畢業(yè)論文-水箱缺水提示電路【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　水箱缺水提示電路</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b>&l

2、t;/p><p>　　AbstractIV</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景及意義1</p><p>　　1.1.1節(jié)水節(jié)電的意義1</p><p>　　1.1.2 工業(yè)用水控制不當(dāng)?shù)奈：?</p><p>　　1.2課題研究的意義2<

3、/p><p>　　第二章 51單片機(jī)基礎(chǔ)3</p><p>　　2.1 STC89C51概述4</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源5</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說(shuō)明5</p><p>　　2.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第三章

4、硬件電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)控制要求8</p><p>　　3.1.2 硬件電路總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2 水位測(cè)量電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計(jì)與原理9</p><

5、;p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理14</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4 水泵電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.7 本章小結(jié)19</p>

6、;<p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2.1 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明20</p><p>　　4.2.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3

7、顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4 本章小結(jié)26</p><p><b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p>　　水箱缺

8、水提示電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹的是基于單片機(jī)技術(shù)的水箱水位控制器 。該電路以STC89C51單片機(jī)為電路控制核心主體來(lái)控制水泵進(jìn)而控制水箱的水位，使水箱在缺水時(shí)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，使水箱保有正常水位，且該電路可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)切換功能。此電路另外還包含水位傳感器、兩個(gè)工作供水泵，及一個(gè)備用泵為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)水

9、位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。其中，水箱水位的測(cè)量是通過(guò)自制的開(kāi)關(guān)式傳感器將水位信號(hào)傳送給STC89C51的P1口，并對(duì)其進(jìn)行分析處理，然后根據(jù)控制要求輸出控制信號(hào)，控制給水泵工作，進(jìn)而保持水箱有正常的水位。同時(shí)也詳盡的介紹了此次設(shè)計(jì)中最重要的組成部件。該設(shè)計(jì)介紹了STC89系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)的硬件資源，水位傳感器的設(shè)計(jì)與工作原理。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合日常生產(chǎn)生活用水系統(tǒng)控制的要求。本文還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并且

10、根據(jù)外圍硬件電路的設(shè)計(jì)思想，編制了部分控制電路匯編語(yǔ)言程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；水位；控制；傳感器；信號(hào)傳輸</p><p>　　Tank water shortage remainds circuit</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This thesis

11、introduces the water level controller based on monolithic .This circuit , with STC89C51 monolithic as central circuit controller, controls the water pump and further control water level of water tank , and makes water ta

12、nk gives out waning signal and regulate water lever by itself when there is lack of water in the water tank, thus keep water tank in a normal water lever .Besides , this circuit has the function of warning and manual and

13、 automatic switch. This circuit owns water lever</p><p>　　Keywords: Monolithic machine,water lever,control, sensor, signal transmission</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　

14、　1.1 課題背景及意義</p><p>　　1.1.1 節(jié)約用水的意義</p><p>　　在我國(guó)，節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示:中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等國(guó)的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右水的浪費(fèi)是驚人的：一個(gè)滴水的水龍頭，一個(gè)月可以浪費(fèi)1至6立方米水；一個(gè)漏水的馬桶，一個(gè)月要浪費(fèi)3至25立方米水；一個(gè)城市如果有60萬(wàn)個(gè)水龍頭關(guān)不緊或者2

15、0萬(wàn)個(gè)馬桶漏水，一年可損失上億立方米的水。這些數(shù)據(jù)不是危言聳聽(tīng)的虛言，而是實(shí)實(shí)在在的客觀事實(shí)。.由于我國(guó)人均占有水資源相對(duì)于別國(guó)又少很多,因此,在我國(guó)一方面水供應(yīng)緊張,而另一方面,水的浪費(fèi)又十分驚人.因此節(jié)約用水，不僅潛力巨大,而且意義深遠(yuǎn)。</p><p>　　因此，研制出一種能自動(dòng)檢測(cè)、控制水位的裝置有很重大的意義，本課題所研究的就正是這方面的問(wèn)題。</p><p>　　1.1.2

16、用水控制不當(dāng)帶來(lái)的危害</p><p>　　工業(yè)用水控制不當(dāng)帶來(lái)的危害：目前水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域（工廠、農(nóng)場(chǎng)、學(xué)校等用水量大的場(chǎng)所）中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往對(duì)水位的檢測(cè)和控制一般是由人工完成的，值班人員全天候地對(duì)水位的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室，然后主控室再啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的水位控制。很顯然上述重復(fù)性的工作無(wú)論從人員、時(shí)間和資金上都將造成

17、很大的浪費(fèi)。并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在超低水位時(shí)，由于工人的疏忽大意，忘記關(guān)閉超低水位閥門而造成安全事故；或者在水滿時(shí)忘記關(guān)閉電機(jī)而使大量的水外流，造成了“水漫金山”，這樣不僅浪費(fèi)了水力資源，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的電能。另外由于鍋爐等大型設(shè)備因控制不當(dāng)而缺水所造成安全事故，其后果更是無(wú)法想象的。</p><p>　　家庭用水控制不當(dāng)?shù)奈：Γ?lt;/p><p>　　家庭用水量一般較小，但面較廣如家用熱水器、

