水位自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。一旦斷水，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成重大的生產(chǎn)事故及損失。因此，對(duì)水位的自動(dòng)檢測(cè)及控制的研究，有著極其重要的地位。任何時(shí)候都能提供足夠的水量，平穩(wěn)的水壓，合格的水質(zhì)，是對(duì)供水系統(tǒng)的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)生活供水系統(tǒng)，都采用水塔，層頂水箱等基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給，因此如何建立一個(gè)可靠安全又利于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題?，F(xiàn)今社會(huì)，自動(dòng)化裝置無(wú)所不在，在控制技術(shù)需求的推動(dòng)下，控制理論本身也取得了顯著的進(jìn)步。水塔水位的監(jiān)測(cè)和控制，再也不需要人工進(jìn)行操作。實(shí)踐證明，自動(dòng)化操作，具

2、有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會(huì)需要對(duì)容器中的液位（水位）進(jìn)行自動(dòng)控制。比如自動(dòng)控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動(dòng)補(bǔ)水控制、自動(dòng)電熱水器、電開(kāi)水機(jī)的自動(dòng)進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以歸納為一般的反饋控制方式，就是利用傳感器對(duì)于信號(hào)的提供通過(guò)單片機(jī)對(duì)數(shù)碼顯示、電機(jī)控制、報(bào)警控制部分的控制1。本設(shè)計(jì)從分析水塔水位報(bào)警器的原理和設(shè)計(jì)方法入手，主要基于單片機(jī)的硬件電路和語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制、具有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)聲光報(bào)警功能的控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)

3、碼顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電機(jī)控制部分等構(gòu)成。這是個(gè)簡(jiǎn)單而靈敏的監(jiān)測(cè)報(bào)警電路，操作簡(jiǎn)單，接通電源即可工作。因?yàn)榇蟛糠蛛娐凡捎脭?shù)字電路，所以本水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器還具有耗能低、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、簡(jiǎn)易，靈敏度高，工作穩(wěn)定，能夠自動(dòng)檢測(cè)與顯示當(dāng)前水位、高低水位報(bào)警等功能水位自動(dòng)控制電路是通過(guò)水位傳感器將水位高度轉(zhuǎn)換為010V的直流電壓，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理來(lái)達(dá)到對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。通過(guò)對(duì)電壓和水位的轉(zhuǎn)換關(guān)系，最終利用單片機(jī)進(jìn)行精確的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位高度的顯示、電機(jī)和報(bào)警裝置的控制。主要的工作原理是通過(guò)水位傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，在通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換

4、部分位傳感器的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。提供給單片機(jī)，利用單片機(jī)連接顯示系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)完成對(duì)水位的檢測(cè)與控制。此項(xiàng)設(shè)計(jì)有利工業(yè)和生活用水的控制2。STC89C52壓力傳感器課題擬設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)而制作的智能型水位自動(dòng)檢測(cè)及控制系統(tǒng)。要求利用51單片機(jī)完成水位自動(dòng)檢測(cè)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)水位自動(dòng)檢測(cè)及控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后， CPU不斷檢查觸發(fā)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)水位達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，警報(bào)器發(fā)出低水位警報(bào)一段時(shí)間，黃燈亮，電機(jī)自動(dòng)開(kāi)始抽水。當(dāng)加水到最高水位時(shí)紅燈亮，報(bào)警器報(bào)警，電機(jī)停止工作。當(dāng)水位在正常水位內(nèi)，電機(jī)和報(bào)警器都不工作。具體設(shè)計(jì)需要達(dá)到的要求和實(shí)現(xiàn)的功能如下：采樣處理部分、單片機(jī)控制部分、

5、數(shù)碼顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電機(jī)控制部分等構(gòu)成基于調(diào)查本課題設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)濟(jì)的高塔水位檢測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。在高塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探測(cè)傳感器用來(lái)探測(cè)水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，黃燈亮；到達(dá)正常范圍的水位時(shí)，水泵繼續(xù)加水，黃燈不亮；高水位時(shí)，水泵不加水，紅燈亮。通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單使用的電路系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 方案設(shè)計(jì) 方案一：如圖3.1所示為方案一框圖。本方案采用555電路進(jìn)行控制，即當(dāng)水位探測(cè)傳感器探測(cè)到低水位時(shí)送一個(gè)低

