基于單片機(jī)液位控制系統(tǒng)論文

1、I南 昌 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 題目：基于單片機(jī)智能液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 使用的原始資料(數(shù)據(jù) 及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一種水位智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)蓄水池與水庫(kù)泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)中技術(shù)要求：(1 電源采用05V 穩(wěn)壓電源， A/D轉(zhuǎn)換器采用10位。(2 單片機(jī)中控制算法采用智能控制算法(3 單片機(jī)要實(shí)時(shí)顯示水位高度，且具有報(bào)警功能。(4 實(shí)際控制水位誤差在±1cm 以內(nèi)，傳輸控制延遲時(shí)間為0.1秒，保證正常供水。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 工作內(nèi)容及完成時(shí)間：1、查找資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告：3.224.4

2、2、確定控制方案：4.54.103、設(shè)計(jì)電器控制線路和原理圖：4.114.174、確定智能控制算法：4.184.245、畫(huà)電路圖：4.255.86、電路調(diào)試：5.96.127、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、準(zhǔn)備答辯：6.136.20I I四、主要參考資料：1. 李華等. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993.2. 郝迎吉, 賀科學(xué). 一種新型鐵路調(diào)度自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)J.鐵道學(xué)報(bào),2002,6.3. 胡剛等. 水位遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用J.計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制,2001,9(1.4.Zhao Han-dong Department of Mechatronics Enginee

3、ring North ChinaUniversity of Science & Technology, Taiyuan, Shanxi, 030051 PRC;The Researchabout GPS applying to Rocket-ProjectileA;Proceedings of the 5thInternational Symposium on Test and Measurement(Volume 1C;2003年機(jī)械與電氣工程 學(xué)院 08機(jī)電一體化 專(zhuān)業(yè) 班學(xué) 生： 龍亮日 期：自 2011 年 3 月 2 日至 2011 年 6 月 20 日指導(dǎo)教師： 李兵助理指

4、導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分 ：教研室： 機(jī)械電子 教研室主任： 葉建雄III摘要：水位智能監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)在生產(chǎn)生活中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去，大量的對(duì)水位監(jiān)控操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來(lái)了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控蓄水池的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)器件損壞，將帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對(duì)蓄水池控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的智能化化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。

5、本單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是基于單片機(jī)控制技術(shù)，以8051單片機(jī)為核心控制蓄水池的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，很好的實(shí)現(xiàn)了蓄水池與水庫(kù)泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 水位 控制 報(bào)警IV Abstract : The intelligent control system is now the production andlife of the essential components of its performance and qualityof the good work for more than a great infl

6、uence, and also relationswith the production safety. The intelligent control system is nowthe production and life of the essential components of itsperformance and quality of the good work for more than a greatinfluence, and also relations with the production safety. Theintelligent control system is

7、 now the production and life of theessential components of its performance and quality of the goodwork for more than a great influence, and also relations with theproduction safety.Monolithic integrated circuits design the system of controltechniques and revivification 8051 monolithic integrated cir

8、cuitsto control the level of the reservoir, and to the police and themanual, the switch. the system function operations and, good fortanks and reservoirs perth pumping station between the level ofreal-time data transmission, the number and automatic controlled.Keywords: Single-chip Level Control Ala

9、rmV目 錄第一章 液位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1（一）過(guò)程控制系統(tǒng) 1（二）液位監(jiān)控系統(tǒng) 5第二章 本課題主要研究?jī)?nèi)容 7（一）系統(tǒng)硬件總體方案10（二）系統(tǒng)軟件總體方案10（三）設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程11第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12（一）核心芯片8051單片機(jī) 12（二）壓力傳感及放大檢測(cè)15（三）傳感器的選用17(四 DAC0832 D/A 轉(zhuǎn)換器和CAD571A/D轉(zhuǎn)換器18(五 鍵盤(pán)及顯示接口22(六 報(bào)警裝置25第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 27（一）軟件設(shè)計(jì)流程圖27（二）水位檢測(cè)的主程序28第五章 結(jié)論 31第六章 參考文獻(xiàn) 32致 謝 33- 1 -第一章 液位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介（一）、過(guò)程控制系統(tǒng) 1、過(guò)

