高塔水位控制系统正文

1、摘 要AT 89C2051微控制器系统实现冷却塔水位自动化水平，设计了一种低成本、实用价值高的水塔水位控制器。系统具有水位检测、低水位高水位报警和自动加水等功能。设计过程主要采用传感器技术、单片机技术、光学技术和弱控强警电源技术。检测系统采用简单的铜针检测系统，导致灵敏度低和高。 AT 89C2051单片机系统控制利用信号处理电路，利用光耦合和弱控继电器实现强电，实现水系统的自动控制。它可以自动检测水位、灯光报警、上水，所有工作无需水循环，确保更好的表面高度始终在其结构简单、成本低、灵敏度高、能源使用量大的范围内。高位液体储存的理想设备。关键词：单片机自动监控电路控制目录TOC o 1-3 h

2、 z u HYPERLINK l _Toc294039239 第1章引言 PAGEREF _Toc294039239 h 1 HYPERLINK l _Toc294039240 1.1研究背景 PAGEREF _Toc294039240 h 1 HYPERLINK l _Toc294039241 1.2研究目的和意义 PAGEREF _Toc294039241 h 3 HYPERLINK l _Toc294039242 1.3国外发展现状 PAGEREF _Toc294039242 h 4 HYPERLINK l _Toc294039243 第二章总体方案演示 PAGEREF _Toc2940

3、39243 h 6 HYPERLINK l _Toc294039244 2.1设计理念 PAGEREF _Toc294039244 h 6 HYPERLINK l _Toc294039245 2.2系统方案演示 PAGEREF _Toc294039245 h 6 HYPERLINK l _Toc294039246 2.3方案演示 PAGEREF _Toc294039246 h 8 HYPERLINK l _Toc294039247 第三章各单元电路设计 PAGEREF _Toc294039247 h 9 HYPERLINK l _Toc294039248 3.1 系统工作原理 PAGEREF

4、_Toc294039248 h 9 HYPERLINK l _Toc294039249 3.2 MCU PAGEREF _Toc294039249 h 9的选择 HYPERLINK l _Toc294039250 3.2.1单片机选型 PAGEREF _Toc294039250 h 9 HYPERLINK l _Toc294039251 3.2.2最小系统电路 PAGEREF _Toc294039251 h 14 HYPERLINK l _Toc294039252 3.3传感器的选择 PAGEREF _Toc294039252 h 18 HYPERLINK l _Toc294039253 3.

5、4稳压电路设计 PAGEREF _Toc294039253 h 20 HYPERLINK l _Toc294039254 3.5光学报警显示电路 PAGEREF _Toc294039254 h 21 HYPERLINK l _Toc294039255 3.6继电器控制水泵电路 PAGEREF _Toc294039255 h 23 HYPERLINK l _Toc294039256 3.6.1功率驱动电路中的光隔离 PAGEREF _Toc294039256 h 23 HYPERLINK l _Toc294039257 3.6.2光耦简介 PAGEREF _Toc294039257 h 24 H

6、YPERLINK l _Toc294039258 3.6.3继电器简介 PAGEREF _Toc294039258 h 24 HYPERLINK l _Toc294039259 3.6.4水泵介绍 PAGEREF _Toc294039259 h 25 HYPERLINK l _Toc294039260 3.7电源电路 PAGEREF _Toc294039260 h 26 HYPERLINK l _Toc294039261 3.8看门狗电路 PAGEREF _Toc294039261 h 27 HYPERLINK l _Toc294039262 第4章软件设计 PAGEREF _Toc29403

7、9262 h 32 HYPERLINK l _Toc294039263 4.1程序流程图 PAGEREF _Toc294039263 h 32 HYPERLINK l _Toc294039264 4.2源程序 PAGEREF _Toc294039264 h 33 HYPERLINK l _Toc294039265 总结 PAGEREF _Toc294039265 h 35 HYPERLINK l _Toc294039266 至 PAGEREF _Toc294039266 h 36 HYPERLINK l _Toc294039267 参考文献 PAGEREF _Toc294039267 h 37

8、 HYPERLINK l _Toc294039268 附录1系统示意图 PAGEREF _Toc294039268 h 39 HYPERLINK l _Toc294039269 附录2系统通用程序 PAGEREF _Toc294039269 h 40第一章 简介1.1研究背景传统的供水系统大多采用水塔、高位水箱或增压设备，利用水泵将水位提升至高于实际水位的扬程，以保证足够的用水量。但控制精度低，能耗大。随着科学技术的不断更新和发展，我国的自动控制技术日新月异，传统的继电器控制系统已经跟不上时代发展的要求，这就需要一种新的控制方法来代替它。单片机诞生于1970年代后期。它是一种 HYPERLIN

9、K %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/134362.htm t _blank 集成电路芯片。它采用 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1081357.htm t _blank 超大规模集成电路技术，将中央处理器CPU HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/151093.htm t _blank 随机存储器RAM、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%2