18、汽車水箱等。但是一旦發(fā)生缺水事件也會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。因此，能夠一種能自動(dòng)檢測(cè)、控制水位的裝置有很重大的意義，本課題所研究的正是這方面的課題。</p><p>　　1.2 課題研究的目標(biāo)意義</p><p>　　本課題研究的目標(biāo)：水箱缺水提示電路</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們的生產(chǎn)水平也隨之提高。智能化產(chǎn)品的出現(xiàn)，解決了人們生產(chǎn)、生活當(dāng)中的許多

19、實(shí)際問(wèn)題。從而減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度和資源浪費(fèi)。本課題的意義在于：</p><p>　?。?）如何降低水資源的浪費(fèi)程度，使水資源得到更加充分的利用。使用該自動(dòng)提示控制電路，可以大大減少因人為因素而造成的水量浪費(fèi)。</p><p>　?。?）如何減少因缺水帶來(lái)的災(zāi)難性事故，從而減少事故給人們帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失，使人們更加安全而幸福的生活。充分利用該電路的提醒和制動(dòng)水位功能可大大減少由于缺水帶來(lái)

20、的安全事故。</p><p>　?。?）提高對(duì)水位控制的智能化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力資源。該電路的使用可以大大降低人們對(duì)于水位控制的勞動(dòng)強(qiáng)度。是人們對(duì)于水位控制方面的工作更加輕松。</p><p>　　第二章 51單片機(jī)基礎(chǔ)</p><p>　　在科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的現(xiàn)今社會(huì)，單片機(jī)已是一個(gè)眾人皆知的名詞，單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要階段。單片機(jī)芯片的體

21、積微小和廉價(jià)成本特點(diǎn)，使其廣泛地應(yīng)用到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、及通訊等諸多領(lǐng)域的產(chǎn)品中，它已發(fā)展成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要最實(shí)用的智能控制工具。特別是在自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。</p><p>　　單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，其結(jié)構(gòu)是在一塊芯片上集成中央處理部件、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出接口（如串行IO口，并行IO口和A/D轉(zhuǎn)換器

22、）等器件而成，單片機(jī)其實(shí)就是一臺(tái)相對(duì)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)起初就是為了實(shí)時(shí)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的，因此單片機(jī)又稱為微控制器。</p><p>　　單片機(jī)自產(chǎn)生以來(lái)，其性能不斷提高和完善、且資源又能滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，又加上它具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。所以它在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正

23、在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。</p><p>　　市場(chǎng)上流通單片機(jī)的種類很多，占有率最高的是MCS—51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀腎C生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。生產(chǎn)MCS—51系列單片機(jī)的廠家如美國(guó)AMD

24、公司、ATMEL公司、INTEL公司、PHILIPS公司、TEMIC公司及南韓的LG公司、日本NEC、西門子公司等。</p><p>　　到目前為止，MCS—51單片機(jī)已有數(shù)以百計(jì)的種類，一般性能的都可以達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。例如AT89C51、AT89C52等都可以用于控制水位，但是它有一個(gè)缺點(diǎn)就是不能在線下載，并且，AT系列單片機(jī)編程器價(jià)錢比較昂貴。不利于小資本實(shí)驗(yàn)。，造成了不便的麻煩。</p>

25、<p>　　STC89系列單片機(jī)是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它們?cè)谥噶钕到y(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)完全兼容，且價(jià)錢容易接受。其優(yōu)點(diǎn)是可以在線下載，下載器也比較容易購(gòu)買到，方便攜帶應(yīng)用。例如STC89C51，其可以用于控制水位，在功能和性能上要比AT系列單片機(jī)突出，故而本次設(shè)計(jì)選擇STC89C51作為水位控制器核心。</p><p>　　2.1 STC89C51概述</p

26、><p>　　STC89C51是深圳宏晶公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部件。它包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振

27、蕩頻率是12MHZ。STC89C51單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直插DIP結(jié)構(gòu)，與8051為pin-to-pin兼容。STC89系列單片機(jī)高速（最高時(shí)鐘頻率90MHz)，低功耗，在系統(tǒng)在應(yīng)用可編程（ISP,IAP)，不占用戶資源。</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　處理器單元是以80C51為核心，工作電壓為3V/5V，操作頻率 0-

28、33MHz (STC89LE516AD最高可達(dá)90MHz)，工作電壓為5V，操作頻率0-40MHZ。</p><p>　　大容量?jī)?nèi)部數(shù)據(jù)RAM: IK字節(jié)RAM，64/32/16/8kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，具有再應(yīng)用可編程（IAP)，再系統(tǒng)可編程（ISP)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，無(wú)需編程器，支持12時(shí)鐘（默認(rèn)）或6時(shí)鐘模式。</p><p>　　雙DPTR數(shù)據(jù)指針，SPI（串行外圍接口

