參考-基于單片機(jī)和超聲波模塊的智能水位控制系統(tǒng)

1、鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 水位控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 忽曉偉 職稱 碩士學(xué)生姓名 張忠山 學(xué)號(hào) 20071521258專 業(yè) 電子信息工程 班級(jí) 電信2班院 （系） 電子信息工程學(xué)院完成時(shí)間 2011年4月23日水位控制系統(tǒng)摘 要本文采用AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水塔水位的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出一種低成本、高實(shí)用價(jià)值的水塔水位控制器。該系統(tǒng)具有水位檢測(cè)、水位高度LCD顯示、低水位高水位報(bào)警以及自動(dòng)加水等功能。本設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。本設(shè)計(jì)傳感器使用了超聲波模塊，并且詳細(xì)闡述了超聲波測(cè)距測(cè)的原理，給出了系統(tǒng)構(gòu)成框圖。此系統(tǒng)具有易控制、工

2、作可靠、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控液位。并采用52單片機(jī)系統(tǒng)控制整個(gè)電路的信號(hào)處理以及采用光電耦合和繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電來(lái)實(shí)現(xiàn)加水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。它能自動(dòng)完成水位檢測(cè)、光報(bào)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(jiǎn)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(chǔ)存的理想設(shè)備。關(guān)鍵詞 單片機(jī)/超聲波模塊/自動(dòng)監(jiān)測(cè)/LCD液晶/自動(dòng)控制Water Level Control SystemABSTRACTAT89C52 microcontroller system using cooling towers to achieve the level of

3、 automation, design a low cost and high practical value of the water tower water level controller. The system has the water level detection, low water high water level alarm and automatic functions such as adding water. The design process mainly uses the sensor technology, single chip technology, op

4、tical technology and the weak control the strong police power technology. Detection system using simple system for detection of copper needles, resulting in the low and high sensitivity. 52 SCM system control by using the circuit of signal processing and the use of optical coupling and weak control

5、relays to achieve strong power to realize automatic control of water systems. It can automatically detect the water level, light alarm, SheungShui, all the work withoutwater cycle, to ensure better surface height is always within the context of its structuresimple,low cost, high sensitivity, signifi

6、cant energy is used in various kindof ideal equipment for high-level liquid storage.KEY WORDS SCM , Ultrasonic Module,Automatic monitoring,LCD,Circuit Control目 錄中文摘要I英文摘要II1緒論11.1研究現(xiàn)狀11.2液位測(cè)量技術(shù)概況11.2.1機(jī)械浮子類液位計(jì)21.2.2電子類液位傳感器21.2.3熱學(xué)式液位計(jì)31.2.4雷達(dá)液位傳感器31.2.5超聲波液位傳感器31.2.6同位素/放射性液位傳感器31.2.7液壓類液位計(jì)41.2.8光學(xué)

7、液位計(jì)41.3國(guó)內(nèi)外液位傳感器的現(xiàn)狀51.4設(shè)計(jì)任務(wù)與計(jì)劃52總體方案的設(shè)計(jì)72.1設(shè)計(jì)思路72.2方案設(shè)計(jì)83硬件設(shè)計(jì)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(jì)154.1傳感器的選用154.2顯示模塊164.3單片機(jī)控制處理電路174.4光報(bào)警顯示統(tǒng)電路184.5繼電器控制電路的原理圖184.5.1光電耦合器簡(jiǎn)介194.5.2繼電器簡(jiǎn)介205軟件設(shè)計(jì)225.1水位控制系統(tǒng)程序流程圖225.2 水位控制系統(tǒng)主程序236系統(tǒng)仿真246.1程序編譯和加載246.2 Proteus系統(tǒng)仿真246.3系統(tǒng)仿真結(jié)果分析257結(jié)論26致 謝28參考文獻(xiàn)29附 錄

