基于单片机的水泵智能控制新版系统

摘要本文拟设计一种节能压力水罐式恒压供水智能控制系统。该系统运用单片机作为控制单元核心部件，应用灵活单片机控制泵组-压力水罐供水系统。该系统充分运用当代化新型、先进元器件，设计泵组－压力水罐恒压供水智能控制系统。设计智能恒压供水控制系统具备可靠性高、每个水泵工作时间均衡化、节能效率高等特点。该系统核心技术涉及单片机控制泵组是按负载均衡原则设计。系统有3台供水水泵，水泵启停是按先起先停、先停先起原则设计。本文结合水泵详细应用，基于传感器，单片机元器件构成智能供水控制系统方案，给出了系统硬件设计及软件实现办法，实现对水泵运营智能控制。该系统比较合用于对供水质量规定不高城乡居民社区自来水二次供水系统，特别适合于高层建筑楼二次供水系统。核心词：单片机，水泵，传感器，压力水罐，智能监控，负载均衡化

ABSTRACTThispaperdesignedapressuretank-typeenergy-savingintelligentcontrolsystemforconstantpressurewatersupply.Thesystemusesmicrocomputercontrolunitasthecorecomponent，flexible，microprocessorcontrolledpump-pressuretankwatersupplysystem.Thenewsystem，fulluseofmodern，advancedcomponents，designpump-pressuretankWaterSupplyControlSystem.Designofintelligentcontrolsystemforconstantpressurewatersupplywithhighreliabilityandworkingtimeequalizationforeachpump，energy-savinghighefficiency.Thekeytechnology，includingmicroprocessorcontrolledpumpisbasedontheprincipleofloadbalancingdesign.3setsofwatersystempumps，pumpstartandstopatfirstaccordingtothefirststop，firststopfromthefirstprinciplesofdesign.Inthispaper，thespecificpumpapplication，basedonsensors，microcontrollerdevicescomposedofintelligentcontrolsystemforwatersupplyscheme，giventhesystemhardwaredesignandsoftwareimplementationmethodstorealizetheintelligentcontrolofpumpoperation.Thesystemismoresuitableforlessdemandingonthewaterqualityofurbanandruralresidentialareaofsecondarywatersupplysystem，especiallysuitableforbuildinghigh-risebuildingsecondarywatersupplysystem.Keywords：SCM，pumps，sensors，pressuretank，intelligentmonitoring，loadequalization

目录1绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1单片机发展趋势及应用----------------------------------------------------------------------11.2水泵在生活中应用---------------------------------------------------------------------------32水泵节能降耗---------------------------------------------------------------------------------------------52.1水泵动力分析----------------------------------------------------------------------------------------52.2水泵能耗分析-----------------------------------------------------------------------------------------63水泵智能控制系统构成及工作原理---------------------------------------------------------83.1系统总体构造设计----------------------------------------------------------------------------------------83.2系统控制设计方案分析------------------------------------------------------------------------93.3系统控制设计优化----------------------------------------------------------------------------114重要芯片构造与特点------------------------------------------------------------------------124.180C51单片机构造特点----------------------------------------------------------------------124.2压力传感器原理与应用----------------------------------------------------------------------145水泵智能控制硬件设计---------------------------------------------------------------------175.180C51单片机复位和振荡电路------------------------------------------------------------175.280C51单片机驱动水泵电路---------------------------------------------------------------185.380C51单片机驱动LED电路-----------------------------------------------------------------195.4单片机与A/D转换器接口电路----------------------------------------------------------235.5单片机与AT24C02应用电路-------------------------------------------------------------265.6单片机与键盘接口电路-------------------------------------------------------------------29参照文献-------------------------------------------------------------------------------------------道谢---------------------------------------------------------------------------------------------1绪论随着国内都市高层建筑增多，都市居民生活用水时段集中，高层顾客供水成为关注问题，工业园区公司生产用水集中，供水管网水压局限性，出于满足生产需求又节能考虑用较少设备完毕大量不间断供水需求，过去贮水池－继电器控制水泵加压供水系统较单片机实现电自控泵组稍显落后，压力水罐供水方式可以节能有效地提供生产所需用水。