29、）和增強(qiáng)型UART，PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），具有PWM的捕獲／比較功能。</p><p>　　4個(gè)8位I/O口，含3個(gè)高電流Pl口，可直接驅(qū)動(dòng)LED;3個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；可編程看門狗定時(shí)器（WDT);低EMI方式（ALE禁止）;兼容TTL和COMS邏輯電平；掉電檢測(cè)和低功耗模式等。它是由8位算術(shù)／邏輯運(yùn)算部件(簡(jiǎn)稱ALu)、定時(shí)／控制部件，若干寄存器A、B以及16位程序計(jì)數(shù)器(Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器(D

30、M)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對(duì)8位信息進(jìn)行+、-、x、/ 四則運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運(yùn)算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫鳌⒊绦蛴?jì)數(shù)器Pc、定時(shí)與控制電路等組成的。</p><p>　　2.2 STC89C51硬件資源 </p><p>　　單片機(jī)包含中央處理器、程序

31、存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，

32、可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器(ROM)：</p><p>　　單片機(jī)共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p>　　有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</

33、p><p>　　并行輸入輸出(I/O)口：共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、

34、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路：</b></p><p>　　內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　2.3 STC89C51的引腳說(shuō)明</p><

35、p>　　STC89C51采用DIP40形式封裝，如圖2.1所示，其特殊管腳說(shuō)明如下。</p><p>　　圖2.1 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)單片機(jī)通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)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(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其

36、它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)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)。 </p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖2.2。此外，</p><p>　　圖2.2 復(fù)位、晶振連接示意圖</p><p>　　RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電

37、其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失.</p><p>　　Pin3.0: ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，PRO

38、G將用于輸入編程脈沖。</p><p>　　Pin2.9:PFSN當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p><b>　　Pin3.1:</b></p><p>　　EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，單片機(jī)內(nèi)置有4k

39、B的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，EA端必須接地[1]。</p><p>　　表2.1 單片機(jī)P3口第二功能說(shuō)明</p><p>　　端口引腳 第 二 功 能 </p&

40、gt;<p>　　P3.0 RXD(串行口輸入)</p><p>　　P3.1 TXD(串行口輸出)</p><p>　　P3.2 INT0(外部中斷0輸入)</p><p>　　P3.3 INT1(外部中斷1輸入)</

41、p><p>　　P3.4 T0(定時(shí)器0的外部輸入)</p><p>　　P3.5 T1(定時(shí)器1的外部輸入)</p><p>　　P3.6 WR(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通控制輸出)</p><p>　　P3.7 RD(片外

42、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸出)</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了STC89C51基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)的硬件資源，掌握的基本內(nèi)容。此章主要內(nèi)容介紹了單片機(jī)重要引腳功能，各個(gè)輸入輸出口功能，其內(nèi)部各個(gè)基本電路結(jié)構(gòu)及其功用，以及其邏輯運(yùn)算基本原理。這些知識(shí)是本次設(shè)計(jì)必須掌握的基本內(nèi)容。</p><p>　　

43、第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，控制器由4個(gè)水位檢測(cè)點(diǎn)輸入信號(hào)，由低到高，分別是：</p><p><b>　　H1 → 超低水位</b></p><p><b>

44、　　H2 → 低水位</b></p><p><b>　　H3 → 中水位</b></p><p><b>　　H4 → 高水位</b></p><p>　　控制器根據(jù)水位狀態(tài)，控制兩臺(tái)供水泵A1、A2的工作（水泵功率均為10KW）。</p><p>　　（1）在每個(gè)水位檢測(cè)點(diǎn)都能準(zhǔn)確檢

45、測(cè)水位狀態(tài)，所使用的傳感器，均是能夠經(jīng)受長(zhǎng)期水泡的工作環(huán)境而不會(huì)影響性能的傳感器。</p><p>　?。?）當(dāng)水位低于超低水位H1時(shí)，打開(kāi)供水泵A1、A2。當(dāng)水位高于H4時(shí) 關(guān)掉兩臺(tái)水泵 。</p><p>　　（3）水位由超低水位H1上升到中水位H3時(shí)，關(guān)掉供水泵A1，A2正常工作。</p><p>　?。?）水位由高水位H4降到低水位H2時(shí)，打開(kāi)供水泵A1，使

46、A1工作。</p><p>　　（5）當(dāng)兩臺(tái)水泵任意一臺(tái)發(fā)生故障，使備用水泵A3投入工作，取代故障水泵。 </p><p>　　(6）備用水泵A3投入運(yùn)行后，并對(duì)故障水泵有響應(yīng)的顯示，以便于維修人員及時(shí)處理故障。</p><p>　　3.1.2 硬件電路總體設(shè)計(jì)</p><p>　　水箱缺水水位控制器硬件電路構(gòu)成框圖如圖3.1所示[2]。以