10、程控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)自動(dòng)化技術(shù)是信息科學(xué)與技術(shù)的個(gè)重要分支。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，已成為我國(guó)高科技的重要組成部分，正在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。過(guò)程控制(Process control 通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制，它是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。從控制的角度出發(fā)，可以把工業(yè)分成三類(lèi)：連續(xù)型、離散型和混合型。習(xí)慣上，把連續(xù)型工業(yè)稱(chēng)為過(guò)程工業(yè)(Process industries，有時(shí)為突出其流動(dòng)的性質(zhì)也稱(chēng)為流程工業(yè)(fluid pr

11、ocess industries。在連續(xù)型工業(yè)過(guò)程中，包括了連續(xù)的信息流、物質(zhì)流和能量流, 過(guò)程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著越來(lái)越大的作用。過(guò)程控制一般是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制。主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位、成分和物性六大類(lèi)參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，在保證質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)行下去。連續(xù)型工業(yè)的生產(chǎn)特征是：呈流動(dòng)狀的各種原材料在連續(xù)流動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)傳熱、傳質(zhì)、生化物理反應(yīng)等加工，發(fā)生了相變或分子結(jié)構(gòu)等的變化，失去原有性質(zhì)而形成的一種新的產(chǎn)品。過(guò)程參數(shù)

12、的變化不但受內(nèi)部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)一般不只一個(gè)，在過(guò)程中起的作用也不同，這就增加了對(duì)過(guò)程參- 2 - 數(shù)進(jìn)行控制的復(fù)雜性，或者控制起來(lái)相當(dāng)困難。這是生產(chǎn)過(guò)程具有的特殊性造成的，因此形成了過(guò)程控制的下列特點(diǎn)：(1 對(duì)象復(fù)雜多樣；(2 對(duì)象存在滯后；(3 對(duì)象特性的非線性；(4 控制系統(tǒng)較復(fù)雜。2、過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展，大體上可以以分為三個(gè)階段：(1 儀表自動(dòng)化階段20世紀(jì)40年代前后，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要是憑生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。局限于一般的控制元件及機(jī)電式控制儀器，采用比較笨重的基地式儀表，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動(dòng)控制。20世紀(jì)50年代至60年

13、代，先后出現(xiàn)了電動(dòng)與氣動(dòng)單元組合儀表和巡回檢測(cè)裝置，采用了集中監(jiān)控與集中操縱的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化和局部自動(dòng)化。過(guò)程控制的理論仍采用以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，主要解決單輸入、單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題，各控制系統(tǒng)間互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少，只是控制的品質(zhì)有較大的提高。(2 計(jì)算機(jī)控制階段20世紀(jì)70年代至80年代，由于集成電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展為過(guò)程控制的發(fā)展創(chuàng)造了條件，開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制(direct digital control, DDC與計(jì)算機(jī)監(jiān)控(supervisory computer control, SCC 系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)硬件的可靠性高、成

14、本較低，有豐富的軟件支持，有直觀的CRT 顯示，便于人機(jī)聯(lián)系；它既沒(méi)有模擬常規(guī)儀表那樣數(shù)量多、儀表柜龐大的缺點(diǎn)，也不會(huì)像60年代初采用的大型計(jì)算機(jī)集中控制那樣，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)影響全局，因此得到了廣泛的應(yīng)用。70年代中期，- 3 -集散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS，也稱(chēng)之為分布式控制系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)問(wèn)世了。集散控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形技術(shù)為一體的裝置。其可靠性高，同時(shí)能方便靈活的實(shí)現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的水平。由原來(lái)分散的機(jī)組或車(chē)間控制，向全車(chē)間、全廠和整個(gè)企業(yè)的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。在過(guò)程控

15、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，為了提高控制質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)一些特殊的控制要求，相繼出現(xiàn)了各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。例如，串級(jí)、比值和均勻控制的應(yīng)用。在控制理論方面，除了仍然采用經(jīng)典控制理論以解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題外，現(xiàn)代控制理論開(kāi)始得到應(yīng)用，最有控制、推理控制、預(yù)測(cè)控制，自適應(yīng)控制等方法得到了迅速的發(fā)展，控制系統(tǒng)由單變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)向多變量系統(tǒng)，以解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到的更為復(fù)雜的問(wèn)題。(3 綜合自動(dòng)化階段從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，過(guò)程控制進(jìn)入了綜合自動(dòng)化階段。在自動(dòng)化工具上推出了現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線是智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。其用一對(duì)N 的結(jié)構(gòu)代替一對(duì)一的結(jié)構(gòu)；互換性、互操作