8、130附 錄 2311緒論1.1研究現(xiàn)狀在許多工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，需要對(duì)系統(tǒng)的液位或物料位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)具有腐蝕性的液體液位的測(cè)量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過(guò)給電脈沖來(lái)檢測(cè)液面，電極長(zhǎng)期浸泡在液體中，極易被腐蝕、電解、失去靈敏性，因而對(duì)測(cè)試設(shè)備的抗腐蝕性要求較高。超聲波液位檢測(cè)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(cè)量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)中液位或物料位的檢測(cè)；而且超聲波具有很好的指向性和束射特性，人耳聽(tīng)不見(jiàn)，一般不會(huì)對(duì)人體造成傷害檢測(cè)工程方便、迅速、易做到實(shí)時(shí)控制，而且測(cè)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1。并且目前，我國(guó)住宅小區(qū)樓房自來(lái)水供水系

9、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(gè)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(shí)候，就人工開(kāi)啟水泵進(jìn)行加水，十分不便。所以這一切問(wèn)題的存在，都在呼喚一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的高塔水位檢測(cè)報(bào)警控制系統(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(dòng)控制原理, 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。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過(guò)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(cè)量技術(shù)概況液位傳感器是指檢測(cè)液體高度信息的儀器，液位測(cè)量技術(shù)在工程領(lǐng)域有著極

10、為廣泛的應(yīng)用。在一般的生產(chǎn)工藝加工過(guò)程中，通常只需要對(duì)物料的表面位置進(jìn)行記錄和儲(chǔ)存，以作為確保生產(chǎn)工藝、安全等方面的需要。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，必須首先對(duì)液位測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，以保證自動(dòng)化生產(chǎn)能夠自動(dòng)控制在最佳狀態(tài)。在現(xiàn)代化的企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)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(cè)量的對(duì)象要廣、測(cè)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(cè)量環(huán)境等，這些對(duì)液位測(cè)量技術(shù)也提出了更高的要求。尤其是當(dāng)液面具有波動(dòng)和存在氣泡，或液面高度隨時(shí)間改變的動(dòng)態(tài)測(cè)量，或被測(cè)介質(zhì)具有粘滯性、導(dǎo)電性，或需要考慮容器的密封性以及介質(zhì)是否含有腐蝕物、毒

11、性和易爆性等情況下，選擇合適的液位測(cè)量技術(shù)就顯得尤為重要2。目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的液位測(cè)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(jì)測(cè)量原理是利用傳動(dòng)裝置把與液位同高度的浮子高度信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)或連續(xù)信號(hào)，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(jì)可以進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，其問(wèn)題是積聚在傳動(dòng)機(jī)械臂上的污物(如水垢沉積)會(huì)限制浮子運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生故障。1.2.2電子類液位傳感器測(cè)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(cè)量電路將電參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，從而達(dá)到測(cè)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(jì)它是利用空氣和液體作電容器兩極極

12、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(cè)量電容值，從而探測(cè)液體高度信息。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高，而且量程廣，適合于測(cè)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(zhǎng)電纜連接時(shí)，對(duì)電纜中的干擾和寄生電容很敏感，精度較差，且對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)或粘性介質(zhì)，誤差較大、易受干擾，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。電阻式液位計(jì)探測(cè)器在空氣中的阻值要比它浸在液體中的阻值大得多，通過(guò)電子學(xué)方法測(cè)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(cè)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(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出，在直流工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電解，響應(yīng)速度慢。1.2

13、.3熱學(xué)式液位計(jì)由熱敏電阻發(fā)出的信號(hào)可用來(lái)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(cè)量，而不能用于液位的連續(xù)測(cè)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(lái)測(cè)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(hào)是一種特殊形式.的電磁波，其物理特性與可見(jiàn)光相似。雷達(dá)信號(hào)是否可以被反射取決于被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性和被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)兩個(gè)因素。所有導(dǎo)電介質(zhì)都能很好地反射雷達(dá)信號(hào)，導(dǎo)電性不太好的介質(zhì)也能被很準(zhǔn)確地測(cè)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(cè)量，無(wú)需在容器上開(kāi)孔，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，即使在飛灰、