47、STC89C51為電路的中央處理器，用來(lái)處理傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制水泵電機(jī)工作。為了讓人們能更清晰地了解系統(tǒng)工作狀況，在電路圖中設(shè)計(jì)了水位指示，電源部分是為整個(gè)電路模塊提供電源，以便能正常工作。本設(shè)計(jì)總共包含五大部分：中央處理器（CPU）、電源模塊、水位傳感器、水位指示部分、水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)。依此框圖作為電路設(shè)計(jì)的依據(jù)。從中也體現(xiàn)了電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)。</p><p>　　圖3.1 硬件電路

48、構(gòu)成框圖</p><p>　　3.2 水位測(cè)量電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 水位傳感器的設(shè)計(jì)與原理</p><p>　　方案一 ：利用脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器作傳感器（紅外接收頭的工作原理[3]：紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，一般紅外信號(hào)經(jīng)接收頭解調(diào)后，數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時(shí)間長(zhǎng)短或信號(hào)周期上，單片機(jī)解碼時(shí)，通常將

49、接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時(shí)器判斷外部中斷間隔的時(shí)間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。三條腿的紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，接收頭輸出的是解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號(hào)，單片機(jī)里面需要相應(yīng)的讀取程序。紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)

50、。先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見(jiàn)光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長(zhǎng)還短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線）。該器件由于采用的是交流分量的調(diào)制信號(hào)，可大幅度減少外界干擾，以便提高信號(hào)傳輸</p><p>　　光在水中的傳播與空氣中光的傳播是由不同的差異的，即光在不同的介質(zhì)中

51、其強(qiáng)弱程度不同?？梢愿鶕?jù)此原理采集水箱中是否有水，如圖3-3所示[4]。共有四組光電耦合器組成采集信號(hào)。</p><p>　　圖3.2 脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器電路</p><p>　　脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器工作原理：</p><p>　　接收管與發(fā)射管放在水箱對(duì)立的兩側(cè)且在一條直線上，在空氣中接收管完全接收到發(fā)光管發(fā)送來(lái)的強(qiáng)信號(hào)，運(yùn)算放大器同向端電平高于反向端

52、，輸出高電平送給單片機(jī)處理；當(dāng)發(fā)射接收兩管之間有水時(shí)，水對(duì)光有反射和折射特性減弱了光信號(hào)在此時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整好圖3.2中電阻R2，使接收管在有水時(shí)接受的信號(hào)弱信號(hào)，此時(shí)運(yùn)放的同向端低于反向端，這樣輸出為低電平。由此原理就可以斷</p><p>　　出水箱水位有水。但是，此種方案的問(wèn)題在于電路調(diào)試比較困難，因?yàn)楣庠谒袀鞑サ牧炼扰c光在空氣中傳播的亮度信號(hào)，單片機(jī)仍然難以準(zhǔn)確區(qū)分，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定困難。（光電傳感器構(gòu)成及原

53、理[5]：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與

54、負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控</p><p>　　制的。光電傳感器在一

55、般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。</p><p>　　圖3.3 光電水位檢測(cè)示意圖</p>

56、<p>　　此外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回）</p><p>　　方案二：水阻開(kāi)關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)。任何物質(zhì)在電學(xué)里都有一定的阻值，實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的水，以及

57、人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水可以具有導(dǎo)電的性能，水的阻值大約為10KΩ左右。水阻開(kāi)關(guān)傳感器就是利用水的導(dǎo)電性完成的。其傳感器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是由三極管9013、兩個(gè)電阻、和一個(gè)無(wú)極性電容組成，可以簡(jiǎn)單的自制出水位傳感器如圖3.4所示。此傳感器利用了兩個(gè)原理，一個(gè)是三極管的關(guān)特性；另一個(gè)是水的阻值特性(實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界的 水和人類使用的水其中含有Mg2+、Ca2+等離子使其具

58、有了導(dǎo)電性)。為此，在水箱的不同深度安裝了5根金屬棒，以感知水位變化情況。根據(jù)水與空氣的阻值特性（水的阻值大約為10KΩ左右，空氣的阻值約為無(wú)窮大）。我們利用的是三極管的開(kāi)關(guān)特性（即飽和導(dǎo)通，截止斷開(kāi)）。在水箱中分別放置了正5伏電源線和四條帶有金屬棒判斷水位的導(dǎo)線。+5V導(dǎo)線放在水箱的最底端，另四條分別放置在水箱內(nèi)不同高度如圖3.5所示。（洗衣機(jī)傳感器原理[6]：洗衣機(jī)水位傳感器相當(dāng)于壓力開(kāi)關(guān)。當(dāng)設(shè)定好一個(gè)壓力值以后，注水后產(chǎn)生水壓，達(dá)