16、性好；控制分散，現(xiàn)場(chǎng)儀表不僅有檢測(cè)功能，而且可以有運(yùn)算功能和控制功能。因而通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表就可構(gòu)成控制回路，使控制回路徹底分散。現(xiàn)場(chǎng)總線采用公開(kāi)的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，很容易與其他網(wǎng)絡(luò)集成，方便共享信息，為綜合自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。它的出現(xiàn)標(biāo)志著控制工具的又一次重大變革，過(guò)程控制進(jìn)入了真正的計(jì)算機(jī)時(shí)代。在控制理論上采用了智能控制理論。智能控制將人工智能，控制理論和運(yùn)籌學(xué)三大學(xué)科相結(jié)合，采用模糊技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)等技- 4 - 術(shù)，比較好的解決了對(duì)象建模的困難和干擾眾多與控制要求提高的矛盾，在許多難以控制的場(chǎng)合下，發(fā)揮了卓越的作用。以計(jì)算機(jī)集成技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化體系正在形成，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是包括生

17、產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、操作優(yōu)化、基層控制和先進(jìn)控制等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，也稱(chēng)管理控制一體化的系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)是靠計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CIPS 是一種全新的哲理與概念，它以企業(yè)整體優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制自動(dòng)化為主要內(nèi)容，將過(guò)去局部自動(dòng)化的“孤島”模式集成為一個(gè)整體的系統(tǒng)，它代表了當(dāng)代自動(dòng)化的潮流。3、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：(1 控制器控制器也稱(chēng)調(diào)節(jié)器，它接收變送器送來(lái)的信息被控量。當(dāng)其符合生產(chǎn)工藝要求時(shí)，控制器的輸出保持不變。否則，控制器的輸出發(fā)生變化，對(duì)系統(tǒng)施加控制作用。(2 執(zhí)行器被控量的測(cè)量值與設(shè)定值在控制器內(nèi)進(jìn)行比較后得

18、到的偏差大小，由控制按規(guī)定的控制規(guī)律(PID等 進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如本文中的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。(3 被控對(duì)象被控對(duì)象是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。如本文中的水箱液位。常見(jiàn)的被控對(duì)象有鍋爐、加熱爐、分餾塔、反應(yīng)釜、干燥爐、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯等生產(chǎn)設(shè)備。(4 變送器反映生產(chǎn)過(guò)程的工藝參數(shù)大多不止一個(gè)，般都需用不同的傳感器進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，才能了解生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行的狀態(tài)，以獲得可靠的控制信息。- 5 -常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： 圖1-1 過(guò)程控制系統(tǒng)框圖（二）、液位監(jiān)控系統(tǒng)1、液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要性在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，液位是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要被控量，它在石油化工環(huán)保水處理冶金等行業(yè)尤為重要。

19、在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，常常需要對(duì)某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測(cè)量和控制。通過(guò)液位的檢測(cè)與控制，了解容器中的原料半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運(yùn)行過(guò)程，即時(shí)的監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥，會(huì)造成生產(chǎn)中對(duì)液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費(fèi)產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計(jì)一個(gè)良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實(shí)際意義。液位是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的控制參數(shù)之一，液位控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量甚至產(chǎn)品制造的成功與失敗。因而液位的控制具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前

20、景。液位控制是較普遍和較關(guān)鍵的控制系統(tǒng)，它具有非線性、滯后性等特性。2、液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法目前液位控制系統(tǒng)的技術(shù)已比較成熟, 有簡(jiǎn)單機(jī)械式控制裝置的系統(tǒng), 也有復(fù)雜控制器控制的系統(tǒng)。目前對(duì)水箱水位控制的系統(tǒng)大致可分為 以下2種:- 6 - (1機(jī)械式控制系統(tǒng)。機(jī)械式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。但這種控制裝置故障多, 誤動(dòng)作多, 且只能單獨(dú)控制, 與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。(2交流調(diào)壓/變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過(guò)安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器, 把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號(hào)的模擬信號(hào), 經(jīng)過(guò)前置放大、多路切換、A /D 變換成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī), 經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較, 進(jìn)行