14、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(cè)量。然而雷達(dá)傳感器的測(cè)量信號(hào)運(yùn)行時(shí)間極短，這給信號(hào)分析處理提出了極高的要求，造成它的價(jià)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(cè)量明渠液位及開(kāi)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(cè)介質(zhì)上反射，再返回接收換能器，測(cè)量該超聲脈沖往返時(shí)間，就能得到超聲換能器輻射面到被測(cè)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同位素/放射性液位傳感器它是利用放射性同位素射線(如a射線、p射線、Y射線)的穿透和反射能力，當(dāng)a射線、p射線、Y射線到達(dá)被測(cè)液體時(shí)，通過(guò)檢測(cè)其透射或反射射線信號(hào)的強(qiáng)

15、度來(lái)達(dá)到測(cè)量液位的目的。射線的強(qiáng)度會(huì)隨液位的高度變化而變化，在放射線輻射源與檢測(cè)器之間有吸收物質(zhì)時(shí)，檢測(cè)器的輸出與液位的高度有關(guān)，通過(guò)對(duì)被測(cè)物質(zhì)吸收能量大小的檢測(cè)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，即可得出被測(cè)液位的高度。由于放射性射線本身的特點(diǎn)所決定，它可以用于腐蝕性、有毒性、大粘性和易燃易爆的場(chǎng)合。而且介質(zhì)對(duì)丫射線的吸收只與介質(zhì)密度有關(guān)，因此它可以測(cè)量不同密度的液體分界面、氣體與固體或液體與固體的分界面。但射線易受到衰減，檢測(cè)信息的能量易于損失，測(cè)量精確度不理想，有輻射作用，對(duì)人體有害等。1.2.7液壓類液位計(jì)此類液位計(jì)可以進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。氣泡式液位計(jì)將被測(cè)液位值轉(zhuǎn)換為空氣壓力值，測(cè)定該壓力值后，利用該被測(cè)壓

16、力與液位高度成正比的原理測(cè)量液位。壓力式傳感器它是利用液面高度變化時(shí)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(lái)設(shè)計(jì)的。在測(cè)量開(kāi)放的容器時(shí)，大多采用直接測(cè)量底部某點(diǎn)壓力來(lái)測(cè)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(shí)還要求被測(cè)液體的密度是已知的，而且要求液體的密度要恒定不變。1.2.8光學(xué)液位計(jì)光學(xué)液位計(jì)主要是光纖液位傳感器，它結(jié)合了光纖作為敏感器件的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)全光無(wú)電，安全性能好，同時(shí)調(diào)制方法多種多樣，是一種新型的液位傳感器3。 光學(xué)液位計(jì)，它利用浮子的磁耦合原理來(lái)設(shè)計(jì)，經(jīng)光碼盤對(duì)光纖的檢測(cè)，再經(jīng)由放大整形電路，以及光電轉(zhuǎn)換來(lái)形成規(guī)則的脈沖信號(hào)，最后由

17、單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)液位顯示。本文主要采用這個(gè)方案來(lái)設(shè)計(jì)。此方案設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，測(cè)量精度比較高，也非常適合目前我國(guó)的生產(chǎn)力狀況。1.3國(guó)內(nèi)外液位傳感器的現(xiàn)狀對(duì)于液位測(cè)量傳感器的研究，國(guó)外的液位測(cè)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(guó)外許多公司都研制出很多功能齊全、自動(dòng)化智能程度高、精度高的測(cè)量體系與產(chǎn)品系列。如美國(guó)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(bào)警，疊加智能通訊協(xié)議HART, Honeywell等)。美國(guó)Milltronics公司研制的多量程超聲波液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有測(cè)量液位、

18、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(guó)Foxboro公司、Texas儀器公司、Varec公司、Rosemount公司以及Moore公司生產(chǎn)的HTG靜壓式計(jì)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(guò)檢測(cè)液體的壓力獲得其它參數(shù)的信息。還有其它國(guó)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(guó)液位測(cè)量領(lǐng)域4。在我國(guó)，液位傳感器的研制開(kāi)發(fā)技術(shù)比較落后，在液位測(cè)量技術(shù)、測(cè)量方法上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它發(fā)達(dá)國(guó)家。對(duì)于新型的光纖液位傳感器，1990年國(guó)內(nèi)公開(kāi)了一項(xiàng)傳感器專利，是一種浮子式光電型編碼帶液