59、到壓力</p><p>　　圖3.4 傳感器工作電路</p><p>　　此原理的電路設(shè)計(jì)比脈沖調(diào)制式紅外發(fā)射接收器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便。此電路的靈敏度可以達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求，能夠準(zhǔn)確地分辨出有水信號(hào)和無(wú)水信號(hào)不用調(diào)試便可很方便的使用。</p><p>　　對(duì)比兩種傳感器使用方案，第二種設(shè)計(jì)方案更簡(jiǎn)單實(shí)用，元器件選用方便，費(fèi)用低。此電路無(wú)需調(diào)試，解決了第一種方案中調(diào)試繁瑣

60、，信號(hào)干擾等問(wèn)題，信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率大大提高。所以本次電路設(shè)計(jì)選擇第二種方案，作為水位傳感器。</p><p>　　3.2.2 水位傳感器工作原理</p><p>　　其工作原理很簡(jiǎn)單，如圖3.5所示[7]，當(dāng)水箱內(nèi)無(wú)水時(shí)，四個(gè)傳感器都輸出高電平，表示水箱內(nèi)無(wú)水，此時(shí)水位到達(dá)水位最極限時(shí)超低水位指示燈工作。同時(shí)單片機(jī)通知供水泵開(kāi)始供水，水位隨時(shí)間上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)低水位時(shí)，水箱中的水將低水位傳感

61、器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)，表明已到達(dá)了低水位線，與此同時(shí)單片機(jī)控制低水位指示燈工作；當(dāng)水上升到中水位線時(shí)，水又與中水位傳感器的探頭將電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)處理，表明已到達(dá)了中水位線，以控制中水位指示燈工作；水上升到高水位線時(shí)，水將高水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)處理，表明已到達(dá)了高水位線，以控制高水位指示燈工作，此時(shí)水泵停止工作。在此之前供水泵一直工作。</p

62、><p>　　圖3.5 傳感器連接示意圖</p><p>　　水將高水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號(hào)送給單片機(jī)處理，表明已到達(dá)了高水位線，以控制高水位指示燈工作，此時(shí)水泵停止工作。在此之前供水泵一直工作。</p><p>　　當(dāng)水箱水位從最高點(diǎn)下降時(shí)，水位下降到高水位傳感器探頭以下，當(dāng)水位下降到高水位以下時(shí)，高水位傳感器探頭與電源斷開(kāi)，傳感器輸出高電平

63、送給單片機(jī)，以控制高水位指示燈停止工作。當(dāng)水箱水位從中水位點(diǎn)繼續(xù)下降時(shí)，水位下降到中水位傳感器探頭以下時(shí)，此時(shí)水位下降到中水位以下，中水位傳感器探頭與電源斷開(kāi)，中水位傳感器輸出高電平送給單片機(jī)，以控制中水位指示燈停止工作。以此類推，當(dāng)水位下降到超低水位警告線以下，并發(fā)出報(bào)警，且單片機(jī)控制水泵現(xiàn)在已到超低水位準(zhǔn)備工作。此時(shí)又開(kāi)始從無(wú)水狀態(tài)循環(huán)工作。開(kāi)高水位線時(shí)，水將高水位傳感器探頭與電源斷開(kāi)，傳感器輸出高電平送給單片機(jī)，以控制高水位指示燈

64、停止工作。</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　用于顯示的電路有很多種類，可以運(yùn)用LCD液晶顯示、LED數(shù)碼管顯示或LED發(fā)光二極管顯示。但是由于LCD價(jià)錢比較昂貴，不利于本電路的設(shè)計(jì)。LED數(shù)碼管顯示的符號(hào)有限，不能形象的將水位顯示出，而發(fā)光二極管，排列有序時(shí)可以形象地顯示出水位的基本位置如圖3-6所示。</p><p>　　圖 3.6

65、 水位指示</p><p>　　水位指示燈的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，用的是發(fā)光二極管（發(fā)光二極管工作原理[8]：發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少

66、子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波

67、長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅg有關(guān)，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg</p><p>　　圖3.7 指示燈及蜂鳴器</p><p>　　3.4 水泵電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　水泵電極控制電路是以微信號(hào)控制大信號(hào)，同樣也利用了三極管的開(kāi)關(guān)特性，

68、具體內(nèi)容請(qǐng)看傳感器部分。通過(guò)單片機(jī)的P2.0口發(fā)出高低電平來(lái)控制三極管導(dǎo)通截止，使繼電器（繼電器工作原理[10]：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

69、點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、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)”）去控制接觸器的線圈得電或失電，讓水泵工作或者停止工作。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中用P2.0、P2.1、P2.2這個(gè)三個(gè)接口來(lái)控制A1、A2、A3的。通過(guò)程序的編輯，使每個(gè)水泵的工作機(jī)理都滿足系統(tǒng)