该系统虽然沿用好久，但由于技术不复杂，设备简朴，所在国内二次供水中始终长期使用。上世纪九十年代后，许多高层建筑逐渐采用“贮水池+变频调速水泵”供水系统。这种系统低楼层顾客仍由市政管网直接供水，对高楼层顾客，则通过设定水泵供水压力，在变频器控制下，水泵转速随供水量变化而变化，这种系统最大好处是水压恒定，避免高楼层顾客用水水压变化过大。这种供水系统性能较优越，恒压效果好，且比较节能，但系统较复杂，投资较大，适合于对供水规定比较高场合使用。近年来随着科技飞速发展,单片机应用不断进一步,带动控制技术日新月异。当前对供水控制研究以及已开发系统各有所长。随着微芯片技术及变频技术发展,设备简朴、投资少、可靠性高、抗干扰能力强。水泵运营正常直接影响到居民生活，工厂生产，因此对每台水泵实时监控，智能控制非常有必要，本文结合水泵详细应用，基于传感器，单片机元器件构成智能供水控制系统方案，给出了系统硬件设计及软件实现办法，实现对水泵运营智能控制。1.1单片机发展趋势及应用单片机是指一种集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管它大某些功能集成在一块小芯片上，但是它具备一种完整计算机所需要大某些部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，当前大某些还会具备外存。同步集成诸如通讯接口、定期器，实时时钟等外围设备。而当前最强大单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是由于它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU专用解决器发展而来。最早设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一种芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂而对体积规定严格控制设备当中。[3]1.1.1单片机发展趋势当前可以说单片机是百花齐放，百家争鸣时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容，也有不兼容，但它们各具特色，互成互补，为单片机应用提供辽阔天地。纵观单片机发展过程，可以预示单片机发展趋势，大体有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列8031推出时功耗高达630mW，而当前单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗规定越来越低，当前各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。如80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特性决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗特点，这些特性，更适合于在规定低功耗例如象电池供电应用场合。因此这种工艺将是此后一段时期单片机发展重要途径。2．微型单片化当前常规单片机普遍都是将中央解决器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口、中断系统、定期电路、时钟电路集成在一块单一芯片上，增强型单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一芯片上，这样单片机包括单元电路就更多，功能就更强大。甚至单片机厂商还可以依照顾客规定量身定做，制造出具备特色单片机芯片。当前产品普遍规定体积小、重量轻，这就规定单片机除了功能强和功耗低外，还规定其体积要小。当前许多单片机都具备各种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成系统正朝微型化方向发展。3．主流与多品种共存当前虽然单片机品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心单片机占主流，兼容其构造和指令系统有PHILIPS公司产品、ATMEL公司产品和中华人民共和国台湾Winbond系列单片机。因此C8051为核心单片机占据了半壁江山。而Microchip公司PIC精简指令集(RISC)也有着强劲发展势头，中华人民共和国台湾HOLTEK公司近年单片机产量与日俱增，以其价低质优优势，占据一定市场份额。此外尚有MOTOROLA公司产品和日本几大公司专用单片机。在一定期期内，这种情形将得以延续，而不存在某个单片机一统天下垄断局面，走是依存互补、相辅相成、共同发展道路。[3]1.1.2单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备智能化管理及过程控制等领域，大体可分如下几种范畴：（1）在智能仪器仪表上应用单片机具备体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用以便等长处，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。（2）在工业控制中应用用单片机可以构成形式多样控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。（3）在家用电器中应用可以这样说，当前家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其她音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。（4）在计算机网络和通信领域中应用当代单片机普遍具备通信接口，可以很以便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间应用提供了极好物质条件，当前通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控互换机、楼宇自动通信呼喊系统、列车无线通信、再到寻常工作中随处可见移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。（5）单片机在医用设备领域中应用单片机在医用设备中用途亦相称广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼喊系统等等。（6）在各种大型电器中模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不规定使用人员理解其内部构造。如音乐集成单片机，看似简朴功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机原理），就需要复杂类似于计算机原理。如：音乐信号以数字形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模仿音乐电信号（类似于声卡）。[5]在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，减少了损坏、错误率，也以便于更换。