21、P ID運(yùn)算, 得出調(diào)節(jié)參量; 經(jīng)由D /A變換給調(diào)壓/變頻調(diào)速裝置輸入給定端, 控制其輸出電壓變化, 來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速, 以達(dá)到控制蓄水池水位的目的。基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一種水位智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)蓄水池與水庫(kù)泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動(dòng)控制。本系統(tǒng)是對(duì)一個(gè)蓄水池水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的特征, 要求實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄水池的液位的高度, 并與開(kāi)始預(yù)設(shè)定值做比較, 由單片機(jī)控制SSR 固態(tài)繼電器的開(kāi)斷進(jìn)行液位的調(diào)整, 最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測(cè)值若高于上限設(shè)定值時(shí), 要求報(bào)警, 斷開(kāi)SSR, 控制水泵停止上水; 檢測(cè)值若小于下限設(shè)定值, 要求報(bào)警, 開(kāi)啟SSR, 控制水泵開(kāi)始上水?，F(xiàn)場(chǎng)

22、實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄水池液位的監(jiān)控。- 7 -第二章 本課題主要研究?jī)?nèi)容單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的縮寫(xiě)MCU 表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU 的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL 的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL 的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上

23、發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz ，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)

24、不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows 和linux 操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算- 8 - 器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)

25、超過(guò)PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器, 它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片, 而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集合到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU ，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可。用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作

26、足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC ）的主要區(qū)別。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB 板。但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系

27、列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。由于單片- 9 -機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU ，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K 的尺寸！對(duì)于家用PC 的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用

28、。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC 上來(lái)運(yùn)行，家用PC 的也是承受不了的?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表

29、、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯件上。本設(shè)計(jì)是采用8051單片機(jī)為核心芯片, 及其相關(guān)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的水體- 10 - 液位控制系統(tǒng), 在用液位傳感器測(cè)液位的同時(shí), CPU循環(huán)檢測(cè)傳感器輸出狀態(tài), 并用2位七段LED 顯示示液位高度, 檢測(cè)液位數(shù)據(jù), 實(shí)施報(bào)警安全提示, 當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時(shí), 系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)泵上水,

30、當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí), 系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵或打開(kāi)排水泵。（一） 系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器對(duì)液面進(jìn)行控制, 通過(guò)傳感器安裝在蓄水池底部，由上至下測(cè)量水體的液位值。并把液位狀態(tài)通過(guò)模數(shù)CAD571轉(zhuǎn)換器傳到單片機(jī)中, 在通過(guò)2位七段LED 顯示器顯示出液位的四種狀態(tài)及報(bào)警安全提示。用LED 顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)、關(guān)水泵, 需要是否開(kāi)啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了液位傳感器測(cè)液位, 第三章將著重介紹。（二） 系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測(cè)是通過(guò)液位傳

31、感器實(shí)時(shí)對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)水位到達(dá)某一位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于某一位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開(kāi)水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開(kāi)始加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定, 測(cè)量準(zhǔn)確, 大大簡(jiǎn)

32、化現(xiàn)場(chǎng)安裝, 具- 11 -有較高的性價(jià)比, 有較大的工程應(yīng)用價(jià)值, 而且利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：首先，通過(guò)對(duì)水體液位進(jìn)行的簡(jiǎn)易方便的操縱，可以準(zhǔn)確得控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好。其次，水體控制過(guò)程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)以及其他方面的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。（三） 設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程本設(shè)計(jì)第三章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬

33、件分析, 主要介紹了本設(shè)計(jì)所使用的核心芯片8051, 重要對(duì)其端口進(jìn)行介紹, 介紹其功能與用途, 還介紹了液位傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換CAD571、執(zhí)行設(shè)備、LED 顯示和報(bào)警裝置, 介紹了他們的原理、結(jié)構(gòu)和電路連接，另外我著重介紹了本設(shè)計(jì)所使用的傳感器, 因?yàn)閭鞲衅鞯男阅茉谡麄€(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用, 尤其對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。- 12 - 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)廣泛的液位控制系統(tǒng)包括對(duì)水體的液位，壓力等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹液位的控制。液位控制是利用壓阻式壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào), 再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器CAD571把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算控制