70、的要求。</p><p>　　這里應(yīng)用電子水閥去控制水箱向其它用戶點(diǎn)供應(yīng)水的大小，以便節(jié)約用水量。水泵電機(jī)電路3.8與所示電磁閥[11]電路設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)和原理是基本相同的如圖3-9所示，三個(gè)開(kāi)關(guān)接于單片機(jī)的P1口上，是分別來(lái)設(shè)置電子水閥的大小的。A、B、C分別是小、中、大三種大小。</p><p>　　圖3.8 水泵電機(jī)控制電路圖</p><p>　　圖3.9

71、 電磁閥控制電路</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如果 采用市面上的干電池為系統(tǒng)供電，省掉了笨重的變壓器，減少了成本，使系統(tǒng)輕便。不過(guò)由于干電池的穩(wěn)壓性能很差，會(huì)給系統(tǒng)的工作帶來(lái)不便。因此為了解決穩(wěn)壓的問(wèn)題在電路中加入了幾個(gè)電容和集成穩(wěn)壓塊，然而干電池不適用于長(zhǎng)久使用。會(huì)增加更換電池的煩惱，不利于電路長(zhǎng)久工作。</p><p>　　鑒

72、于干電池的此種致命性短板，故而將這里220V交流電源通過(guò)變壓器變成適當(dāng)范圍內(nèi)的電壓值，經(jīng)二極管整流、電容濾波、穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓形成了穩(wěn)定的直流電壓后。作為此電路的供電電源。如圖3.10所示[12]（22V的交流電送到變壓器的初級(jí)線圈，并從次級(jí)線圈感應(yīng)出的約14V電壓送到4個(gè)二極管。但是，交流電壓的大小和方向隨時(shí)間變化，對(duì)照?qǐng)D3.10來(lái)看，不管從變壓器中出來(lái)的兩根線中那根線電壓高，電流都只能從D1或D2流入右邊電路，從D3或D4流回，這樣使得D

73、1D2端成為正極，D3D4端成為負(fù)極，二極管便完成了電路的整流。利用電容C1存儲(chǔ)電能的特性則可以解決電壓恒定的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)二極管整流、電容濾波后比較穩(wěn)定的直流電再送到三極管使其導(dǎo)通，再由穩(wěn)壓管和二極管提供基準(zhǔn)電壓，經(jīng)取樣電路送至三極管的基極，通過(guò)輸出耦合電容輸出穩(wěn)恒電壓。其大小可調(diào)節(jié)電位器來(lái)決定））。雖然加入了笨重的變壓器，體積很大，但是可以長(zhǎng)久穩(wěn)定的工作。</p><p>　　圖3.10 電源電路</p&

74、gt;<p>　　其中，電源電路使用的集成穩(wěn)壓電路有很多種，最常用的有7805和1117，穩(wěn)壓值為+5伏，都可以為單片機(jī)供電使用。 但是此電路中需電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池閥需要12V電源，故而不采用上述兩種穩(wěn)壓電源電路，而采用圖3-10穩(wěn)壓電源電路。</p><p>　　3.6 鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　輸入/輸出接口系統(tǒng)就是指人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、交換信息的輸入/輸

75、出設(shè)備接口，就是人機(jī)交互接口。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤和顯示器等。它們是系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間交互的窗口。</p><p>　　鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。前者能自動(dòng)識(shí)別按下的按鍵并且能產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行的方式發(fā)送給CPU。它使用方便，接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但是需要專用的硬件電路。本次

76、設(shè)計(jì)中所采用的就是編碼鍵盤。為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)了一個(gè)由二極管矩陣組成的編碼鍵盤[13]（矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端

77、口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線</p><p>　　鍵盤輸出信號(hào)D，C，B，A（BCD碼）分別接到8255A的A口PA3-PA0，鍵選通

78、信號(hào)KEYSTROBE（高電平有效），經(jīng)反向器接到8031的INT0管腳。當(dāng)按下某一個(gè)按鍵時(shí)，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)過(guò)反相后的下降沿向8031申請(qǐng)中斷。8031響應(yīng)后，讀入BCD碼值，作為定值，并送顯示。本次設(shè)計(jì)只有3位顯示，所以最多只能給定999。輸入順序?yàn)閺淖罡呶唬ò傥粩?shù)）開(kāi)始。</p><p>　　當(dāng)按鍵未按下時(shí)，所有輸出端口均為高電平。當(dāng)有按鍵按下以后該按鍵的BCD碼將會(huì)出現(xiàn)在輸出線上。</

79、p><p>　　圖3.11 編碼鍵盤原理圖</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)以上的分析，以經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用為原則，選擇了以單片機(jī)STC89C51位核心處理器，簡(jiǎn)易的水阻開(kāi)關(guān)傳感器，以及12V穩(wěn)壓集成電組成的整流穩(wěn)壓電源。構(gòu)成電路的核心部分。</p><p><b&