19、位計(jì)，它利用與浮子同步運(yùn)動(dòng)的一條絕對(duì)式光電型編碼帶和透射式光纖信號(hào)檢測(cè)頭作為檢測(cè)液位高度的傳感器。1991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(kāi)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(kāi)發(fā)的光纖油罐液位與溫度測(cè)量系統(tǒng)，己經(jīng)安裝運(yùn)行。從總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)研制的測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不高，精度、可靠性、功能等多方面都不如國(guó)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(jì)任務(wù)與計(jì)劃通過(guò)調(diào)查和研究我們決定設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)濟(jì)的高塔水位檢測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)。在高塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)超聲波模塊用來(lái)探測(cè)水位，并且把水位分成三個(gè)等級(jí)，即低水位，正常水位，高水位。低水位時(shí)送給

20、單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時(shí)，水泵加水，綠燈亮；高水位時(shí)，水泵不加水，黃燈亮。當(dāng)檢測(cè)到水位低于正常水平時(shí)，P2.0出來(lái)一個(gè)信號(hào)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(shí)，給P1.0一個(gè)低電平綠燈亮，到達(dá)高水位時(shí)黃燈亮在P2.0端出來(lái)一個(gè)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(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單使用的電路系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。本文主要完成以幾點(diǎn)工作：1）檢測(cè)電路硬件的設(shè)計(jì)：完成檢測(cè)所需光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)及探測(cè)機(jī)理的分析；2）顯示電路硬件的設(shè)計(jì)：完成以單片機(jī)等為核心的信號(hào)處

21、理及顯示硬件電路的設(shè)計(jì)；3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言完成相關(guān)信號(hào)處理運(yùn)算等軟件的設(shè)計(jì)。2總體方案的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路圖2-1 超聲波科學(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)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?tīng)到的聲波頻率為2020000Hz。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20KHz或小于20Hz時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)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

22、超聲波傳感器。超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場(chǎng)中的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(lái)工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械震動(dòng)，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(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。超聲波測(cè)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(shí)，會(huì)被反鼽利用單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到回波的時(shí)間，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境下超聲波的傳播速度，即可通過(guò)公式S=C*T2(S為被測(cè)距離，C為

23、空氣中聲速，T為回波時(shí)間，1r=_Tl+T2)計(jì)算出超聲波傳播的距離，也就得到了障礙物離測(cè)試系統(tǒng)的距離。在高塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探測(cè)傳感器用來(lái)探測(cè)三個(gè)水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時(shí)，水泵加水，綠燈亮；高水位時(shí)，水泵不加水，黃燈亮。本設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。2.2方案設(shè)計(jì)方案一：本方案采用555電路進(jìn)行控制，即當(dāng)水位探測(cè)傳感器探測(cè)到低水位時(shí)送一個(gè)低于1/3VCC的低電平給NE555芯片,555的輸出即為高電平驅(qū)動(dòng)水泵加水;當(dāng)在正常的水位時(shí)候,送給NE555為1/3

24、VCC-2/3VCC的電平,即保持前一個(gè)水泵不加水的狀態(tài);當(dāng)水位居于高水位時(shí),給NE555電路一個(gè)高電平,這時(shí)NE555輸出電平翻轉(zhuǎn)為低電平,不能驅(qū)動(dòng)水泵,水泵停止加水。圖2-2 方案一方框圖方案二：本方案采用單片機(jī)80C52作為我們的控制芯片,主要工作過(guò)程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí),水泵加水,綠燈亮,;當(dāng)水位在高水位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈亮。水泵控制電路顯示部分STC80C52單片機(jī)電源電路水塔供水系統(tǒng)超聲波傳感器圖2-3 方案二方框圖方案論證：第一種方案設(shè)計(jì)使用起來(lái)比較方便也簡(jiǎn)單,

