這樣一個簡單使用的電路系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)對水位的自動監(jiān)測與控制。本文主要完成以幾點(diǎn)工作：1）檢測電路硬件的設(shè)計：完成檢測所需光電信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計及探測機(jī)理的分析；2）顯示電路硬件的設(shè)計：完成以單片機(jī)等為核心的信號處理及顯示硬件電路的設(shè)計；3）系統(tǒng)軟件設(shè)計采用c 語言完成相關(guān)信號處理運(yùn)算等軟件的設(shè)計

16、。2 總體方案的設(shè)計2.1 設(shè)計思路圖 2-1 超聲波科學(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。 我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為2020000hz。當(dāng)聲波的振動頻率大于20khz 或小于 20hz 時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000 赫茲的聲波稱為 “ 超聲波 ” 。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為15 兆赫茲。 所謂超聲波就是指頻率高于20khz 的機(jī)械波，一般由壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生；它沿直線傳播，當(dāng)頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)；它還具有強(qiáng)度大、方向性好等特點(diǎn)，為此，利用超聲波的這些性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。 超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場中的

17、物理特性和各種效應(yīng)研制而成的傳感器。 超聲波傳感器按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、 電磁式等5，其中以壓電式最為常用。壓電式超聲波傳感器常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械震動， 從而產(chǎn)生超聲波， 可作為發(fā)射探頭； 而正壓電效應(yīng)是將超聲波振動轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。9 超聲波測距的原理主要是由超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時，會被反鼽利用單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時間和接收到回波的時間，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境下超聲波的傳播速度，即可通過公式s=c*t2(s 為被測距離， c 為空氣中聲速， t 為回波時間，

18、 1r=_tl+t2)計算出超聲波傳播的距離，也就得到了障礙物離測試系統(tǒng)的距離。在高塔的內(nèi)部我們設(shè)計一個簡易的水位探測傳感器用來探測三個水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機(jī)一個高電平，驅(qū)動水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮；高水位時，水泵不加水，黃燈亮。本設(shè)計過程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、 光報警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計本方案采用單片機(jī)at89c51 作為我們的控制芯片 ,主要工作過程是當(dāng)水在低水位時,水位探測傳感器送給單片機(jī)一個高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈變亮;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時 ,水泵加水 ,綠燈亮 ,;當(dāng)水

19、位在高水位時 ,單片機(jī)不能驅(qū)動水泵加水 ,黃燈亮。圖 2-3 方案二方框圖利用單片機(jī)芯片和超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)總流程，單片機(jī)控制和超聲波測距技術(shù)是信息時代用于精密測量的技術(shù)。 此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會產(chǎn)生誤判的情況,由于 at89c52單片機(jī)引腳多能夠非常方便地設(shè)計電源電路at89c51 單片機(jī)超聲波傳感器lcd160 顯示水泵控制電路供水系統(tǒng)復(fù)位電路10 顯示系統(tǒng)。3 硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)方框圖本系統(tǒng)由電源電路、水位探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、單片機(jī)系統(tǒng)、光報警顯示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及供水模型組成。主電氣原理框圖如下。圖 3.1.1 系統(tǒng)框圖圖

20、3-1 系統(tǒng)方框圖3.2 系統(tǒng)工作原理當(dāng)水位處于低水位的時候，超聲波傳感器測出的距離小于低水位，此時給p1.1口一個低電平，驅(qū)動紅燈亮，p2.0出來一個信號使光電耦合器gdouhe 導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；隨著水量的增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)正常水位時，送入單片機(jī)的p1.7口低電平，驅(qū)動綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時，單片機(jī)經(jīng)過分析，在p1.4 引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在p2.0 端出來一個低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。電源電路stc80c52 單片機(jī)超聲波測量模塊lcd 1 6 0 2 水泵控制電路供水系統(tǒng)復(fù)位電路11 3.2.1單片

21、機(jī)介紹我們選用 at89c51作為我們的控制芯片其引腳圖如3-2。at89c51 是一種帶4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能cmos8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atmel 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， atmel 的 at89s51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖 3-2 at89c51 引腳圖at8

22、9c51 各引腳功能及管腳電壓概述： vcc：供電電壓。gnd：接地。12 p0 口：p0口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當(dāng) p1口的管腳第一次寫1 時，被定義為高阻輸入。 p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 fiash 編程時， p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) fiash進(jìn)行校驗(yàn)時， p0輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。p1 口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。 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， 將

23、輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 在 flash 編程和校驗(yàn)時，p1口作為第八位地址接收。p2 口：p2口為一個內(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 ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在 flash 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和

24、控制信號。p3 口：p3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電流。當(dāng) p3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時當(dāng) 8051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。初始化后，程序計數(shù)器 pc指向 0000h ， p0-p3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” 。reset 由高電平下降為