80、gt;　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，繁瑣的硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)被軟件所取代。我們運(yùn)用的單片機(jī)設(shè)計(jì)電路便是一個(gè)鮮明的實(shí)例。本設(shè)計(jì)是利用軟件和硬件相互結(jié)合的方法，這樣減少了繁瑣的硬件設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了電路的集成化，并且簡(jiǎn)化了電路。</p><p>　　電路能夠正常地工作，不僅取決于

81、硬件電路，而且，更取決于軟件和硬件的結(jié)合。因此，我根據(jù)外圍硬件電路連接方案，編寫(xiě)具體軟件。本電路的軟件程序很簡(jiǎn)單，運(yùn)用循環(huán)、判斷語(yǔ)句就可以完成軟件的編寫(xiě)。</p><p>　　根據(jù)具體硬件連接以及設(shè)計(jì)思路，首先將流程圖繪制出來(lái)作為變成的依據(jù)如圖4.1所示。主程序通過(guò)調(diào)用水位控制子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件控制的。這樣設(shè)計(jì)是為了讓程序井然有序方便模塊化編程。</p><p>　　4.2 水位測(cè)量部分軟

82、件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　電路中有四個(gè)輸入端口，分別為高水位、中水位、低水位、超低水位輸入接口，向單片機(jī)傳輸信號(hào)，本電路中規(guī)定輸入信號(hào)為低電平即0時(shí)表示有水，輸入信號(hào)為高電平即1時(shí)表示無(wú)水。</p><p>　　因?yàn)橛兴膫€(gè)輸入端口，它形成了16種不同的組合如下表4-1所示，我們仔細(xì)觀察此真值表，可知對(duì)于本

83、電路的有效狀態(tài)只有5種狀態(tài)，將其歸納為表格4.2所示內(nèi)容。而表格4.3則是輸入狀態(tài)與指示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在這里指示燈的亮滅，在程序中只要控制相應(yīng)端口的高低電平即可（輸出為0時(shí)表示亮，輸出為1時(shí)表示滅）。因此，我們可以根據(jù)表4.2和表4.3的邏輯關(guān)系對(duì)其進(jìn)行編程操作。</p><p>　　圖4.1 程序總流程圖</p><p>　　表4.2 與本設(shè)計(jì)相關(guān)的五種狀態(tài)</p>&

84、lt;p>　　表4.1 四路輸入狀態(tài)組合</p><p>　　表4.3 指示燈與輸入對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　4.2.2 水位測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　水位控制子程序流程圖如下圖4.2所示。其流程圖包含的編程思想是在循環(huán)當(dāng)中套用判斷，它的順序是從高水位開(kāi)始判斷的。</p><p>　　首先，程序先判斷高水位，如果水

85、箱的是否是滿的，它就做出相應(yīng)的處理（關(guān)閉水泵，水位指示燈全亮），然后再返回去判斷高水位，如果始終處于高水位在此循環(huán)等待。如果不處于高水位，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為中水位，如果是，程序?qū)H關(guān)閉高水位指示燈，此時(shí)說(shuō)明水位下降到中水位，然后再返回去判斷中水位，如果始終處于中水位在此循環(huán)。如果不處于中水位，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為低水位，如果是，程序?qū)H關(guān)閉高水位、和中水位指示燈，此時(shí)說(shuō)明水位下降到低水位然后再返回去判斷水位，如果始終處

86、于低水位在此循環(huán)。如果不處于低水位程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷是否為超低水位，如果是，程序?qū)㈥P(guān)閉高水位、中水位和低水位指示燈并且啟動(dòng)水泵A1、A2，此時(shí)說(shuō)明水箱中沒(méi)有水了，應(yīng)該超低水位。然后再返回去判斷高水位，如果始終處于超低水位狀態(tài)在此循環(huán)。</p><p>　　本程序中的特點(diǎn)是，無(wú)論每一步程序都將返回到起始位置，重新從高水位開(kāi)始執(zhí)行。其好處是防止程序進(jìn)入死循環(huán)，提高系統(tǒng)控制的可靠性。</p><

87、p>　　圖4.2 水位控制子程序流程圖</p><p>　　水位控制部分的匯編語(yǔ)言程序代碼如下：</p><p>　　GAA02:JBGSW ,GAA03 ; 判斷是否是高水位，不是轉(zhuǎn)向中水位</p><p>　　CLRXSKG ; 關(guān)閉超低水位開(kāi)關(guān)</p><p>　　CLRGSZS; 高水位

88、指示燈指示</p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p><p>　　LJMP GAA02; </p><p>　　GAA03:JBZ

89、SW ,GAA04; 判斷是否是中水位，不是轉(zhuǎn)向低水位</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈 </p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p&g

90、t;<p>　　LJMP GAA02;</p><p>　　GAA04:JBDSW ,GAA05; 判斷是否是低水位，不是轉(zhuǎn)向超低水位</p><p>　　SETB GSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　CLR

91、DSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p><p>　　LJMPGAA02;</p><p>　　GAA05:JBXUS ,GAA02; 判斷是否是超低水位，不是轉(zhuǎn)向高水位</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p