（7）单片机在汽车设备领域中应用单片机在汽车电子中应用非常广泛，例如汽车中发动机控制器，基于CAN总线汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，制动系统等等。[6]在单片机控制系统中，为了实现系统自动控制，需要把控制现场各种状态信息输入到单片机，[18]由单片机按控制规定、对系统各种状态进行解决，并输出相应控制命令到执行机构，实现对机电系统自动控制。本课题就是通过对单片机设计办法和研制过程研究，来实现对智能设备（空压机）运营监控。[7]1.2老式水泵在生活中应用在智能恒压供水技术浮现此前，浮现过许多供水方式。如下就其设备、运营方式、安全性等方面逐个分析。（1）恒速泵直接供水系统这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往顾客，有甚至连蓄水池也没有，直接从都市公用水网中抽水，严重影响都市公用管网压力稳定。这种供水方式，水泵整日不断运转，有也许在夜间用水低谷时段停止运营。这种系统形式简朴、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。（2）恒速泵加水塔供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向顾客供水。水塔合理高度是规定水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处在断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程条件下，水泵处在高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵开、停时间比、开、停频率等关于。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大;水压不可调，不能兼顾近期与远期需要;并且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在某些能量损失和二次污染问题。并且在使用过程中，如果该系统水塔水位监控装置损坏话，水泵不能进行自动开、停，这样水泵开、停，将完全由人操作，这时将会浮现能量严重挥霍和供水质量严重下降。（3）恒速泵加高位水箱供水方式这种方式原理与水塔是相似，只是水箱设在建筑物顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资均有所减少，但这对建筑物造价与设计均有影响，同步水箱受建筑物限制，容积不能过大，因此供水范畴较小。某些动物甚至人都也许进入水箱污染水质。水箱水位监控装置也容易损坏，这样系统开、停，将完全由人操作，使系统供水质量下降能耗增长。但这种供水方式供水压力稳定，运营安全可靠。（4）恒速泵-气压罐供水方式这种方式是运用封闭气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵起停。罐占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，并且可以放在地面上，设备成本比水塔要低得多。并且气压罐是密封，因此大大减少了水质因异物进入而被污染也许性。由于该系统取消了设于楼宇顶部高位水箱，对建筑物构造安全有利。但由于气压罐供水依赖于气体可压缩性，同步气压罐也不能无限加大容积，因此水泵启停频繁，管网压力波动较大，普通相差0．1MPa，约10m水柱。为维持管网压力稳定需在出水管上安装调压阀，综合造价与水泵水箱联合供水系统相近，但此种供水方式运营费用稍高。相对与老式高位水箱和供水水塔，压力罐供水具备体积小、造价低、供水压力大、自动化限度高和易于解决冬季保温防冻等长处，近年来应用日益广泛。随着资源日益紧张，节能技术应用已愈来愈受到人们关注。在水泵供水领域能否应用调速技术，在节能降耗同步改进水泵性能，提高供水品质就成为研究方向。[9]

2智能水泵节能降耗2.1水泵能耗分析随着地球资源日益紧张，节能技术应用已愈来愈受到人们关注。在水泵供水领域能否应用智能控制技术，在节能降耗同步改进水泵性能，提高供水品质就成为研究方向。2.1.1智能恒压供水方式当前，常用智能恒压供水方式有两种，即变频调速供水方式和压力水罐智能恒压供水控制方式。1．变频调速供水方式这种系统原理是通过安装在系统中压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定范畴内。变频调速恒压供水设备是一种在保持供水压力不变（抱负状态）状况下，按需供水新型自动供水设备。电源频率与水泵转速成正比，水泵转速与供水量成正比，变频调速控制柜通过变化水泵电源频率，控制水泵转速，进而调节水泵供水量，实现对顾客按需供水目。变频调速控制柜通过压力传感器采集顾客管网供水压力，进行PID运算，使顾客管网供水压力始终稳定在设定压力一定范畴内，这就是变频调速恒压供水原理。此系统由于无需设立高位水箱或压力水罐，因此占地更少，可有效地增长建筑使用面积。当前变频器多为进口设备，因此初次投资费用普通稍高，但随着技术进步，市场竞争，价格会逐新下降，运营费用可与水泵水箱联合供水持平。近年来，变频供水系统已实现水泵电机软启动、无冲击电流，有效地保护电网及水泵。由于变频供水是水泵通过变频器调节泵转速达到流量调节目，其流量设计每秒流量范畴为0至系统最大流量。所需配备贮水箱容积最大小时用水量减去平均小时用水量1.2倍。变频调速水泵调速控制方式有三种:水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、供水系统最不利点恒压控制。(1)出口恒压控制水泵出口恒压控制是将压力传感器安装在水泵出口处，使系统在运营过程中水泵出口水压恒定。这种方式合用于管路阻力损失在水泵扬程中所占比例较小状况，整个供水系统压力可以看作是恒定，但这种控制方式若在供水面积较大居住区中应用时，由于管路能耗较大，在低峰用水时，最不利点流出水头高于设计值，故水泵出口恒压控制方式不能得到最佳节能效果。(2)出口变压控制水泵出口变压控制也是将压力传感器安装在水泵出口处，但其压力设定值不只是一种。是将每日24小时按用水曲线提成若干时段，计算出各个时段所需水泵出口压力，进行全日变压，各时段恒压控制。这种控制方式其实是水泵出口恒压控制特殊形式。她比水泵出口恒压控制方式能更节能，但这取决于将全天24小时提成时段数及所需水泵出口压力计算精准限度。所需水泵出口压力计算得越符合实际状况越节能，将全天分得越细越节能，固然控制实现也越复杂。(3)最不利点恒压控制最不利点恒压控制是将压力传感器安装在系统最不利点处，使系统在运营过14程中保持最不利点压力恒定。这种方式节能效果是最佳，但由于最不利点普通距离水泵较远，压力信号传播在实际应用中受到诸多限制，因而工程中很少采用。顾客在选购供水设备时，水泵供水能力都是按用水峰值时段选型，否则无法满足需要。但不同步段顾客用水量变化较大，某居民社区采用设备是没有附加特别节能办法普通变频恒压供水设备，需要水泵在额定状态下工作时间不到1/10，绝大多数时间用水量不到额定流量1/3。要在保持供水压力不变状况下适应这种变化，就必要调节水泵供水量。办法有两种：1、水泵在额定状态下工作，在供水主管道安装泻流阀门，当用水量不大于额定供水量时，把多余水排放掉。2、采用变频调速恒压供水控制柜变化水泵供水量，自动适应这种变化。控制过程是：用水量增长－频率上升－转速上升－输出功率增长；用水量减小－频率下降－转速下降－功率减小。即“多用水，多耗电”；“少用水，少耗电”。由此可以看出，采用变频供水技术比水泵单纯工作在额定状态下节能，经测算最大可以达到40％节能效果。变频调速恒压供水设备是直供设备，水泵停机，顾客就停水，即便没有用水，水泵也会低速运转维持水压。在小流量供水和维持水压时段，水泵输出功率接近额定功率1/2，这是一种很大挥霍。针对节能问题，供水设备内含气压供水功能，需要小流量供水和维持管网水压时，自动切换到气压自动供水程序，需要大流量供水时又自动切换到变频调速恒压供水程序。