25、低電平后，系統(tǒng)即從 0000h地址開始執(zhí)行程序。然而， 初始復(fù)位不改變 ram（包括工作寄存器 r0-r7 ）的狀態(tài)，特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)acc 00h b 00h psw 00h sp 07h dph 00h th0 00h dpl 00h tl0 00h ip xxx00000b th1 00h 13 ie 0 xx00000b tl1 00h tmod 00h tcon 00h scon xxxxxxxxb sbuf 00h p0-p3 1111111b pcon 0 xxxxxxxb 8051的初始態(tài)（ 4-2-2）ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時， 地址鎖存允

26、許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時，ale 只有在執(zhí)行 movx ，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存

27、儲器時， 這兩次有效的 /psen信號將不出現(xiàn)。 ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash 編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（ vpp） 。xtal1 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2 ：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性： xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 如采用外部時鐘源驅(qū)動器件

28、，xtal2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個 perom 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ale 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89s51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯， 可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu 停止工作。但 ram ，定時器，計數(shù)器，14 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止

29、所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4 各部分電路設(shè)計4.1 傳感器的選用傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號的裝置，在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中， 傳感器得到了廣泛應(yīng)用， 各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映。 dyp-me007超聲波測距模塊可提供3cm-3.5m 的非接觸式距離感測功能，圖4-1 為 dyp-me007外觀，包括超聲波發(fā)射器、 接收器與控制電路。 其基本工作原理為給予此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定

30、物體的距離。我們只需要提供一個周期大于10us 的脈沖觸發(fā)信號。該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40khz 周期電平并檢測回波。 一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號是一個脈沖的寬度成正比的距離對象。 可通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式 : us/58=厘米或者 us/148=英寸。我們的測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。時序圖如圖4-2。. 圖 4-1 超聲波水位探測模塊外觀圖15 4.2 顯示模塊在日常生活中， 我們對液晶顯示器并不陌生。 液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的

31、主要是數(shù)字、 專用符號和圖形。 在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中， 一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 led數(shù)碼管、液晶顯示器，如下圖4-3：圖 4-3lcd1602 字符型液晶顯示器實(shí)物圖16 4.3 單片機(jī)電源供電模塊本設(shè)計當(dāng)中，我們采用了usb供電的方式提供電源4.4 光報警顯示統(tǒng)電路本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，其他兩燈不亮表示是低水位狀態(tài)，此時需要啟動水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示在正常的水位線內(nèi)；黃燈發(fā)亮，其他兩燈不亮為高水位狀態(tài)，水泵停止加水，三燈一起閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。原理圖如下圖4-4：17 圖 4-4 光報警電路的原理圖此電路采用的是共陽極的

32、， 所以只有當(dāng)單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平時才能推動發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其中r14 、r15 、r16為上拉電阻起限壓控流作用7。18 4.5 繼電器控制電路的原理圖該電路由繼電器rl1 和閉合開關(guān)、光電耦合器、水泵r7 、r8 、r9、r10y以及d2 、q3等組成。當(dāng)水位在低水位時單片機(jī)給p2.0 送一個高電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動 q3導(dǎo)致繼電器閉合從而讓220v的交流電接通使水泵加水。19 20 4.6 按鍵模塊21 5 軟件設(shè)計5.1 水位控制系統(tǒng)程序流程圖根據(jù)設(shè)計方案以及電路特點(diǎn)我采用c51 語言編寫單片機(jī)程序畫出程序流程圖如圖 5-1:y 開始初始化檢測水位調(diào)用顯示程序判斷5

33、0&=100 n 黃燈亮關(guān)閉水泵n綠燈亮n y 返回22 圖 5-1 程序流程圖5.2 水位控制系統(tǒng)主程序本水位測試系統(tǒng)采用了at89c51 單片機(jī)，用單片機(jī)c 語言實(shí)現(xiàn)軟件編程，也可用匯編語言來實(shí)現(xiàn)。 整個系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、子程序、中斷子程序幾個部分組成。整個系統(tǒng)的流程如圖5-1 所示，在初始化以及調(diào)用激發(fā)超聲波模塊程序后 t1 開始計時，等待接收信號完成后，激發(fā)外部中斷0，響應(yīng)中斷子程序，t1 計數(shù)停止，用公式 s=t*340/2*1000mm 計算出距離，再用 l=163-s 計算出水位， c語言主程序見附錄2。23 6 系統(tǒng)仿真6.1 程序編譯和加載點(diǎn)菜單 so