10、0/view/188818.htm t _blank 只读存储器ROM 、各种具有数据处理能力的I/O端口集成在一起。它将中断系统、定时器/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/928508.htm t _blank 定时器（可能还包括显示驱动电路、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/849406.htm t _blank 脉宽调制电路、模拟多路复用器、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/vi

11、ew/990260.htm t _blank A/D转换器等电路）等功能集成在一个硅片上。计算机系统。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1130583.htm t _blank 单片机，又称 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/154544.htm t _blank 单片机，不是完成一定逻辑功能的芯片，而是 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4646187.htm t _blank 将计算机系统集成到芯片中。它相当于一台微型计

12、算机。与计算机相比，单片机只缺少I/O设备。简而言之：芯片变成了计算机。它体积小、重量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利的条件。现代计算机技术的工业革命使世界经济从资本经济 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/451653.htm t _blank 时代进入了知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪的无线电时代，也进入了21世纪以计算机技术为核心的现代智能电子系统时代 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3958685.htm t _blank 。

13、现代电子系统的基本核心是 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4353330.htm t _blank 嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统），而单片机是最典型、最广泛、最普遍的嵌入式系统。目前，单片机已经渗透到我们生活的各个领域，在任何领域几乎都很难找到单片机的踪迹。导弹导航装置、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/35448.htm t _blank 飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信和数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能

14、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4189.htm t _blank IC卡、民用豪华轿车的安全系统、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/111680.htm t _blank 录像机、控制相机、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/45678.htm t _blank 全自动洗衣机、程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能电表、医疗设备和各种智能机器。因此，单片机的研究、开发和应用将造就

15、一批计算机应用和智能控制方面的科学家和工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗器械、航空航天、特种设备的智能化管理和过程控制。它们大致可以分为以下几类：1 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1540405.htm t _blank 、在智能仪器仪表中的应用具有功耗小、控制功能强、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/44147.htm t _blank 扩展灵活、小型化、使用方便等特点，广泛应用于仪器仪表 HYPERLINK :/baike.ba

16、idu /view/16431.htm t _blank 。流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制，使仪表数字化、智能化、小型化，功能比电子更强大或 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/635019.htm t _blank 数字电路。如精密的测量设备（ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1608633.htm t _blank 功率计、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%

17、20%20%20/view/130973.htm t _blank 示波器、各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以组成多种控制系统和数据采集系统 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2102581.htm t _blank 。例如工厂流水线的智能管理、电梯的智能控制、各种报警系统、计算机联网组成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以说，现在的家用电器基本上都是单片机控制的，大到电饭煲、洗衣机、冰箱、空调、彩电等 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/68529.htm t _blank 影

18、音设备，大到 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/287613.htm t _blank 电子称重设备。4、在计算机网络与通信领域的应用现代单片机普遍具有通信接口，可以方便地与计算机进行数据通信，为计算机网络与通信设备之间的应用提供了极好的物质条件。如今，通信设备基本实现了单片机的智能控制。手机、电脑、小型 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/84642.htm t _blank 程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，以及移动、集群移动通信、无线

19、电对讲机等，在日常工作中随处可见。 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/19599.htm t _blank 5 、单片机在医疗器械领域的应用微控制器还广泛用于医疗设备，如医用呼吸机、各种分析仪、监视器、超声波诊断设备和病床呼叫系统。6、在各种大电器中的模块化应用一些专用的单片机是为了实现特定的功能而设计的，这样就可以在各种电路中模块化，而不需要用户了解其内部结构。比如音乐集成单片机，看似简单的功能在纯电子芯片中小型化（不同于磁带机的原理），这就需要类似于计算机的复杂原理。如：音乐信号以数字形式存储在内存中（类似于ROM），

20、由单片机读出，转换成模拟音乐电信号（类似于声卡） 。在大型电路中，这种模块化应用大大减小了体积，简化了电路，降低了损坏和错误率，并且易于更换。在大型电路中，这种模块化应用大大减小了尺寸，简化了电路，降低了损坏和错误率，并且易于更换7、单片机在汽车装备领域的应用微控制器广泛应用于汽车电子领域，如汽车发动机控制器、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2066657.htm t _blank 基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、 ABS防抱死制动系统、制动系统等。此外，单片机在工商业、金融、科研、教育、国防

21、、航天等领域有着非常广泛的用途。1.2研究目的和意义目前，我国住宅楼的自来水供水系统主要采用高塔供水，并在屋顶或其他塔上建有蓄水池，以保证用户的水压恒定。受我们导师的启发，我们对住宅供水进行了调查。据调查，现在城里建的很多房子都有自来水供应，所以很多家庭的屋顶上都建了一座高塔。储存水，然后为整个房子供水。在调查中我们发现，目前大部分小区都采用人工加水的方式，即水用完后，手动打开水泵加水，非常不方便。这引起了老百姓的抱怨水用完之前，我不知道水很少，直到水用完之后我才知道。如果急需，等到加水后才可以用水，是很麻烦的；在加水的过程中，还要时刻检查水位，防止水超过最高水位线；所以所有这些问题的存在都需