34、，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED 進(jìn)行顯示, 實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤(pán)的顯示與控制；下圖即是液位控 制系統(tǒng)：圖3-1 基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)由上圖可觀察到傳感器通過(guò)對(duì)液面進(jìn)行測(cè)量，輸出模擬信號(hào)，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過(guò)LED 進(jìn)行顯示, 通過(guò)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警, 報(bào)警顯示之后再通過(guò)對(duì)閥門(mén)的開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制, 閥門(mén)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。（一）核心芯片8051單片機(jī)計(jì)算機(jī)芯片MCS-51是一個(gè)電腦晶片, 英特爾公司生產(chǎn)系列。它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代

35、表就是8051。其他系列的單片機(jī)都以它為核心, 所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是8051單片機(jī)。CPU 是它的核心設(shè)備, 從功能- 13 -上看,CPU 包括兩個(gè)部分:運(yùn)算器和控制器, 它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATMEL 公司的8051為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過(guò)程。這種芯片內(nèi)置4K EPROM，因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM 程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤(pán)參數(shù)輸入、LED 數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。系統(tǒng)的原

36、理是采用液位式傳感器測(cè)量液體的液位值, 通過(guò)單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在LED 上顯示及輸出控制; 根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)關(guān)水泵, 以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位, 需要關(guān)閉閥門(mén)。 圖3-2 8051引腳圖上圖是8051的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM 抄寫(xiě)程序時(shí)，接+5V電源。 Pin18:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。- 14 - Pin19:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有

37、兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz和振蕩電容, 振蕩電容的值一般取10p-30p 。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。輸入輸出(I/O引腳：Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳,Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中，P0口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入/輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口

38、,P2口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高八位地址總線口，P1口為輸入/輸出口。Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051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，堆棧指鐘寫(xiě)入07H ，其它專(zhuān)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)，8051的初始態(tài)如下特殊功能寄存器初始態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài)ACCPSW07HDPLIPIETMODSCONP0-P3

39、00H 00H 00H 00H xxx00000B 0x00000B 00H xxxxxxxxB 1111111B B SP TH0 TL0 TH1 TL1 TCON SBUF PCON 00H 07H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 0xxxxxxxB 表3-1 寄存器初始狀態(tài)- 15 -8051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)圖2-3。此外，RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳，V cc 掉電期間，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, 此設(shè)計(jì)采用自動(dòng)復(fù)位電路。 SW 上電自動(dòng)復(fù)位 圖3-3 復(fù)位電路Pin30:ALE/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，AL

40、E(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,將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 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。在編程時(shí)，EA/Vpp 腳還需加上21V 的編程電壓。（二）壓力傳感及放大檢測(cè)壓力傳感器機(jī)電控制系統(tǒng)中，壓力也常常是需要檢測(cè)的一個(gè)

41、物理量。壓力傳感- 16 - 器有壓阻式和應(yīng)變式等。壓阻式是利用晶體的壓阻效應(yīng)，當(dāng)晶體受到壓力作用時(shí)，應(yīng)變?cè)碾娮璋l(fā)生變化，將這個(gè)變化的電阻變換成電壓輸出而制成的傳感器，應(yīng)變式壓力傳感器是利用壓力的作用，使導(dǎo)體或半導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形，從而產(chǎn)生阻值的變化。當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力作用時(shí)，電阻率及幾何尺寸變化均引起阻值變化，通過(guò)測(cè)量阻值大小，就可以反映外界作用力大小。目前這種傳感器是用于測(cè)量力，壓力，重量等參數(shù)中使用最廣泛的傳感器之一。壓阻式壓力傳感器：如圖3-4所示，當(dāng)以N 型硅為基底采用擴(kuò)散技術(shù)在硅片表面特定區(qū)域形成P 型擴(kuò)散電阻時(shí)，則A ，B 點(diǎn)間的電阻變化率與所受應(yīng)變力的大小成正比，其比值稱(chēng)