92、><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　SETBDSZS; 關(guān)閉地水位指示燈</p><p>　　LCALLYS1 ; 超低水位指示燈閃亮指示，警告超低水位</p><p>　　SETBXSKG; 打開(kāi)超低水位開(kāi)關(guān)</p><p>　　LJMP

93、GAA02;</p><p>　　4.3 顯示與水泵控制部分軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在硬件方面運(yùn)用的是發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，并且發(fā)光二極管是直接與單片機(jī)引腳相連接的，運(yùn)用三極管和繼電器控制電機(jī)水泵，其對(duì)應(yīng)的軟件非常簡(jiǎn)單只要運(yùn)用CLR和SETB兩條指令就可以控制如下：</p><p>　　高水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　C

94、LRXSKG ; 關(guān)閉超低水位開(kāi)關(guān)</p><p>　　CLRGSZS; 高水位指示燈指示</p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p>

95、<p>　　中水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈 </p><p>　　CLRZSZS; 中水位指示燈指示</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p>&l

96、t;p>　　低水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETB GSZS ; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　CLRDSZS; 低水位指示燈指示</p><p>　　CLRXSZS; 超低水位指示燈指示</p>

97、<p>　　超低水位時(shí)軟件設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　SETBGSZS; 關(guān)閉高水位指示燈</p><p>　　SETBZSZS; 關(guān)閉中水位指示燈</p><p>　　SETBDSZS; 關(guān)閉地水位指示燈</p><p>　　LCALL YS1; 超低水位指示燈閃亮指示，警告超低水位

98、</p><p>　　SETBXSKG; 打開(kāi)超低水位開(kāi)關(guān)</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)控制系統(tǒng)軟件部分作了較詳細(xì)的分析，充分體現(xiàn)了軟件與硬件密切的關(guān)系。本電路以單片機(jī)為核心，結(jié)合四路水位控制器的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)水箱實(shí)際的情況自動(dòng)控制水位的設(shè)備。并且根據(jù)外圍硬件電路的設(shè)計(jì)

99、思想，從而編制出比較優(yōu)化的控制程序。軟件是利用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的，匯編語(yǔ)言能夠直接控制單片機(jī)的位操作，方便而又快捷，指令也比較精短。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用了STC89C51的引腳及其強(qiáng)大的功能，并配合相關(guān)的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水箱水位的自動(dòng)控制。其中，水箱水位的測(cè)量是通過(guò)自制的開(kāi)關(guān)式傳感器將水位信號(hào)傳送給STC

100、89C51的P1口，并對(duì)其進(jìn)行分析處理，然后根據(jù)控制要求輸出控制信號(hào)，控制給水泵工作，進(jìn)而保持水箱有正常的水位。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，有很高的推廣價(jià)值。</p><p>　　本電路的核心部分在于硬件部分的設(shè)計(jì)，其中傳感器部分又是重中之重，本文采用的四路水阻傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且只傳入五種有效電平信號(hào)給單片機(jī)處理，很容易讓人明白其工作原理。整個(gè)設(shè)計(jì)的思路就是傳感器輸入有效電平信號(hào)由單片機(jī)，然后由單片機(jī)

101、發(fā)出相應(yīng)的命令驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其進(jìn)入相應(yīng)工作狀態(tài)，同時(shí)也發(fā)出命令使顯示和報(bào)警模塊部分作出相應(yīng)動(dòng)作，如此使整個(gè)電路協(xié)調(diào)工作，使水箱在缺水時(shí)發(fā)出報(bào)警起到提醒作用，同時(shí)驅(qū)動(dòng)供水泵供水，從而使水箱保持安全的水位。</p><p>　　本課題從理論上設(shè)計(jì)出了對(duì)水體容器（水箱、水塔等）的水位自動(dòng)控制及缺水時(shí)的報(bào)警提醒，遺憾的是由于諸多客觀因素沒(méi)有能做出真正能實(shí)用的實(shí)體。</p><p>　　理論的提出，表明

102、做出真正可以操作的實(shí)體已經(jīng)不是遙不可及的夢(mèng)相信不久的將來(lái)我們就能做出實(shí)體，那時(shí)我們就能利用它來(lái)我們類服務(wù)了，那時(shí)我們就不用擔(dān)心因?yàn)槿藗兊氖韬龆鴮?dǎo)致的缺水引起的災(zāi)難性事故發(fā)生，也能從人工對(duì)水管理困難的方面，大大節(jié)省勞動(dòng)力和提高對(duì)水控制管理智能化，更加能夠節(jié)約利用我們?nèi)祟悓氋F的水資源！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]蔡美琴，毛敏，

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107、術(shù)與應(yīng)用.2008, 23(3):25</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在指導(dǎo)老師王代強(qiáng)老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)自動(dòng)化方面的知識(shí)有極大的幫助。另外,此次畢業(yè)設(shè)計(jì)還獲得了本系各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持。在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中，我