22、要一个简单而经济的高塔水位检测报警控制系统的诞生。此外，许多锅炉系统和防洪系统也需要控制水位，以便能够轻松控制水位，并对不同水位进行报警。因此，如果研制出好的水位控制装置，就能造福于人民。 .传统控制方式存在控制精度低、能耗高等缺点，但利用单片机的自动控制原理，利用水的电导率，全天候连续测量水位变化，根据水位变化自动调整系统运行参数。水压恒定以满足用水要求，从而提高供水系统的质量。此外，成本低，安装方便，经多次实验证明，灵敏度好，是节约水源，方便家庭、单位控制水塔水位的理想自动化装置。 .在古代，人们以水为生。水在人们的正常生活和生产中发挥着至关重要的、不可替代的作用。如果没有水，将会给人们的

23、生活带来巨大的变化，并可能造成重大的生产事故和损失。因此，满足及时、准确、安全、充足的供水已成为对供水系统的新要求。如果仍采用传统方式，不仅劳动强度大，而且效率低，安全难保障。因此，利用单片机改造控制系统，实现安全、足量、自动化供水，具有很高的实际应用价值，对人们的日常生产生活具有重要意义。1.3国外发展现状从半导体集成技术和微电子设计技术的发展，可以预见未来单芯片技术的发展趋势。、主流机型发展趋势在未来很长一段时间内，8位单片机仍将是主流机型，很多厂商会不断改进和完善8位计算机，让8位计算机保持活力； 32 位机会在满足高速数字处理方面发挥着重要作用。 ; 16 位机器空间可能被 8 位机器

24、和 32 位机器占用。2.整体CMOS趋势。、 RISC架构的大发展。4.大力发展专用单片机。5.OTPROM和Flash ROM成为主流供应状态。6. ISP和基于ISP的开发环境。7 、单片机内嵌软件。8 、实现全面的电源管理。9.实现串行扩展总线。10. ASMIC技术的推出和开发。单片机以其优异的性能得到了广泛的应用，并已渗透到各个领域。单片机用于检测和控制领域，具有以下特点。1.小巧灵活，成本低，易于产品化。可方便组装成各种智能测控设备和各种智能仪表。2 、可靠性好，适用温度范围广。单片机芯片本身是根据工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣环境，是其他机型无法比拟的。3、易于扩展，易

25、于形成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能非常强大，指令系统具有各种控制功能的指令。4 、可轻松实现多机分布式控制。我国于1982年开始使用单片机。目前国外使用的主要单片机主要有8051核单片机，如Inter的8051系列、 Atmel的89系列、 PHILIPS公司、 TI公司、 ST公司还有华邦公司的MCU系列等等。还有一些其他的核心微控制器。近年来，单片机在我国得到广泛应用，在各行各业生产过程的自动化过程中发挥着重要作用。通过单片机程序设计提高液位系统的控制液位，具有很高的应用价值，已广泛应用于国外企业和居民生活中。第二章 总体方案论证2.1 设计思路随着时代的发展，社会

26、的进步，以及人类物质生活水平的不断提高，现在很多家庭都需要生活用水自动供水。根据调研，我们决定设计一个简单、实用、经济的高塔水位控制系统。在高塔部分，我们设计了一个简单的水位检测传感器，可以检测三个水位，分别是低水位、正常水位和高水位。水位低时，向单片机送高电平，驱动水泵加水，红灯亮；水位正常时，水泵加水，绿灯亮；水位高时，水泵不加水，黄灯亮。在这个设计过程中，主要采用了传感器技术、单片机技术、光报警技术和弱电控制技术。2.2系统方案演示方案一：本方案采用555电路进行控制，即水位检测传感器检测到低水位时，向NE555芯片送出低于1/3VCC的低电平，555输出为高电平驱动水泵加水；水位正常时

27、，将1/3VCC2/3VCC的水位送入NE555，即保持上一个水泵的状态；当水位处于高水位时，给NE555电路一个高电平。 NE555输出电平翻转为低电平，不能驱动水泵，水泵停止加水。如图2-1所示：图2-1 解决方案框图方案二：本方案采用单片机AT89C2051作为我们的控制芯片。主要工作过程是当塔内水处于低水位时，水位检测传感器向单片机致高电平，然后单片机驱动水泵加水，显示系统变为红色。灯亮了；当水位在正常范围内时，水泵正在加水，绿灯亮；水位高水位时，单片机不能驱动水泵加水，黄灯亮。如图2-2所示：图2-2 方案二框图2.3 方案论证第一种方案被设计为更方便和简单的使用。没有编程等软件设计