42、為壓阻系數(shù)。一般壓阻式壓力傳感器是在硅膜片上做成四個(gè)等值的電阻的應(yīng)變?cè)?gòu)成惠斯頓電橋，圖(3.4所示，因R R R =s c ，在電橋平衡時(shí)，s s c c R R R R =，即電橋輸出0U 為零。若外加直流電壓為U ，當(dāng)受到壓力作用時(shí)一對(duì)橋臂的電阻變大（R R R +=s ）, 另一對(duì)橋電阻變?。≧ R R -=c ）電橋失之平衡平衡，輸出電壓U 。（當(dāng)R R <<）為U U =0b a 0-U U U = c ss a R U R U += c sc b R U R U += 當(dāng)R R R +=s R R R -=c c s c c s s b a 0-R U R R U

43、R U U U += c s c s -R U R R +=）（R RU R =2- 17 - 圖3-4 電橋電路從上式可看出，電橋輸出與 成正比也就是與壓力成正比同時(shí)也與激勵(lì)電壓U 成正比。由于硅電阻式壓力傳感器的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變的靈敏系數(shù)大50-100倍，故硅壓阻式壓力傳感器的滿量程輸出可達(dá)幾十毫安伏至二百多毫伏，有時(shí)不需要放大就可直接測(cè)量。另外壓阻式壓力傳感器還有多于微型化，測(cè)量范圍寬，頻率響應(yīng)好（可測(cè)幾千赫茲脈動(dòng)壓力）和精度高等特點(diǎn)。從上式知，U 的大小及其穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量精度有很大影響。這種傳感器的測(cè)量精度還在很大程度上受環(huán)境溫度的影響，在具體應(yīng)用電路中要采用溫度補(bǔ)償。目前大多數(shù)硅壓阻

44、式傳感器已將溫度補(bǔ)償電路做在傳感器中，從而傳感器的溫度系數(shù)小于±0.3% 的量程。（三）傳感器的選用基于系統(tǒng)控制要求，傳感器使用SY 一9411L D 型變送器，它內(nèi)部含有1個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國(guó)SM 公司生產(chǎn)的5552型OEM 壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(O70，傳感器經(jīng)過(guò)特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝。其引腳分布如圖3所示。1腳為信號(hào)輸出(一 ；2腳為信號(hào)輸出(一 ；3腳為激勵(lì)電壓；4腳為地；5腳為信號(hào)輸出(+；6腳為信號(hào)輸出(+。在蓄水池底部安裝1根直徑為5 mm的軟管，一端安裝在水箱底部；- 18 - 另一端與傳感器連接。蓄水池水

45、位高度發(fā)生變化時(shí)，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸送到A D 轉(zhuǎn)換器。 圖3-5 SY-9411L-D 型變送器引腳結(jié)構(gòu)圖（四） CAD571轉(zhuǎn)換器 A/D是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 把由傳感器傳來(lái)的液位控制的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 然后再通過(guò)8051單片機(jī)的分析處理進(jìn)行LED 顯示和液位和壓力的報(bào)警。 DA 轉(zhuǎn)換基本原理D A 轉(zhuǎn)換接口技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)后向通道典型應(yīng)用技術(shù)之一。它涉及了D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇參考電壓源的配置、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的極性等問(wèn)題，而其中最核心的問(wèn)題是D A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇與應(yīng)用問(wèn)題。D A 轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個(gè)用二進(jìn)制表示的數(shù)字量轉(zhuǎn)換

46、成相應(yīng)的模擬量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的基本方法是對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制的每一位，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流，而這個(gè)電流的大小正比于相應(yīng)的二進(jìn)制位的權(quán)。D A 轉(zhuǎn)換器主要由三部分構(gòu)成，即加權(quán)電阻解碼網(wǎng)、受輸入數(shù)字量控制的電子開(kāi)關(guān)組和由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流轉(zhuǎn)換器。電子開(kāi)關(guān)組受輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)D7DO 控制，當(dāng)某一位為“1”時(shí)，則電子開(kāi)關(guān)閉合，基準(zhǔn)電壓Vin 接電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，使某一支路電阻上有電流流過(guò)。當(dāng)某一位為“0”時(shí)，則電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，該支路電阻上無(wú)電流流過(guò)。加權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)各支路的電阻值與二進(jìn)制數(shù)據(jù)D7DO 的“權(quán)”相對(duì)應(yīng)，“權(quán)”大的電阻值小，“權(quán)”- 19 -小的電阻值大。因此各支路的電流不僅決定于輸入數(shù)字量的值(0或1