25、不用編程等軟件方面的設(shè)計(jì)，但是沒(méi)有穩(wěn)壓電路,使輸入NE555芯片的電平十分不穩(wěn)定,容易發(fā)生誤判水位引起混亂的情況,且NE555電路只有一個(gè)輸出端,不能接顯示系統(tǒng),所以不能完成顯示功能。另外，此方案不能精確測(cè)量出液位高度，銅絲長(zhǎng)時(shí)間沁在水中表面會(huì)發(fā)生氧化，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)是系統(tǒng)的誤判率升高。第二種方案中使用了單片機(jī)芯片和超聲波傳感器，單片機(jī)控制和超聲波測(cè)距技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測(cè)量的技術(shù)。此系統(tǒng)使用過(guò)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(huì)產(chǎn)生誤判的情況,由于80C52單片機(jī)有四端口32引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。綜上,我們已經(jīng)清楚地看到了兩種方案的優(yōu)劣,要能夠很好地完成本次設(shè)計(jì)的各個(gè)指

26、標(biāo)和達(dá)到設(shè)計(jì)的目的,我們選擇第二種方案作為我們的設(shè)計(jì)方案。93硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)方框圖本系統(tǒng)由電源電路、水位探測(cè)傳感電路、穩(wěn)壓電路、單片機(jī)系統(tǒng)、光報(bào)警顯示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及高塔模型組成。主電氣原理框圖如下。LCD1 6 0 2電源電路STC80C52單片機(jī)超聲波測(cè)量模塊圖3.1.1系統(tǒng)框圖水泵控制電路水塔供水系統(tǒng)圖 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(shí)候，超聲波傳感器測(cè)出的距離小于低水位，此時(shí)給P1.1口一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，P2.0出來(lái)一個(gè)信號(hào)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(shí)，送入單片機(jī)的P1.7口

27、低電平，驅(qū)動(dòng)綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在P1.4引腳出來(lái)一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P2.0端出來(lái)一個(gè)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。3.2.1單片機(jī)介紹我們選用STC89C52作為我們的控制芯片其引腳圖如3-2。80C52是INTEL公司MCS-52系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用NTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-52的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng). 圖3-2 STC89C52引

28、腳圖STC89C52各引腳功能及管腳電壓概述：STC89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源

29、的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。P0口P0 口是一組8 位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0 寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸

30、入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 口P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P

31、1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），F(xiàn)lash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低8 位地址。表3-1 P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2時(shí)鐘輸出P1.1T2EX定時(shí)/計(jì)數(shù)器2P2 口P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)端口P2 寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高8 位

32、地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 口P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出

33、現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置AL

34、E 禁止位無(wú)效。PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪問(wèn)允許。欲使CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編

35、程電壓Vpp。XTAL1振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能寄存器在STC89C52 片內(nèi)存儲(chǔ)器中，80H-FFH 共128 個(gè)單元為特殊功能寄存器（SFE），SFR 的地址空間映象如表2 所示。并非所有的地址都被定義，從80HFFH 共128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒(méi)有定義。對(duì)沒(méi)有定義的單元讀寫(xiě)將是無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫(xiě)入未定義的單元，由于這些單元在將來(lái)的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。STC89C52除了與STC89C51所有的定時(shí)/計(jì)數(shù)器0

36、 和定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 外，還增加了一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器2。定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的控制和狀態(tài)位位于T2CON（參見(jiàn)表3）T2MOD（參見(jiàn)表4），寄存器對(duì)（RCAO2H、RCAP2L）是定時(shí)器2 在16 位捕獲方式或16 位自動(dòng)重裝載方式下的捕獲/自動(dòng)重裝載寄存器。4各部分電路設(shè)計(jì)4.1傳感器的選用傳感器是一種能感受被測(cè)物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號(hào)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(cè)距模塊可提供3cm-3.5m的非接觸式距離感測(cè)功能，圖4-1為DYP-ME007外