28、，但是没有稳压电路，导致输入NE555芯片的电平很不稳定，容易误判水位造成混乱，而NE555电路只有一个输出端，无法连接显示系统，无法完成显示功能。第二种方案采用单片机处理，单片机技术是信息时代精密测量的新技术。在使用本系统的过程中，稳压电路可以准确无误地将输入电平传送给单片机，而且单片机的管脚更多，可以非常方便地设计显示系统。综上所述，我们已经清楚地看到了两种方案的优缺点。为了能够完成本次设计的各项指标，达到设计的目的，我们选择第二种方案作为我们的设计方案。第三章各单元电路设计3.1 系统工作原理该系统由单片机系统、水位检测传感器电路、电源电路、稳压电路、灯光报警显示电路、继电器控制水泵电路

29、、塔模型组成。系统框图如图 2-2 所示。当水位处于低水位时，传感器的低水位检测线不被+5V电源接通，进入稳压电路。处理后稳压电路输出端有一个高电平，送至P1。另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1端口。经分析，单片机在P1.2端口输出低电平，驱动红灯点亮，P1.5发出信号开启光电耦合器GDOUHE。 ，使继电器闭合，使水泵加水；当水位在正常范围内时，水泵加水，P1.3引脚出现低电平，绿灯亮；当水位处于高水位区时，传感器的两条检测线均在开启后，均由+5V电源开启并送至单片机。经单片机分析，P1.4脚低电平使黄灯亮，P1.5端低电平不能使光电耦合器导通，所以继电器不能闭合，水泵不能加水；

30、当三个灯闪烁时，表示系统有故障。3.2单片机的选择3.2.1单片机选择方案一：我们选择AT89C2051作为我们的控制芯片。AT 89C2051（以下简称2051）是一款低功耗、高性能的8位CMOS微控制器芯片，具有2KB闪存可编程和可擦除只读存储器（FPEROM）。它兼容MCS-51指令系统，芯片FPEROM允许对程序存储器进行在线重新编程，也可以用常规的EPROM编程器进行编程。 ATMEL的205l多功能8位CPU与FPEROM结合在同一芯片上，适用于很多嵌入式控制应用。它提供了一种高度灵活且价格合理的解决方案。2051 还增加了在零频率下工作的静态逻辑模式和两个软件可选的省电模式模型。

31、其中，在空闲模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器/计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，只保存 RAM 容量，停止振荡器，关闭芯片的所有其他功能，直到下一次硬件复位。 AT 89C205的管脚图和封装图分别如图3-1和3-2所示：图 3-1 AT 89C2051 引脚图图 3-2 AT 89C2051 封装图AT 89C2051 主要性能与 MCS 产品兼容。5l2KB 在线可重新编程闪存，使用寿命为 1000 次写入/擦除周期。宽工作电压范围：2.7V6V。全静态工作模式：0Hz24MHz。两级程序存储器加密。1288 位 SRAM。15 条可编程 I/O 线。两个 16 位定时

32、器/计数器。5个中断源。可编程串行通道。可以直接驱动LED。具有低功耗空闲和断电模式的片上精密模拟比较器。零件结构和引脚2051的引脚如图3-3所示，引脚分布如图3-1所示。引脚功能说明如下：Vcc电源。GND - 电路接地。端口 P1 - 是一个双向 8 位 I/O 端口。 P1.2P1.7 引脚有上拉电阻，P1.0 和P1.1 需要外接上拉电阻。 P1.0和P1.1也作为模拟比较的正负输入端，与片内精密模拟比较器相连。 P1口输出缓冲器可灌20mA，可直接驱动LED显示屏。向P1端口写“电平”时1”，可作为输入引脚使用。由于P1.2P1.7具有上拉功能，此时如果有外部电路作为输入，该引脚会

33、灌电流（ I IL ). P1口还承担flash烧写和校验功能中接收数据码的任务。P3 端口P3 端口只有 7 位 P3.0P3.5 和 P3.7（P3.7 引脚有部分上拉电路）。 P3.6 是外部比较器的输出，没有外部引脚。 2051没有RD和WR控制信号，P3.7是通用I/O线。 P3 端口的输出缓冲器可吸收20mA 的灌电流，可在向P3 端口写电平时用作输入端口1”。由于具有上拉功能，当 P3 端口有外部低电平输入时，引脚向外产生灌电流（ I IL ）。端口3还提供了2051的第二个功能，如表2-2所示。 P3还可以在flash编程和验证功能中接收一些控制信号。表3-1 P3端口提供的次

34、要功能P3口线次要功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0（外部中断 0）P3.3INT1（外部中断 1）P3.4T0（外部定时输入0）P3.5T1（外部定时输入1）RST - 复位输入。当振荡器运行时，该引脚上的两个机器周期的高电平将重置 2051。每个机器周期为 12 个振荡器周期（或时钟周期）。XTAL1振荡器反相放大部分工作时钟电路的输入端。XTAL2 - 振荡器反相放大器的输出。AT 89C2051如图 3-3 所示：图 3-3 AT89C2051 部分结构方案二：选择8031作为我们的控制芯片。8031是INTER的MCS-51系列单片机中最基本的产