47、 ，還決定于“權(quán)”，各支路的電流如下：V D R V I D RV D R V I D RV D R V I D RV D R V I D RV D R V I D R V D R V I D RV R V I ref ref ref ref ref ref ref ref ref ref ref ref ref ref refref = 因此，總電流為out I ： -=+=7087654321022i i i ref out D R V I I I I I I I I I （31） 該總電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器后有: N E D V RI V i i i ref out out -=-=-=-07

48、0822 (32 其中: -=78022o i i i ref D N V E （33）由式（2-6）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于D A 轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來(lái)說(shuō)是等效的。就8位D A 轉(zhuǎn)換器而言，每一數(shù)字輸入位所代表的輸出模擬量是其相鄰的2倍，這樣就組成二進(jìn)制數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換器。D A 轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)如下:- 20 - 1 分辨率。表征D A 轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量的敏感程度，通常用數(shù)字量的數(shù)位表示，如8位、12位、14位等。分辨率為10位的D A 轉(zhuǎn)換器，表示它可以對(duì)滿量程的11024的增量做出反應(yīng)。2 相對(duì)精度。在滿刻度已校準(zhǔn)的前提下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)于任一數(shù)碼的模擬量輸

49、出與它的理論值之差。通常用偏差幾個(gè)ISB 來(lái)表示和該偏差相對(duì)滿刻度的百分比表示。3 轉(zhuǎn)換時(shí)間。數(shù)字變化量是滿刻度時(shí)，達(dá)到終值 所需要的時(shí)間，通常為幾十納秒至幾微秒。4 非線性誤差。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為0.l 0.03。其工作過(guò)程是：比較開(kāi)始時(shí)，首先對(duì)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(輸出鎖存器 的最高位置“1”，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、比較判斷。若模擬輸入U(xiǎn)in 大于Ui ，比較器輸出為1，則使輸出鎖存器的最高位保持為1。然后對(duì)較低的位依次按照該辦法進(jìn)行比較和調(diào)整，無(wú)論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時(shí)D A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入(輸出鎖存器內(nèi)容 即為對(duì)應(yīng)模擬輸入信號(hào)的數(shù)字量。將此數(shù)字量輸

50、出就完成了A D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。這種方法好比用天平稱(chēng)一個(gè)物體的重量，第一次放最大的砝碼，若不合適，就改放小一號(hào)的，依次類(lèi)推。一旦天平指示砝碼太重說(shuō)明剛才放進(jìn)去的那個(gè)應(yīng)當(dāng)取走，顯然對(duì)于n 位的轉(zhuǎn)換器，總共需要重復(fù)這種過(guò)程n 次。 集成A/D轉(zhuǎn)換器CAD571 1. 采樣一保持采樣是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性地抽取樣值的過(guò)程，就是把隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上斷續(xù)、在幅度上等于采樣時(shí)間內(nèi)模擬信號(hào)大小的一串脈沖。采樣定理：為了能不失真地恢復(fù)原模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)不小于輸- 21 -人模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍，即 ： m ax s 2I F F 圖3-6基本采樣-保持電路（a ）采樣-保持電路 (b

51、采樣波形圖3-7（a ）采樣原理圖 圖3-8 （b ）波形圖由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓值在一段時(shí)間內(nèi)不變，直到下一次采樣開(kāi)始。這就要在采樣后加上保持電路，實(shí)際采樣一保持是做成一個(gè)電路。 2分辨率分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。 3. 集成A/D轉(zhuǎn)換器CAD571它由10位D/A轉(zhuǎn)換器、10位逐次逼近寄存器及時(shí)鐘發(fā)生器、比較器、- 22 - 三態(tài)輸出緩沖器、基準(zhǔn)電壓和控制邏輯等電路組成。它的特點(diǎn)是內(nèi)部有時(shí)鐘發(fā)生器和基準(zhǔn)電壓電路，故不需外接時(shí)鐘脈沖和基準(zhǔn)電壓VREF ，并 能與計(jì)算機(jī)接口，使用非常方圖3-9 集