2．压力水罐智能恒压供水系统压力水罐式供水工程安装示意图如图2－1所示。供水工程中水泵流量及扬程，均是依照管网所需最大时供水量及供水压力来选取。而实际运营中取用水量，大某些时间低于设计用水量，只有在用水高峰时才干与设计最大时供水量持平。压力水罐式供水既是将水泵输入管网多余水进入压力水罐，使罐内水位上升，压力增大，当压力升至电接点压力表控制上限时，触点接通、电源接通、电源切断、及时停泵；依托罐内压缩空气将水压入管网，水位减少压力也随之下降，当压力降至电接点压力表控制下限时，触点接通、电源接通、水泵启动，输入管网多余水量又将进入压力水罐，重复前述过程。压力水罐在供水工程中作用：一是用以暂时存储管网运营中浮现富余水量；二是当管网中产生很大水锤冲击力时，可起到保护管道作用；三是运用供水自动控制，供水压力大且易于调节。本文就是要设计智能压力水罐控制系统用以解决如上总总问题。2.2压力水罐设计根据压力水罐容积大小是依照水泵流量、管网用水量及水泵启停次数等因素来拟定，普通可按下式选用其中U为压力水罐容积(m3),Pm为管网所需最小工作压力(kg/cm2)普通可按计算所需总供水压力H总压90%计算，ah为最小与最大压力比值(以绝对压力计，压力水罐工作压力比)，普通采用0.65---0.85,Vc为压力水罐最大调节容积(m3)VC=(Vp-Vr)t（2-1）其中VP为所选水泵出水量(m3/h)，Vr为某一时段内供水管网实际用水量(m3/h)，普通可取设计用水量70%一80%，t为压力水罐由最小工作压力到达最大工作压力时间(h)，普通可取O.O5h左右。由上述公式可以看出，压力水罐容积大小与下述因素关于：(1)所选水泵流量与管网实际时用水量差值；(2)拟定电接点压力表最小值和最大值；(3)拟定从最小控制工作压力上升至最大控制工作压力所用叶问；(4)当水泵流量与管网实际时用水量相等时，所需压力水罐容积为零，此时电接点压力表读数不变化。2.2.2水泵重要性能参数a.吸程（Hd）：水泵中心至水面垂直高度b.扬程（Hs）：水泵中心至最高供水点垂直度c.全扬程（Ht）：吸程高度和扬程高度之和Ht=Hd+Hsd.流量（Q）：流量是泵在单位时间内输送出去液体量。分为体积流量：单位，m3/h，L/min质量流量：单位，t/he.转速Ns（RPM）：Ns=120*F/NF：频率N：电机级数2.2.3功率和效率泵功率普通指输入功率，即原动机传到泵轴功率，又称轴功率，用P表达泵有效功率又称输出功率，它是单位时间从泵中输出去液体在泵中获得有效能量。由于扬程是泵输出单位重量液体从泵中获得有效能量，因此扬程和质量流量及重力加速度乘积，就是单位时间内从泵中输出液体有效能量。用Pe表达Pe=ρgQH/1000泵效率用η表达：η=Pe/P

3水泵智能控制系统构成及工作原理3.1系统总体构造设计图3-1系统构成原理图图3-2主回路及控制回路压力水罐智能恒压供水系统由压力水罐、接点式压力表、单片机控制单元、信号转换单元及水泵组等5某些构成，如图3－1示。传感器采用接点式压力表，用于检测水管道压力。控制某些由MCS-51系列单片机为核心部件以及由固态继电器、可控硅等构成信号转换、变送功能和执行机构。依照传感器检测到水压信号完毕水泵组切换和启停控制。本文开发系统其水泵组某些涉及三台交流异步电动机拖动三台离心式水泵。水泵组电动机运用固态继电器将单片机5V直流电信号变换为380V交流信号，强电信号通过交流接触器作用于电动机，启动电动机运转。其中电路中串接有缺相保护电路等。3.2系统控制原理欲稳定水压，需要构成一种压力闭环控制系统。该系统控制单元和执行机构由单片机、以及由固态继电器、可控硅等器件构成。该自动控制系统通过安装在压力罐上电接点压力表，把气压罐工作压力变成开关量信号传送到单片机，经单片机与给定参量进行比较和逻辑控制算法，运算后输出控制信号，作用到固态继电器，控制电机水泵机组启停，按实际用水量供水并使供水压力恒定。单片机控制调速供水系统控制原理如图3-3示。图3-3控制原理构造图电接点压力表传递是开关量信号，分别代表压力水罐最大工作压力与最小工作压力2个信号。控制器核心为MCS－51系列单片机，依照开关量信号与泵组工作状态，给出启停信号控制泵组配套电机运转与停机。泵组由多台异步交流电机拖动离心式水泵并联构成。控制器与泵组间加软起动器，缓起缓停水泵，平稳水压，延长水泵寿命该系统依照供水系统工作环境最大需要用水量，先选用系统配套泵组数量，由单片机取电接点压力表开关量信号，通过软启动器，应用先起先停、先停先起原则，按需轮换启停泵组各台泵机，最多所有泵投入工作，至少0台泵工作，选用不同启停轮询时间参数，控制泵组在不同用水量状况下启停，实现泵循环平衡负载。电接点压力表测量信号P共有四种分别表达压力报警上限信号Pu2、压力正常上限信号Pu1、压力报警下限信号Ps2、压力正常下限信号Ps1。这四个测量信号将压力水罐内部压力分为压力上限区：Pu1<P<Pu2（3.2）压力下限区：Ps1<P<Ps2（3.3）为保证充分水量供应，本系统采用三台水泵构成供水控制系统，具备同步控制三台水泵功能。依照不同场合、不同需要可以采用任意台水泵构成水泵组。系统有管道漏水、水源状态、消防信号、远传表故障或欠压超时和水位报警批示，可设定上限保护压力，可设定泵上电工作顺序，并具备手-自动切换功能。3.3系统控制设计优化运用传感器等设备，对水泵站3台水泵电流、电压、压力、温度、压差等模仿信号、故障报警、启停等开关量信号实行集中监控，并对水泵实现程序自动控制。每台水泵运营、停机时间在LED显示屏上实时显示。通过键盘设立和编程，进行三台水泵监控时间切换。为了使系统突然失电后，数据不丢失，在单片机上加装了锁存器。如图3-5所示。当前，已运营设备水泵大都采用继电器控制，功能少、可靠性差、控制精度低，特别在现场事故发生时无法自动采用紧急办法，严重影响了设备安全运营。而咱们所设计自动监控设备，实现了水泵智能控制，并且从长时间来看，3台水泵启动、停止时间基本同样，避免了单台机器长时间持续运转，减少了机器磨损限度，节约了能源，提高了水泵运用率和维修周期。 图3-5空压机智能控制系统外部连接框图

4重要芯片构造与特点4.180C51单片机构造特点MCS51是指由美国INTEL公司生产一系列单片机总称，这一系列单片机涉及8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型产品，该系列其他单片机都是在8051基本上进行功能增、减变化而来，因此人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在国内最流行单片机，因此诸多场合会看到8031名称。INTEL公司将MCS51核心技术授权给了诸多其他公司，因此有诸多公司在做以8051为核心单片机，固然，功能或多或少有些变化，以满足不同需求，其中80C51就是这几年在国内非常流行单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产。本文在单片机高楼供水系统中将用80C51来完毕控制功能。4.1.1单片机构成单片微型计算机简称单片机，它在一块芯片上集成了各种功能部件：中央解决器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定期器/计数器、和各种输入/输出（I/O）接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器）等。她们之间互相连接图如2-6图，构成一种完整微型计算机。 图4-1单片机构造框图4.1.280C51单片机引脚描述CHMOS制造工艺80C51单片机采用40引脚双列直插封装（DIP方式），在单片机40条引脚中有2条专用于主电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制与其他电源复用引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。