37、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(cè)距模塊一觸發(fā)信號(hào)后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來(lái)時(shí)，模塊輸出一回響信號(hào)，以觸發(fā)信號(hào)和回響信號(hào)間的時(shí)間差，來(lái)判定物體的距離。我們只需要提供一個(gè)周期大于10uS 的脈沖觸發(fā)信號(hào)。該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)是一個(gè)脈沖的寬度成正比的距離對(duì)象。可通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式: uS/58=厘米或者uS/148=英寸。我們的測(cè)量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。時(shí)序圖如圖4-2。.圖4-1 超聲波水位探測(cè)模塊外

38、觀圖圖4-2 超聲波模塊時(shí)序圖4.2顯示模塊在日常生活中，我們對(duì)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(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)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4-3 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高     由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因

39、此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。數(shù)字式接口     液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕     液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低     相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性， 通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有

40、厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域6。4.3單片機(jī)控制處理電路 本設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們主要采用了P1.0、P1.1的靈活的I/O端口作用作為我們的低水位和高水位信號(hào)輸入口，單片機(jī)通過(guò)軟件的控制不斷檢測(cè)這個(gè)端口的輸入電平，一旦發(fā)現(xiàn)則執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，輸出不同的信號(hào)給P2.3、P2.2、P2.1來(lái)告知水位情況即紅、黃、綠分別表示水位在低水位狀態(tài)，高水位狀態(tài)，正常水位狀態(tài)。然后，根據(jù)不同的水位決定是否通過(guò)P2.0口驅(qū)動(dòng)水泵加水還是停止加水。4.4光報(bào)警顯示統(tǒng)電路本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)表示不同的

41、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(shí)需要啟動(dòng)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：圖4-4光報(bào)警電路的原理圖此電路采用的是共陽(yáng)極的，所以只有當(dāng)單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平時(shí)才能推動(dòng)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。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(kāi)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(shí)單片機(jī)給P2.0送一個(gè)高電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動(dòng)Q3導(dǎo)致繼電器閉合從

42、而讓220V的交流電接通使水泵加水。控制加水電路如下圖4-5：圖圖4-5 繼電器控制水泵加水電路4.5.1光電耦合器簡(jiǎn)介其外觀如圖4-6：圖4-6 光電耦合器外觀圖光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管，如下圖4-7：圖4-7 光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們采用光電耦合器組成開(kāi)關(guān)電路的作用，能夠很好地將單片機(jī)信號(hào)穩(wěn)定地送給繼電器驅(qū)動(dòng)繼電器閉合。4.5.2繼電器簡(jiǎn)介繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)

43、元件，在我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中主要來(lái)做自動(dòng)控制作用，我們采用+5V的直流電來(lái)控制220V的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用，常用繼電器如下圖4-8：. 圖4-8 常用繼電器因?yàn)槭窃谶@里是以一種弱電來(lái)控制強(qiáng)電所以安裝和使用的過(guò)程當(dāng)中我們一定要注意用電安全注意事項(xiàng)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合8。這樣

44、吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖4-9：圖4-9 繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)255軟件設(shè)計(jì)5.1水位控制系統(tǒng)程序流程圖開(kāi)始根據(jù)設(shè)計(jì)方案以及電路特點(diǎn)我采用C51語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)程序畫(huà)出程序流程圖如圖5-1:初始化檢測(cè)水位返回Y綠燈亮判斷>50&&<=100N黃燈亮關(guān)閉水泵NY紅燈亮開(kāi)啟水泵調(diào)用顯示程序判斷<=50CMNN圖 5-1程序流程圖5.2 水位控制系統(tǒng)主程序 本水位測(cè)試系統(tǒng)采用了STC89C52

45、單片機(jī)，用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)軟件編程，也可用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)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(gè)部分組成。整個(gè)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(kāi)始計(jì)時(shí)，等待接收信號(hào)完成后，激發(fā)外部中斷0，響應(yīng)中斷子程序，T1計(jì)數(shù)停止，用公式S=t*340/2*1000mm計(jì)算出距離，再用L=163-S計(jì)算出水位，C語(yǔ)言主程序見(jiàn)附錄2。6系統(tǒng)仿真6.1程序編譯和加載點(diǎn)菜單SourceAdd/Remove source Files”在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選擇ASEM51編輯器，將上面的匯編源程序添加，點(diǎn)菜單SourceBuild ALL編譯匯編源程序，生成目標(biāo)代