52、成A/D轉(zhuǎn)換器CAD571原理框圖它由10位D/A轉(zhuǎn)換器、10位逐次逼近寄存器及時(shí)鐘發(fā)生器、比較器、三態(tài)輸出緩沖器、基準(zhǔn)電壓和控制邏輯等電路組成。它的特點(diǎn)是內(nèi)部有時(shí)鐘發(fā)生器和基準(zhǔn)電壓電路，故不需外接時(shí)鐘脈沖和基準(zhǔn)電壓VREF ，并能與計(jì)算機(jī)接口，使用非常方便。 （五） 鍵盤(pán)及顯示接口顯示部分我采用三位7段LED 顯示器，LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一LED 導(dǎo)壓在1.5V 左右，工作電流每段約為10mA ，直接接在+5V電平上會(huì)使數(shù)碼管過(guò)亮導(dǎo)致?lián)p壞，需接一個(gè)100-300歐的限流電阻。LED 內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法

53、和共陽(yáng)極接法兩種，即將LED 內(nèi)部所有二極管陰極或陽(yáng)極接在一起并通過(guò)com 引腳引出，并將每一發(fā)光段的另一端分別引出到對(duì)應(yīng)的引腳，使用時(shí)以具體型號(hào)的LED 資料為依據(jù)。通過(guò)點(diǎn)亮不同的LED 字段，可顯示數(shù)字0，1, ，9和A ，b ，C ，- 23 -d ，E ，F(xiàn) 等不同的字符及自定義一些段發(fā)光代表簡(jiǎn)單符號(hào)。LED 多數(shù)情況用于顯示十進(jìn)制數(shù)字，要將09的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED 對(duì)應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a 、b 、c 、d 、e 和f 段發(fā)光，顯示“1”，讓b 和c 段發(fā)光，等等如表3.2示。然后根據(jù)LED 是共陰極還是共陽(yáng)極接法確定LED 各輸入端應(yīng)接邏輯

54、1還是邏輯0，如果是共陽(yáng)接法，要顯示“0” 時(shí)，a 、b 、c 、d 、e 和f 段就要輸入邏輯0，共陰極接法則恰巧相反。也就是說(shuō)，對(duì)于共陰極和共陽(yáng)極兩種不同的接法，顯示同一個(gè)字符時(shí)，對(duì)應(yīng)的顯示段碼是不同的，互為反碼。為了顯示“0”，對(duì)應(yīng)共陰極應(yīng)該使D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0 = 00111111B ，即3FH ；對(duì)共陽(yáng)極應(yīng)該使D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0 = 11000000B，即C0H 。對(duì)于同一個(gè)顯示字符，共陰極和共陽(yáng)極的七段碼互為反碼。將待顯示內(nèi)容“翻譯”為L(zhǎng)ED 段碼的過(guò)程，可以由軟件查表方法實(shí)現(xiàn)譯碼，這在學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)有關(guān)課程時(shí)會(huì)使用。也可

55、以采用專(zhuān)用芯片，比如，帶驅(qū)動(dòng)的LED 七段譯碼器74LS47及74LS48、74LS49等，依靠硬件實(shí)現(xiàn)譯碼。- 24 - 不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。用LED 是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。LED （發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來(lái)用。LED 就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED 通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED 是固態(tài)的，所以它能延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。因而使用LED 的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不像白熾燈那樣，LE

56、D 抗震動(dòng)抗沖擊，并且沒(méi)有燈絲。另外，LED 所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)生光能的一部分。在微型機(jī)系統(tǒng)中，LED 常用的顯示方法有兩種。一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。所謂的靜態(tài)顯示是由單片機(jī)一次輸出顯示后就能保持，直到下次送新的顯示模式為止。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一- 25 -個(gè)八位輸出控制，我的設(shè)計(jì)就是采用的就是靜態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺(jué)到所有的器件都“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)