下面按其引脚功能为四某些论述这40条引脚功能。电源引脚VCC和VSS。其中：VCC接+5V电压。VSS接地。接晶体引脚XTAL1和XTAL2。XTAL1接外部晶体一种引脚。在单片机内部，它是一种反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2接外部晶体另一端。在单片机内部，接至上述振荡器反相放大器输出端。采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，该引脚悬浮。控制或与其她电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。ST/VPD：当振荡器运营时，在此引脚上浮现两个机器周期高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚接一种约5K下拉电阻，与VCC引脚之间连接一种约10uf电容，以保证可靠地复位。（4）VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定电平，而VPD在其规定电压范畴内，VPD就向内部RAM提供备用电源。（5）ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（容许地址锁存）输出用于锁存地址低位字节。虽然不访问外部存储器，ALE端仍以不变频率周期性地浮现正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而，它可用作对外输出时钟，或用于定期目。然而要注意是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸取或输出电流）8个LS型TTL输入电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。（6）RSEN：此脚输出是外部程序存储器读写选通信号。在从外部程序存储器取令（或常数）期间，每个机器周期两次PESN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效PSEN信号将不浮现，PSEN同样可以驱动（吸取或输出）8个LS型TTL输入。（7）EA/VPP：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内程序，当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不论与否有内部程序存储器，对于惯用80C51来说，无内部程序存储器，因此EA脚必要常接地，这样才干只选取外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21伏编程电源（VPP）。输入/输出I/O引脚P0、P1、P2、P3共32根。a)P0口：是双向8位三态I/O口，外接存储器时，与地址总线低8位及数据总线复用，能以吸取电流方式驱动8个LSTTL负载。b)P1口：是8位准双向I/O口由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能琐存，故不是真正I/O口。门口能驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载，对8052、8032，P1.0引脚第二功能为T2定期/计数器外部输入，P1.1引脚第二功能为T2EX捕获、重装触发，即T2外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接受低8位地址。c)P2口（21脚～28脚）：是8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址，在对EPROM编程和程序验证期间，它接受高8位地址。P2可以驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载。d)P3口（10脚～17脚）：是8位准双向I/O口，在80c51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口，P3能驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载。作为第一功能用时，就作为普通I/O口用，功能和操作办法与P1口相似。表4-1P3口各引脚第二功能口线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）P3.212INT0(外部中断0)P3.313INT1(外部中断1)P3.414T0（定期器0外部输入）P3.515T1（定期器1外部输入）P3.616WR（外部数据存储器写脉冲）P3.717RD（外部数据存储器读脉冲）值得强调是，P3口每一条引脚都可以独立定义第一功能输入输出或第二功能。4.2压力传感器原理与应用压力传感器是工业实践中最为惯用一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简朴简介压力传感器原理及其应用。4.2.1压力传感器原理力学传感器种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛是压阻式压力传感器，它具备极低价格和较高精度以及较好线性特性。下面咱们重要简介此类传感器。在理解压阻式力传感器时，咱们一方面结识一下电阻应变片这种元件。如图4-2所示，电阻应变片是一种将被测件上应变变化转换成为一种电信号敏感器件。它是压阻式应变传感器重要构成某些之一。电阻应变片应用最多是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。普通是将应变片通过特殊粘和剂紧密粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片阻值发生变化，从而使加在电阻上电压发生变化。这种应变片在受力时产生阻值变化普通较小，普通这种应变片都构成应变电桥，并通过后续仪表放大器进行放大，再传播给解决电路（普通是A/D转换和CPU）显示或执行机构。（1）金属电阻应变片内部构造它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等某些构成。依照不同用途，电阻应变片阻值可以由设计者设计，但电阻取值范畴应注意：阻值太小，所需驱动电流太大，同步应变片发热致使自身温度过高，不同环境中使用，使应变片阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界电磁干扰能力较差。普通均为几十欧至几十千欧左右。（2）电阻应变片工作原理金属电阻应变片工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化现象，俗称为电阻应变效应。（4-1）K0称为金属丝敏捷系数，其物理意义是单位应变所引起电阻相对变化。（4-2）普通金属电阻丝K0=1.7～4.6。咱们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生变化，如果金属丝受外力作用而伸长时，其长度增长，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增长，电阻值则会减小。只要测出加在电阻变化（普通是测量电阻两端电压），即可获得应变金属丝应变状况。4.2.2压力传感器应用压电传感器重要应用在加速度、压力和力等测量中。压电式加速度传感器是一种惯用加速度计。它具备构造简朴、体积小、重量轻、使用寿命长等优秀特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑振动和冲击测量中已经得到了广泛应用，特别是航空和宇航领域中更有它特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力测量与真空度测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发一瞬间膛压变化和炮口冲击波压力。它既可以用来测量大压力，也可以用来测量微小压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，例如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成，由于测量动态压力是如此普遍，因此压电传感器应用就非常广泛。