35、品。采用INTER可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机。它属于标准 MCS-51。HCMOS 产品。它结合了HMOS的高速高密度技术和CHMOS的低功耗特性雷，标准MCS-51微控制器的架构和指令系统。8031中央处理器，128字节数据存储RAM，32个双向输入/输出（I/O）端口，2个16位定时器/计数器和5个二级中断机制，一个全双工串行线通信端口，芯片时钟振荡电路，是一种高集成度的微机芯片，但8031芯片没有程序存储器，需要外接ROM。 8031单片机的管脚图如图3-4所示：图 3-4 8031 管脚示意图对比以上两种方案，均能满足设计要求，都是基于单片机的系统。方案一采用AT8

36、9C2051，是一款高性能、低成本的单片机。引脚 (20) 和指令系统与 8031 微控制器完全兼容。芯片有2Kbytes的flash程序存储器（电擦写，可重复烧写1000次，数据可保10年），除了没有P0口和P2口外，具有以下所有功能结构8031，即一块AT89C2051相当于由8031、373、2716组成的最小系统。用它构成的测控系统具有电路简单、可靠性好、体积小、成本低等优点。 AT89C2051的Port 1为8位双向I/O口，P1.2P1.7有上拉电阻，P1.0和P1.1无上拉电阻。 P1.0 和 P1.1 有第二个功能它们分别用作芯片精密比较器的同相和反相输入端。 P1端口输出驱

37、动器可以提供20mA灌电流驱动能力，写1时其锁存器可作为输入端口。 AT2051的P3端口89C是一个带上拉电阻的七位双向I/O端口。 P3口输出驱动器可提供20mA灌电流驱动能力，其锁存器在写1时可作为输入口。P3.6作为输入线，接片内精密比较器的输出端片内，因此没有引线，但可以读取该位的值。 P3.0P3.5的第二个功能与8031 P3端口对应端口线的第二个功能完全相同。综上所述，P1和P3中的每条端口线都可以直接驱动LED，无需配置LED驱动电路。 P1.0和P1.1具有第二个功能，因此无需配置比较器，简化了控制电路结构。因此，本次设计制作采用方案一的设计思路。3.2.2最小系统电路单片

38、机时钟电路通常有两种形式：外部振荡方式和外部振荡方式。外部振荡方式：MCS-51单片机有一个高增益反相放大器用来组成振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入和输出端。放大器连接晶体振荡器或陶瓷谐振器作为反馈元件，形成自激振荡器，产生振荡时钟脉冲。外部振荡方式：外部振荡方式是将外部时钟信号引入单片机。本设计采用部分振荡方式，晶振选用12MHz，电容C1、C2选用33PF。接线图如图 3-4 所示：图 3-4 时钟电路基本复位电路复位电路的基本功能是在系统上电时提供复位信号，并在系统供电稳定后取消复位信号。为可靠起见，复位信号必须在电源稳定后经过一定延时后才能取消，以防止因电源开关或电

39、源插头开合过程产生的抖动而导致复位。复位电路有三种连接方式： 1、上电复位单片机上电时，产生复位信号，完成单片机的启动，确定单片机的初始工作状态。单片机。如图 3-5 所示。 2、手动复位手动按钮产生复位信号，完成单片机的启动，确定单片机的初始状态。通常，当单片机出现混乱或“死机”时，可以通过手动复位来实现单片机的“重启”。如图 3-6 所示。 3、复合复位电路上电复位电路和手动复位电路组合在一起构成，通常采用这种混合复位电路。如图 3-7 所示。本设计采用混合复位电路。图 3-5 上电复位电路图 3-6 手动复位图 3-7 复合复位最小系统电路使单片机工作的最基本的电路组成如下电源电路：给单

40、片机供电；时钟电路：单片机的时基，决定了单片机的工作速度；复位电路：确定单片机的初始状态，完成单片机的启动过程。最小系统电路如图 3-8 所示：图 3-8 最小系统电路图3.3 传感器的选择传感器是能够感知被测物体的物理量并将其转换为便于传输或处理的电信号的装置。在现代科技领域，传感器得到了广泛的应用，各种信息的采集离不开各种传感器。基本功能是感受外界的各种“刺激”并迅速做出反应。方案一：我们在本设计中使用的水位检测传感器简单、易制作、经济。其外形如图 3-9 所示：图 3-9 水位检测传感器外观A为接+5V电源的线，一直接水，B线为低水位控制线。水位达到低水位时不导通，水位正常时导通。 C线

41、为高水位控制线。开机时，表示水位已达到高水位。经过反复思考和实验，我们使用细铜线作为传感器的材料。主要考虑是（1）细铜线的电阻率比较低，这样可以防止因电阻过大而导致输出电平过低，从而不能很好地驱动单片机（2）电力传输性能比较好，传输电速率比较快，也就是说灵敏度非常好。 （3）细铜线既经济又好找，很方便我们在实验室做模型。在生产过程中，我们用PVC塑料管包裹它，不要将铜线暴露在外面，而是通过引脚将其连接到PCB板上。这样做有几个优点，主要是（1）它非常漂亮并且可以隐藏布线。 （2）可使线路紧凑，互不干扰，接触处用绝缘胶带包扎。这个传感器的尺寸是A线100CM，B线80CM，C线20CM，铜线直径