46、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(shí)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)果當(dāng)水位處于故障時(shí),仿真的結(jié)果如圖6.2所示.圖6-2故障狀態(tài)仿真結(jié)果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(shí),紅燈亮,水泵處于運(yùn)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(shí),黃燈亮,水泵停止運(yùn)行。隨著用戶使用,水位不斷下降,此時(shí),水泵處于停止?fàn)顟B(tài),當(dāng)水位到達(dá)低位時(shí),水泵起動(dòng),

47、重復(fù)以上過(guò)程。上述仿真表明，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了水位自動(dòng)控制7結(jié)論水箱供水的主要問(wèn)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(guò)程中確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，且設(shè)計(jì)了“溢水”，“缺水”報(bào)警功能，很好的解決了上述問(wèn)題，達(dá)到智能控制的目的。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后對(duì)測(cè)量范圍在010700 m內(nèi)的液體能進(jìn)行有效的測(cè)量，其最大誤差小于2cm，且重復(fù)性好；可見(jiàn)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)顯超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。因此，此系統(tǒng)不僅可用于液位檢測(cè)，還可廣泛應(yīng)用于諸如移動(dòng)機(jī)器人精

48、確定位等各種檢測(cè)系統(tǒng)中。本系統(tǒng)主要由水位探測(cè)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(dòng)電路，水泵加水系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(huì)感到滿意的。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或I

49、NT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離9。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǔ)存的理想設(shè)備。雖然我們的設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了我們計(jì)劃的功能，但是還是有很多的不足，比如說(shuō)超聲波的抗干擾問(wèn)題還有缺陷，若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，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(méi)考慮到溫度對(duì)光速的影響，如能再做一個(gè)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(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題面對(duì)問(wèn)題才有可能解決問(wèn)題，不足和遺憾

50、不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行。34致 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(duì)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(huì)抽空來(lái)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(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的陳海濤、孫鵬等同學(xué)，特別是陳海濤同學(xué)，他在本次設(shè)計(jì)中給予我的無(wú)私幫助和厚愛(ài)，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(gè)方面給予過(guò)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?cè)僖淮窝堇[了團(tuán)

51、結(jié)合作的童話，把一個(gè)比較復(fù)雜的，從來(lái)沒(méi)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(shí)，更讓我感覺(jué)到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量?！安环e跬步無(wú)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(shí)，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。也正是你們長(zhǎng)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(guó)際學(xué)院電子信息工程學(xué)院的全體老師們?cè)俅伪硎局孕母兄x：謝謝你們，謝謝你們?nèi)甑男燎谠耘?！參考文獻(xiàn)1蘇長(zhǎng)贊 紅外線與超聲波遙控人民郵電出版社 1993.72何希才 傳感器及其應(yīng)用實(shí)例工業(yè)出版社 20

52、04.93 李廣弟 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社 2007.64王曉明 電動(dòng)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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)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的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真北京航空航天大學(xué)出版社 2006.57何立民單片機(jī)高級(jí)教程北京航空航天大學(xué)出版社2004.7 8高明 技術(shù)與傳感器儀表技術(shù)與傳感器編輯部 2002.7.9李鐵峰 儀表技術(shù)與傳感器儀表技術(shù)與傳感器編輯部 2002.2附 錄1系統(tǒng)的總的電路圖圖參照PROTEUS文檔，更加直觀附 錄 2 系統(tǒng)C語(yǔ)言部分程序/*#include <

53、reg52.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/*void init()power=0;/power is oklcden=0;/low enblewrite_com(0x38);write_com(0x0c);/display open ,cursor off,blink off write_com(0x06);/pointer auto add 1write_com(0x01);/clear screen and pointerwrite_com(0x80);TMOD=0x10;/time1,16 bit