5供水控制系统硬件设计 5.1下面分别简介压力水罐智能恒压供水系统硬件电路原理、元件功能与选型及硬件构造设计。5.1.1系统硬件电路构成构造控制器总体机构分为输入模块、主控制模块、输入模块三某些。如图5－1所示图5-1硬件框图1输入模块：电接点信号采样通道由R/V转换器转为电压信号，经电压比较器与基准电压比较后变为高、低电平，光电隔离后送入主控制模块。2主控制模块包扩核心8C51与LED显示模块，LED由74LS164驱动，显示方式为静态显示方式。LED用共阳极接法。3输出模块：涉及继电器组控制和报警输出。继电器组实现泵组配套电机软起动。5.1.2元件选型在单片机高楼供水系统中将用89C51来完毕控制功能。80C51是一种低功耗、低电压、高性能8位单片机，片内带有一种4K字节Flash可编程可擦除只读存储器(EPROM)，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司高密度非易失性存储器(NURAM)技术，并且其输出引脚和指令系统与都MCS－51兼容。片内Flash存储器容许在系统内可改编程序或用常规非易失性存储器来编程。由于80C51是一种功能强，灵活性高且价格合理单片机，可以便地应用在各种控制领域。80C51具备下列重要性能:4KB可改编程序Flash存储器(可经受1，000次写入/擦除周期);全静态工作:OHz~24MHz;三级程序存储器保密;128B字节内部RAM;32条可编程I/O线;2个16位定期器/计数器;6个中断源;可编程串行通道;片内时钟振荡器等。80C51是用静态逻辑来设计，其工作频率可下降到OHz，并提供两种可用软件来选取省电方式—空闲方式(IdleMode)和掉电方式(PowerDownMode)。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定期器/计数器、串行口和中断系统都继续工作，在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中内容，直到下一次硬件复位为止。5.1.3硬件设计电路设计本系统控制电路所采用单片机是89C51，它是40引脚，DPI封装集成电路芯片。随着半导体工艺成熟和生产工业化，使它价格越来越低，是经济型系统首选机型。89C51具备丰富I/O接口，内置定期计数器和中断系统。CPU引脚如图5－2示，各引脚分布和功能如下:1.主电源引脚单片机可以工作，需要电能，就少不了通过一种引脚给单片机提供电源。单片机使用是+5V电源，在本系统中，有专门辅助电源，产生+5V电压，从31脚VCC接入，普通要接+5V电源，加引脚是一种接地引脚。图5-2系统引脚2外接晶体振荡器引脚单片机是一种时序电路，只有在提供脉冲信号作用下，才干正常工作。由于不同顾客对单片机速度规定不同样，因而在单片机内部，并没有集成晶体振荡器，而由顾客依照详细控制状况和规定选取外接。但外接晶体振荡器振荡信号，还局限性以驱动单片机内部时钟电路，因而，在80C51内部，都设计一种高增益放大器将外接晶体振荡器产生信号放大。在原理图18和19引脚，X1和X2就分别是放大器输出和输入端。在本系统中，采用外接12MHz晶体振荡器，同步外加30PF电容，构成时钟振荡。3.I/O口第一功能80C51有强大I/O接口分别是P0.0－P0.7，Pl.0－P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，一共有32个引脚，这32个引脚都可以作为输入/输出用，这32个引脚，就构成了80C514个并行I/O接口，完毕数据传送和控制。4.控制信号引脚:ALE:地址锁存容许输出信号。ALE信号是以晶体振荡频率六分之一固定频度周期性浮现正脉冲信号。每浮现一次，就意味着CPU要进行一次从程序存储器取指令字节操作。虽然不访问外部存储器，也会在ALE引脚上以同样频率了浮现正脉冲。因而可以将这个正脉冲作为外部时钟或外部定脉冲使用。RST:复位信号，用于单片机初始化操作。EA:内部和外部程序存储器访问控制信号。当EA为高电平时，既可访问片内程序存储器，也可访问外部程序存储器。这就取决于PC值大小。若PC值在内部程序存储器容量范畴内，就访问内部程序存储器。因此当EA为高平时，如果地址不大于4K(89C51内部有4K程序存储器)，访问内部程序存储器。本系统程序大概占2K程序存储器，因此没有扩展外部程序存储器，故EA接为+5V高电平。5.I/O口第二功能由于工艺及原则化等因素，芯片引脚数目是有限。MCS-51系列把芯片引脚数目定为40个，但单片机为实现其功能所需要信号数目却远远超过这个数，为解决这个矛盾，当引脚数量有限时，唯一可行办法，即给其中某些信号引脚赋以双重功能。对于同一系列中各种型号单片机，其引脚基本功能是相似，所不同是引脚第二功能。有引脚第二功能比它第一功能尚有用，有时可以不运用它基本功能，但是不能没有它第二功能，缺少了它第二功能，单片机甚至不能工作。P0~P3口基本功能都是作为通用双向I/O口，它们第二功能分别如下:P0口:该压力水罐智能供水系统仅用内部存储器时，因此仅使用P2口通用I/O口功能。Pl口:P1口只能作为通用I/O口使用。P2口:该压力水罐智能供水系统仅用内部存储器时，因此仅使用P2口通用I/O口功能。P3:在51单片机中，P3口8引脚都具备特定第二功能，并且都是很重要功能。表5－3给出了P3口第二功能。表5-3P3口第二功能单片机各端口第二功能完全是自动，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当单片机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，它们就自动充当着传播“写”或“读”信号作用，不能作为通用I/O口时，也就是说，只要CPU执行到MOVX指令，就会有相应信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令阐明.P3口第二功能信号都是单片机重要控制信号.因而在实际使用时，都是按需要选用其第二功能信号，剩余才以第一功能身份做数据I/O口使用.5.1.4I/O口定义与选用依照以上简介I/O口功能。依照所设计压力水罐智能供水系统功能和特点。咱们定义I/O口功能如下：P0.0-P0.7及P1.0-P1.5用于6为LED显示，数码显示屏可以显示手自动标记、罐内压力范畴等信息。P1.6-P1.7及P2.0-2.2用于6个按键输入口,6个键盘功能分别为:一种用于切换手自动操作功能键;三个手动操作时0号至2号泵启停键;一种显示罐内压力区显示键;一种系统复位键。P2.3-2.5分别用于控制3台水泵电动机启停控制信号。P3.0-3.3分别用于接受电接点压力表测量信号，单片机依照4个输入信号变化与组合，由逻辑控制算法决定3台水泵电动机启停。图5-48段LED构造及外形图为了使LED显示屏显示不同符号或数字，就要把不同段发光二极管点亮，这样就要为LED显示屏提供代码，由于这些代码可使LED相应段发光，从而显示不同字型，因而该代码称之为段码（或称之为字型码）。7段发光二极管，再加上1个小数点位，共计8段。