42、15MM。选项 2：传感器使用 SY-9411L-D 变送器。SY- -9411LD型变送器，其部分包含压力传感器和相应的放大电路。压力传感器为美国SM公司生产的555-2 OEM压阻式压力传感器。补偿和校准（0 70），传感器经过特殊加工，由坚固的耐高温塑料制成外壳包。其引脚分布如图 3-10 所示。 1脚为信号输出（-）； 2脚为信号输出（-）；3脚为励磁电压；引脚 4 为地； 5脚为信号输出（+）；引脚 6 是信号输出 (+)。底部安装一根直径为1的软管5mm，一端安装在水箱底部；另一端连接到传感器。当水箱水位变化时，软管的气压发生变化，然后将气压转换成电压信号送入A/D转换器。图 3-

43、10 SY -9411L-D 型致器引脚结构图对上述两种方案进行了比较和论证。方案一结构简单，成本低，响应灵敏，简单易实现，易于推广，适合本次设计的要求。方案2精度更高，但成本更高，并且需要A/D转换器，使系统更加复杂。综合比较选项后，选择选项一。3.4 稳压电路设计我设计的稳压电路如图3-11所示：图 3-11 稳压电路示意图该电路的主要作用是使传感器输出的电平稳定地输入单片机。它主要由一个三极管的双极放大稳压电路组成。工作过程是水位检测传感器将检测到的电信号致给R12。若为高电平，则R11、Q5、D3、Q4导通，将低于1.4V的低电平稳定送至单片机。如果向R12送低电平，则R11、Q5、D

44、3、Q4不能导通，所以R13的导通会将高于1.4V的高电平稳定送至单片机。我们和自己在设计过程中搜索了相关资料避免这个稳压电路，发现有时候可以达到我们的设计目的，但是也有很多误判水位，导致不稳定的情况，所以我们认为这个电路是不可或缺。既然是控制系统，当然要精确控制。3.5 光学报警显示电路发光二极管 (LED) 是由半导体材料制成的正向偏置 PN 结二极管。它的照明器原因是在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子-空穴对）在扩散过程中复合发光，而这个发射过程主要对应于自发发射过程的光。根据光输出的位置，发光二极管可分为面发射型和边缘发射型。发光二极管的发光原理也可以用PN结的能带结

45、构来解释。制造半导体发光二极管的材料是重掺杂的。在热平衡下，N区有很多电子，迁移率高，P区有更多的空穴，迁移率低。由于PN结势垒层的限制，两者在正常情况下不能自然复合。 ，当对PN结施加正向电压时，沟道区导带中的电子可以逃出PN结的势垒，进入P区一侧。因此，在靠近P区一侧的PN结附近，当处于高能态的电子与空穴相遇时，会发生发光复合。这种发光复合发射的光属于自发发射，发射光的波长由材料的禁带宽度Eg决定。本设计使用的光电报警电路如图 3-12 所示：图3-12 光报警电路示意图该电路使用不同颜色的发光二极管来指示不同的水位。即红灯亮，另外两个灯灭，表示水位低。这时需要启动水泵加水；绿灯亮，另外两

46、个灯灭，表示水位正常；黄灯亮，另外两个灯灭。高水位状态，水泵停止加水，三个闪烁的灯表示系统故障。该电路采用共阳极，所以只有当单片机给发光二极管一个低电平时，才能推动发光二极管点亮。其中，R14、R15、R16为上拉电阻，用于限制电压和电流控制。3.6 继电器控制水泵电路3.6.1功率驱动电路中的光隔离在微机控制系统中，开关量的控制被广泛使用。这些开关量一般通过微机的I/O输出，而I/O的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁致动器。对于接口电路，必须采取隔离措施，以防止计算机受到干扰。例如晶闸管的主电路一般为交流强电流电路，电压高，电流大，不易与微机直接连接。可以使用光耦将微机控制信号与晶闸管触

47、发电路隔离开来。在电机控制电路中，可以使用光耦将控制电路与电机高压电路隔离。电路如图 3-13 所示：继电器控制水泵加电电路示意图该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R7 、 R8 、 R9 、 R10和D7 、 Q3等组成。当水位处于低水位时，单片机向P1.1送一个高电平使光电耦合器导通，然后光电耦合器驱动Q3使继电器闭合，使220V交流电源接通，使水泵加水。3.6.2光耦合器简介在电子电路系统中，不可避免地存在各种干扰信号。如果电路抗干扰能力差，会导致测控精度降低，甚至误动作，带来破坏性后果。因此，如果在硬件上采用一些设计技术，破坏干扰信号进入测控系统的途径，可以有效提高系统的

48、抗干扰能力。采用隔离技术已被证明是一种简单有效的方法。隔离技术是一种破坏“地”干扰路径的抗干扰方法。光电耦合器件常用于硬件实现电光电隔离。能有效破坏干扰信号的进入，可靠地实现信号隔离，轻松组成各种元件。功能状态。光耦是一种以光为介质传输电信号的电-光-电转换器件。它由两部分组成：光源和光接收器。发光源和受光器组装在同一个封闭外壳内，并通过透明绝缘体相互隔离。发光源管脚为输入端，受光器管脚为输出端。在本设计中，发光源为发光二极管，受光器件为光电晶体管。其外观如图 3-14 所示：图3-14 光耦外观在本设计中，我们使用光电耦合器组成开关电路，可以将单片机信号稳定地致给继电器，驱动继电器闭合。3.