34、urce add/remove source files” 在出現(xiàn)的對話框中，選擇asem51 編輯器，將上面的匯編源程序添加，點(diǎn)菜單source build all 編譯匯編源程序，生成目標(biāo)代碼文件。在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，將編譯生成的hex 文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時鐘工作頻率為12mhz。6.2 proteus 系統(tǒng)仿真點(diǎn)全速運(yùn)行按鍵，得到圖6-1 所示的仿真結(jié)果 ,圖中是處于低水位狀態(tài) ,水泵處于運(yùn)行狀態(tài)。圖 6-1低水位狀態(tài)仿真結(jié)果24 6.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析在 proteus 環(huán)境, 運(yùn)行高塔水位控制系統(tǒng) , 我們發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)水位處于低水位區(qū)時 , 紅燈亮, 水泵處于運(yùn)

35、行狀態(tài) , 隨著水位的上升 , 水泵仍處于運(yùn)行狀態(tài) , 當(dāng)水位到達(dá)高位時 ,黃燈亮 , 水泵停止運(yùn)行。隨著用戶使用, 水位不斷下降 , 此時, 水泵處于停止?fàn)顟B(tài) , 當(dāng)水位到達(dá)低位時 , 水泵起動 , 重復(fù)以上過程。上述仿真表明，本設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了水位自動控制。7. 實(shí)物制作25 8 結(jié)論水箱供水的主要問題是箱內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空箱”、 “溢水”現(xiàn)象發(fā)生。 本文采用單片機(jī)系統(tǒng)控制， 使水箱內(nèi)水位保持恒定， 以保證連續(xù)正常地供水。實(shí)際供水過程中確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，且設(shè)計了“溢水”，“缺水”報警功能，很好的解決了上述問題， 達(dá)到智能控制的目的。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后

36、對測量范圍在010700 m 內(nèi)的液體能進(jìn)行有效的測量，其最大誤差小于2cm，且重復(fù)性好；可見基于單片機(jī)設(shè)計的數(shù)顯超聲波液位檢測系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量誤差小等特點(diǎn)。 因此，此系統(tǒng)不僅可用于液位檢測，還可廣泛應(yīng)用于諸如移動機(jī)器人精確定位等各種檢測系統(tǒng)中。本系統(tǒng)主要由水位探測傳感器，單片機(jī)控制系統(tǒng)， 水位顯示系統(tǒng)，繼電器驅(qū)動電路，水泵加水系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡單，安裝方便，建議廣大用戶嘗試使用，我相信大家在用了之后一定會感到滿意的。超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器t 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器r 所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超

37、聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時器t0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時， 接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在int0 或 int1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離9。本系統(tǒng)設(shè)計保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單， 制造成本低， 靈敏度高，節(jié)約能源顯著， 是用于各種高層液體儲存的理想設(shè)備。雖然我們的設(shè)計基本實(shí)現(xiàn)了我們計劃的功能， 但是還是有很多的不足， 比如說超聲波的抗干擾問題還有缺陷，若能將超聲

38、波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。另外，本系統(tǒng)還有的重要缺陷就是沒考慮到溫度對光速的影響，如能再做一個溫度補(bǔ)償電路， 就可很好的減少系統(tǒng)誤差，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行。26 致謝這次畢業(yè)設(shè)計得到了很多老師、同學(xué)和同事的幫助， 其中我的導(dǎo)師忽曉偉老師對我的關(guān)心和支持尤為重要， 每次遇到難題， 我最先做的就是向忽老師尋求幫助，而忽老師每次不管忙或閑， 總會抽空來給我上課面談， 然后一起商量解決的辦法。 在這里再次謝謝忽老師，忽老師您辛苦了！感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的陳

39、海濤、孫鵬等同學(xué)， 特別是陳海濤同學(xué)，他在本次設(shè)計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)，在這里再次謝謝陳海濤同學(xué)， 陳海濤同學(xué)你辛苦了！ 和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭男值軅?，在大學(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，把一個比較復(fù)雜的， 從來沒有上手的課題， 圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量?！安环e跬步無以至千里” ，這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位任課老師三年間的認(rèn)真負(fù)責(zé)， 使我能夠很好的掌握專業(yè)知識，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。 也正是你們長期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成。最后，向鄭州大學(xué)西亞斯國際學(xué)院電子信息工程學(xué)院的全體老師們再次表示衷心感謝：謝謝你們，謝謝你們?nèi)甑男燎谠耘啵?7 參考文獻(xiàn)1 蘇長贊紅外線與超聲波遙控人民郵電出版社1993.7 2 何希才傳感器及其應(yīng)用實(shí)例工業(yè)出版社2004.9 3 李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)北京航空航天大學(xué)出版社2007.6 4 王曉明電動機(jī)的單片機(jī)控制北京航空航天大學(xué)出版社.2002 年 5 月. 5 高吉祥全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程電子工業(yè)出版社.2007 年 5 月 . 6 周瀾景基于 proteus 的