因而提供应LED显示屏段码（或字型码）正好是1B。各段与字节中各位相应关系如下：表5-5各段与字节中各位相应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba按照上述格式，8段LED段码如表5-5所示。表5-68段LED段码表显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77FH88H“灭”00HFFHB7CH83H………5.2外围电路设计原理1.复位电路设计任何计算机在工作之前都要有个复位过程。对单片机来说，复位时候，CPU也没有开始执行程序，只是在做准备工作.计算机复位是使CPU和系统中其她功能部件都处在一种拟定初始状态，并从这个状态开始进行工作。计算机无论是在刚开始通电时、断电后，还是系统浮现故障时都需要复位。单片机复位是靠外部电路实现。在单片机引脚中有一种复位引脚RST，只要在单片机RST引脚上持续浮现2个机器周期以上高电平就可以完毕复位了。这个时间很短，很容易满足。为了保证复位，这个时间普通要延长，大概在10ms以上就可以了。可以用诸各种办法进行复位.例如PC机有两种启动方式:冷启动和热启动，事实上就相应了两种不同复位方式:一种是在计算机没有工作前提下，通过给计算机加电实现复位;另一种是在计算机已经正常工作状况下，通过复位键RESTE或重新启动计算机实现复位。同样单片机复位按原理普通也可提成上电自动复位和按键手动复位两种。AT89C51第9引脚是复位引脚，在晶振频率选用6MHz时，C取22μF，R1取8K左右。上电自动复位电路是运用电容充电来实现复位。电容特性是隔直流、通交流。在单片机接通电源瞬间，电源相称于一种交流电、电容两端相称于短路，RESTE端电位与Vcc相似，都是+5V。随着RC电路充电，RESET电位就会逐渐下降，只要保证RESTE为高电平时间不不大于10ms就能正常复位了。当单片机正常工作时，80C519号引脚，维持一种高电平(+5V)。2．本系统中P0~P3口输入、输出信号检测信号和控制信号功能和状态：系统显示某些采用6片74LS164驱动LED，LED显示方式为静态显示方式。使用AT89C51串行通讯口TXD、RXD，串行口工作于方式0，即移位寄存器方式。93C46为串行EEPROM，用于保存开机设定期原始参数，这样当系统掉电时，设定数据能永久保存，再开机上电时无需再重新设定参数，即可以运营于掉电前状态。采用NE555构成硬件定期复位电路，可以有效防止程序死机现象，提高了系统抗干扰性能。复位电路每1s向AT89C51RESET端发出复位信号。依照程序需要，通过8951P0.4可以随时控制复位电路起动和停止,当P3.4=0时，NE5552引脚为低电平，停止复位；当P04=0时，NE5552引脚为高电平，起动复位。74LS273用于对继电器输出状态硬件锁存,以防止输出状态被干扰。ULN为反向驱动芯片，同步在74LS273CLEAR管脚，外接了RC电路，用于开机上电时清零74LS273输出端。同步在报警输入端与CPU之间采用光耦隔离，以消除外部干扰。由于系统规定响应速度并不快，因而，系统AD输入采用8位串行ADC0831逐次逼近模数转换器,这样可以节约AT89C51IO口,并可减少成本。DA输出采用了光耦隔离式DA输出，在报警输入端与CPU之间也采用了光耦隔离,以消除外部干扰。图5-5单片机驱动LED电路图5.3单片机与A/D转换器接口电路5.3.1ADC0809芯片简介（1）ADC0809引脚及功能ADC0809是一种逐次比较式8路模仿输入、8位数字量输出A/D转换器。其引脚如图5-5所示。由引脚图可见，ADC0809共有28脚，采用双列直插式封装。其重要引脚功能如下：IN0~IN7是8路模仿信号输入端；D0~D7是8位数字量输出端；A、B、C与ALE控制8路模仿通道切换，A、B、C分别与3根地址线或数据线相连，3位编码相应8个通道地址端口。C、B、A=000~111分别相应IN0~IN7通道地址。OE、START、CLK为控制信号端，OE为输出容许端，START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。VR(+)和VR(-)为参照电压输入端。（2）ADC0809构造及转换原理ADC0809构造框图如图5-6所示。ADC0809是采用逐次比较办法完毕A/D转换，由单一+5V电源供电。片内带有锁存功能8路选1模仿开关，由C、B、A引脚编码来决定所选通道。0809完毕1次转换需100us左右，输出具备TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到MCS-51数据总线上。通过恰当外接电路，0809可对0~5V模仿信号进行转换。图5-6ADC0809构造图5.3.2ADC0809与单片机工作过程与查询方式（1）单片机控制ADC0809工作过程如下一方面用指令选取0809一种模仿输入通道，当执行MOVX@DPTR,A时，单片机WR信号有效，从而产生一种启动信号，给0809START引脚送入脉冲，开始对选中通道进行转换。当转换结束后，0809发出转换结束EOC（高电平）信号，该信号可供单片机查询，也可反相后作为向单片机发出中断祈求信号；当执行指令：MOVXA,@DPTR，单片机发出读控制器RD信号，OE端有高电平，且把通过0809转换完毕数字量读到A累加器中。有上述可见，用单片机控制ADC时，可采用查询和中断控制两种方式。查询方式是在单片机把启动信号送到ADC之后，执行别程序，同步对0809EOC引脚状态进行查询，以检查ADC变换与否已经结束，如查询到变换已经结束，则读入转换完毕数据。中断控制方式是在启动信号送到ADC之后，单片机执行别程序。0809转换结束并向单片机发出中断祈求信号时，单片机响应此中断祈求，进入中断服务程序，读入转换数据。中断控制方式效率高，因此特别适合于变换时间较长ADC。（2）查询方式单片机与ADC0809接口如图5-7所示。由于ADC0809片内无时钟，可运用单片机提供地址锁存容许信号ALE经D触发器2分频后获得，ALE引脚频率是51单片机时钟频率1/6。如果单片机时钟频率采用6MHz，则ALE引脚输出频率为1MHz，再2分频后为500kHz，正好符合ADC0809对时钟频率规定。由于ADC0809具备输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚C、B、A分别与地址总线低3位A2、A1、A0相连，以选通IN0~IN7中1个通路。将P2.7作为片选信号端，在启动A/D转换时，由单片机写信号WR和P2.7引脚信号控制ADC地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因而ADC0809在锁存通道地址同步，启动并进行转换。在读取转换成果时，用低电平读信号RD和P2.7引脚经1级或非门后，产生正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。图5-7单片机与ADC0809接口图5.5单片机与AT24C02应用电路5.5.1AT24C在单片机开发应用中，经常但愿对现场输入数据可以在断电状况下长期保存，以避免下次开机时重新输入。此项工作普通采用AT24C02芯片来完毕。AT24C02是带12C总线接口E2PROM，其容量为256×8。它特点是无需特殊设备。单片机自身就可对它进行读／写操作，写入数据在断电状况下可保存十年以上。使用非常以便。AT24C02有一种16字节页写缓冲器。该器件通过I2C总线接口进行操作，有一种专门写保护功能。但由于80C51单片机没有I2C总线接口。故不能直接使用。普通采用虚拟I5.5.2AT24CAT24C02支持IC，总线数据传送合同IC，总线合同规定任何将数据传送到总线器件作为发送器。