49、6.3继电器简介继电器是一种具有隔离功能的自动开关元件，在我们的设计中主要用于自动控制。功能，我们用+5V直流电控制220V交流电来实现控制水泵的功能，因为控制强电是弱电，所以在安装和安装过程中一定要注意安全注意事项利用 。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成，只要在线圈两端施加一定的电压，就会有一定的电流在线圈中流动，产生电磁效应。衔铁在电磁吸力的作用下克服复位弹簧的拉力，吸引到铁芯上，从而驱动衔铁。动触点和静触点（常开触点）被拉到一起。当线圈断电时，电磁吸力也消失，衔铁在弹簧的反作用力作用下回到原来的位置，使动触点和原来的静触点（常闭触点）吸合。这样就实现了吸放，从而达到在电路

50、中导通和切断的目的。对于继电器的“常开常闭”触点，可以区分如下：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常开触点”。对于“常闭触点” 。图 3-15 是一个普通继电器的物理图。图 3-15 常用继电器3.6.4水泵简介水泵是每个家庭必不可少的生活工具，虽然大多数人没有意识到这一点，但确实如此。许多人对泵一无所知。泵的分类泵一般根据泵的结构和工作原理进行分类，有时也根据用户的需要进行分类。对泵的门、用途、功率类型和水力性能进行分类。按使用部门分有农用泵（农用泵）、工作泵（工业泵）和特种泵。按用途可分为水泵、沙泵、泥浆泵、 HYPERLINK %20%20

51、%20%20:/%20%20%20%20sn-pumps%20%20%20%20 排污泵、排污泵、井泵、潜水泵、洒水泵、家用泵、消防泵等。按动力类型分为手动泵、畜力泵、脚踏泵、风力泵、太阳能水泵、电动泵、电动泵、液压泵、燃油泵、水锤泵等。按工作原理可分为离心泵、混流泵、轴流泵、涡流泵、喷射泵、容积泵（螺杆泵、柱塞泵、隔膜泵）、链条泵、电磁泵、液环泵、脉冲泵等选择泵的主要参数泵参数是指泵工作性能的主要技术数据，包括流量、扬程、转速、效率等。速率和比转数等。常见故障排除方法如果不吸水或不进水，多为底阀卡死，滤水器局部堵塞；吸水高度过高或吸水管漏水；由叶轮流道堵塞等引起，应单独采取相应措施。管道漏气

52、或漏气，可能是安装时螺栓没有拧紧。如渗漏不严重，可在漏水或漏气处涂抹灌浆，并用扳手拧紧螺母；如果泄漏严重，重新安装。泵振动剧烈，可能是电动转子不平衡，或联轴器联轴器不良，轴承磨损弯曲；也可能是旋转部件松动、开裂，管道支撑不牢等原因造成的。应视情况进行调整、加固、拉直或更换。3.7 电源电路电源电路虽然简单，但需要功能可靠。使用了两个三端集成稳压器7812和7805，可以很容易地实现这个功能。电路如图 3-14 所示：图 3-14 电源电路3.8 看门狗电路在单片机组成的微机系统中，由于单片机的工作经常受到外界电磁场的干扰，程序会跑掉，陷入死循环，中断程序的正常运行，单片机控制的系统无法继续工作

53、。 ，会导致整个系统陷入停滞状态，后果不堪设想。因此，出于实时监控单片机运行状态的考虑，生产了一种专门用于监控单片机程序运行状态的芯片，俗称“看门狗”。 ” （看门狗） 。看门狗电路的应用使单片机可以在无人状态下连续工作。它的工作原理是：看门狗芯片与单片机的一个I/O管脚相连，I/O管脚通过程序控制它的时序。向看门狗的该引脚致高电平（或低电平）。该程序语句分散在微控制器的其他控制语句中。一旦单片机因干扰而跑掉，程序就会陷入某种状态。当程序段进入死循环状态时，写入看门狗引脚的程序将无法执行。此时看门狗电路因为无法获取到单片机致的信号，会将其连接到单片机的复位引脚。在 pin 上致一个复杂的该位信