任何从总线接受数据器件为接受器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号主器件控制。主器件和从器件都可以作为发送器或接受器，但由主器件控制传送数据（发送或接受）模式，通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。管脚封装如下图5-8所示。图5-8AT24C02管脚封装图表5-3AT24C02管脚描述管脚名称功能A0A1A器件地址选取SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc+1.8V~6.0V工作电压Vss地SCL串行时钟AT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接受时钟，这是一种输入管脚。SDA串行数据/地址AT24C02双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据发送或接受，SDA是一种开漏输出管脚，可与其他开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）。A0、A1、A2器件地址输入端这些输入脚用于各种器件级联时设立器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02时最大可级联8个器件。如果只有一种AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2）可悬空或连接到Vss，如果只有一种AT24C02被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2）必要连接到Vss。WP写保护如果WP管脚连接到Vcc，所有内容都被写保护只能读。当WP管脚连接到Vss或悬空容许器件进行正常读/写操作5.5.3AT24C02与80CAT24C02与80C51连接电路如图5-9所示。单片机要想与其连接某一器件进行通信，该器件必要有一种地址。AT24C02地址是一种8位二进制数，其格式为：表5-4AT24C02地址D7D6D5D4D3D2D1D01010A2A1A0R/EQ

\F(

,W)，其中：A2、A1、A0为引脚地址。其数值由连接电路决定。当接电源时取“1”，接地时取“0”。R/EQ

\F(

,W)，为数据方向位，当R/=1EQ

\F(

,W)，时，表达从AT24C02中读取数据，当R/=0时，表达向AT24C02中写入数据。5.5.4ATI2C总线中，对AT24C02内部存储单元读／写时，除了要拟定该器件读／写地址外，还要指定片内读／写子地址(SUBADR)。由于片内子地址采用8位地址指针寻址，故子地址(SUBADR)为00H～FFH。按照AT24C02器件手册，读／写N个字节数据格式如下：写N个字节操作格式表5-5写N个字节操作格式SSLAWASUBADRAData1AData2A...DataNAP读N个字节操作格式表5-6读N个字节操作格式SSLAWASUBADRASSLARAData1A...DataNAP其中白色单元格为单片机发送。AT24C02接受；灰色单元格为AT24C02发送，单片机接受。S为起始信号。P为终结信号，A为应答信号。为非应答信号。SLAW为写地址。SLAR为读地址。按照图2连接方式SLAW=AOH，SLAR=A1H。Data1～DataN为写入／读出N个字节数据。从读操作格式中可以看出。在读N个字节前。一方面要进行一种子地址(SUBADR)写操作，然后才进行读操作。图5-9AT24C02与80C51连接电路图5.6单片机与键盘接口电路5.6.174LS148芯片简介74LS148是8：3线优先编码器。它容许各种输入信号同步有效，但只对一种优先级最高输入信号进行编码。在优先编码器电路中，容许同步输入两个以上编码信号。但是在设计优先编码器时，已经将所有输入信号按优先顺序排了队。在同步存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高输入信号编码，优先级低信号则不起作用。如图5-10所示是八线-三线编码器74LS148惯用符号及管脚图。图5-1074LS148管脚图引出端符号：0~7编码输入端（低电平有效）EI选通输入端（低电平有效）A0、A1、A2编码输出端（低电平有效）GS宽展端（低电平有效）BO选通输出端5.6.2（1）EI=1时，则无论输入

I0~I7八个端为什么种状态，A2A1A（2）EI=0时Ⅰ.I0~I7均为高电平，GS=1时A2A1Ⅱ.只有I0=0（优先级别最低位有低电平输入时）GS=0，A2A1表5-6优先编码器74148功能表输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x01111111101000111111111110从功能表可以看出，输入端优先级别顺序依次为I7，I6，…，I0。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高输入端无低电平输入时，输出端才输出相应当输入端代码。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7优先级别高于I5)则此时输出代码010(为5(10)=(101)2反码)这就是优先编码器工作原理。（从优先编码其逻辑图可以分析）5.6.374LS148连接键盘、单片机电路图6.供水系统软件设计6.1编程思路依照硬件构成与控制需求，软件按构造分为主程序、子程序涉及中断服务程序。从功能划分，涉及系统初始化、键盘扫描、泵组控制、LED驱动、故障检测、报警。上电启动后，主程序停止所有泵，完毕系统硬件初始化，进入泵组控制，调用中断服务，按给定状态轮询时间参数t扫描电接点压力表状态（分高电平代表工作压力下限，低电平代表工作压力上限），与泵组工作状态结合，按先起先停、先停先起原则，通过光耦传控制信号给电机驱动，调LED驱动显示工作状态。报警模块配合故障监测传感电路，完毕管网、水源、泵运营负荷、电源电压等系统工作状态监测完毕报警任务。6.2程序流程图1．主程序流程图如图6－1示。;**************************水泵控制系统*********************************;*******************************谢骅**************************************P_PEQU60H;实际水压值P_HEQU62H;高水压值此水压下1个泵运营此水压上3个泵停止P_MEQU63H;中水压值此水压下2个泵运营P_LEQU64H;低水压值此水压下3个泵运营T_AHEQU67H;A泵运营时间高8位以小时为单位时为单位T_ALEQU66H；低8位T_AMEQU65H;以分钟为单位T_BHEQU6AH;B泵运营时间T_BLEQU69HT_BMEQU68HT_CHEQU6DH;C泵运营时间T_CLEQU6CHT_CMEQU6BHSTATEEQU6EH;3个泵运营状态;(STATE)=00HABC停止；04HA运营；02HB运营；01HC运营；06HAB运营；05HAC运营；03HBC运营；07HABC运营ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPIT0PSTART：CLRAMOVT_AH,A;初始化计时清零MOVT_AL,AMOVT_AM,AMOVT_BH,AMOVT_BL,AMOVT_BM,AMOVT_CH,AMOVT_CL,AMOVT_CM,AMOVSTATE,A;状态清零ABC停止MOVP1,AMOVP_H,#5AH;设定高水压值90假定值，实际设立要按控制规定设定MOVP_M,#3CH；设定中水压值60MOVP_L,#1EH;设定低水压值30START_0：MOVTMOD,#01H；设T0为方式1MOVR7