54、号使单片机复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，从而实现单片机的自动复位。看门狗又称看门狗定时器，是一种定时器电路。它通常有一个输入，称为踢狗或服务狗，以及一个输出到 MCU 的 RST 端。 MCU正常工作时，每隔一段时间向喂狗端输出一个信号，清除WDT，如果超过规定时间没有喂狗，（通常是程序跑跑时），WDT定时超过，就会给MCU一个复位信号，就是MCU复位。防止MCU崩溃。看门狗的作用是防止程序死循环，或者程序跑掉。工作原理：系统运行后，启动看门狗计数器，看门狗开始自动计数。如果一定时间后看门狗没有清零，看门狗计数器就会溢出，导致看门狗中断，导致系统复位。因此，在使用带有看门狗的芯片

55、时要注意清除看门狗。系统软件“看门狗”设计思路：( 1 )看门狗定时器T0的设置。在初始化程序块中设置 T0 的工作模式，并启用中断和计数功能。系统Fosc=12MHz，T0为16位计数器，最大计数值为（2的16次方）-1=65535，T0输入计数频率为。 Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)/1=65 536(s)。( 2 )计算主控程序一个周期的耗时。考虑到系统的功能模块和循环时间，本系统主控制程序的运行时间约为16.6 ms。系统设置“看门狗”定时器 T0 为 30 ms（T0 的初始值为 65 536-30 000=35 536）。主控程序的每个周期都会刷新 T0 的初始值。

56、如果程序进入“无限循环”，且在 30 ms 内没有刷新 T0 的初始值，则“看门狗”定时器 T0 将溢出并申请中断。( 3 )设计T0溢出对应的中断服务程序。该子程序只需要一条指令，即在T0对应的中断向量地址（000BH）中写入“无条件传送”指令，将电脑拖回整个程序的第一行，重新初始化单片机，得到正确的执行顺序。看门狗电路如图 3-15 所示：图 3-15 看门狗电路本设计的看门狗电路主要采用NE556芯片和7490芯片：NE556芯片介绍：NE556芯片是双时基集成电路。 NE556有两个555时基电路。由于它们封装在一个芯片中，因此可以实现更好的一致性。另一种NE556是双极电路，其输出驱

57、动能力大，输出电流可达200MA，工作频率范围可达01001Hz500kHz 。如图3-16所示，NE556的两个555电路以间接反馈非稳态自激多谐振荡器的形式连接起来。图3-16 NE556结构图7490芯片介绍：7490是一个二五位十进制异步计数器，具有计数、保持和清零功能。 7490芯片的管脚图如图3-17所示：图 3-17 7490 管脚示意图7490 引脚功能如表 3-2 所示：表 3-2 7490 引脚功能别针功能别针功能1计数脉冲 B8计数输出2清除9计数输出3清除10土地4无效的11计数输出5电源12计数输出6设置 913无效的7设置 914计数脉冲 A第四章软件设计4.1 程

58、序流程图根据设计方案和电路特点，我用汇编语言编写了一个单片机程序，绘制程序流程图如图4-1所示：继续下一页接上一页图 4-1 流程图4.2 源程序系统总体方案如下：组织机构 0000HLJMP 开始开始：SETB P1.0SETB P1.1重启：MOV A,P1ANL A,#00000011BCJNE A,#00H,LOOP1 ;低水位下，启动电机，红灯亮SETB P1.4SETB P1.3CLR P1.2LJMP 重启LOOP1：CJNE A，#01H，LOOP2；当超过低水位且未达到高水位时，保持电机运转，绿灯亮SETB P1.4SETB P1.2CLR P1.3LJMP 重启LOOP2:

59、 CJNE A,#02H,LOOP3 ;系统故障（达到高水位但未达到低水位）红、黄、绿灯闪烁CLR P1.4CLR P1.3CLR P1.2本地呼叫延迟SETB P1.4SETB P1.3SETB P1.2LJMP 重启LOOP3: CJNE A,#03H,RESTART ;当达到高水位时，停止电机并打开黄灯SETB P1.3SETB P1.2CLR P1.4LJMP 重启RET结尾总结过去，人们因屋顶水塔的水位不清晰，加水不便而苦恼。现在我们开发了这种简单、经济、实用的高塔水位控制系统，以满足大家的需求。它带来方便和快乐。以后大家再也不用去楼顶加水了！本系统主要由水位检测传感器、单片机控制系

60、统、水位显示系统、继电器驱动电路、水泵加水系统等组成。本系统的工作过程是当水位处于低水位时，传感器的低水位检测线不被+5V电源接通，进入稳压电路。经处理后，稳压电路输出端为高电平，送至单片机。单片机分析P1.0端口后，在P1.2端口输出低电平，红灯被驱动，P1.5的一个信号使光电耦合器GDOUHE导通，使继电器闭合，这样就增加了水泵；当水位水位在正常范围内时，水泵会加水，P1.3引脚上会出现低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两条检测线均导通，均由+5V电源导通。单片机分析后，P1.4脚低电平使黄灯亮，P1.5端低电平不能使光耦导通，使继电器不能闭合，水泵可以不加水，系统出现故障时，