6、于1/3VCC的低電平給NE555芯片，555的輸出即為高電平驅(qū)動(dòng)水泵加水；當(dāng)在正常的水位時(shí)候，送給NE555為1/3VCC2/3VCC的電平，即保持前一個(gè)水泵不加水的狀態(tài)；當(dāng)水位居于高水位時(shí)，給NE555電路一個(gè)高電平，這時(shí)NE555輸出電平翻轉(zhuǎn)為低電平，不能驅(qū)動(dòng)水泵，水泵停止加水。555電路電源電路水塔水箱圖3.1 方案一框圖方案二：如圖3.2所示為方案二框圖。本方案采用單片機(jī)STC89C52作為我們的控制芯片，主要工作過(guò)程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí)，水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平，然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈變亮；當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，綠燈亮；當(dāng)水位在高水位時(shí)，單片

7、機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水，黃燈亮。水位傳感器A/D轉(zhuǎn)換單 片 機(jī)電機(jī)控制鍵盤報(bào)警控制數(shù)碼顯示圖3.2 方案二框圖第一種方案設(shè)計(jì)使用起來(lái)比較方便也簡(jiǎn)單，不用編程等軟件方面的設(shè)計(jì)，但是沒(méi)有穩(wěn)壓電路，使輸入NE555芯片的電平十分不穩(wěn)定，容易發(fā)生誤判水位引起混亂的情況，且NE555電路只有一個(gè)輸出端，不能接顯示系統(tǒng)，所以不能完成顯示功能。第二種方案中使用了單片機(jī)處理，單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測(cè)量的一種新技術(shù)。此系統(tǒng)使用過(guò)程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會(huì)產(chǎn)生誤判的情況，由于STC89C52單片機(jī)有40端口32引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。綜上，已經(jīng)清楚地看到了兩種方案的優(yōu)劣，要能夠

8、很好地完成本次設(shè)計(jì)的各個(gè)指標(biāo)和達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，選擇第二種方案作為本課題的設(shè)計(jì)方案。3.2 各部件的選擇3.2.1傳感器選擇方案?jìng)鹘y(tǒng)的水位檢測(cè)通過(guò)設(shè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)完成對(duì)水位的檢測(cè)。通常，由于受檢測(cè)點(diǎn)物理體積的影響，水位檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)目有限，從而影響了后續(xù)電路控制的精度。本設(shè)計(jì)中，采用SY-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555-2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(070)，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3.3所示。1、2腳為信號(hào)輸出；3腳為激勵(lì)電壓；4腳為接地地。圖3.3 SY-9411L-D

9、型變送器在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(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AD轉(zhuǎn)換器。3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換方案通過(guò)對(duì)傳感器的選擇，可知由傳感器輸出的水位高度信號(hào)是010V的直流電壓。在設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)采樣、保持電路對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)。但這種處理方法由于受電路規(guī)模和采樣精度的影響，不可能對(duì)水位信號(hào)作出精確的處理，近而也無(wú)法對(duì)電機(jī)、水位高度顯示和報(bào)警作出精確的控制。因此，本設(shè)計(jì)中采用集成芯片TLC549對(duì)010V的直流電壓進(jìn)行處理?？梢赃_(dá)到：（1）電路簡(jiǎn)潔、明了。（2）高

10、轉(zhuǎn)換精度。（3）高控制精確。3.2.3單片機(jī)復(fù)位方案RST/VPD：復(fù)位/備用電源線，可以使單片機(jī)處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。通常，單片機(jī)的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種，圖3.4給出了它們的電路?？紤]到，水塔與居民生活密切相關(guān)，當(dāng)因特殊原因?qū)е聠纹瑱C(jī)掉電，需單片機(jī)立即自動(dòng)復(fù)位（如：夜間短時(shí)間停電，導(dǎo)致本系統(tǒng)停止工作），故本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位方式。 圖3.4 復(fù)位電路3.2.4單片機(jī)起振方案XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。也可以采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件?？紤]到設(shè)計(jì)、使用的方便，本設(shè)計(jì)中采用片內(nèi)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。即XT

11、AL1和XTAL2只需外接晶振（配上相應(yīng)的電容），便可以給單片機(jī)提供相應(yīng)的時(shí)鐘頻率。3.2.5驅(qū)動(dòng)顯示方案 本設(shè)計(jì)中需顯示水塔水位的高度，具體的顯示方案有兩種選擇：(1)利用74LS48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管：與單片機(jī)連接較為復(fù)雜，需占用單片機(jī)8個(gè)端口。且在與數(shù)碼管連接時(shí)需附加上拉電阻，用以完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。(2)利用LCD考慮到本設(shè)計(jì)中，若利用MAX7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，MAX7219芯片價(jià)格較高，采用后大大提高成本支出將造成資源浪費(fèi)，且。同時(shí)，隨著MAX7219的使用（對(duì)MAX7219的編程）將提高源程序的復(fù)雜度，對(duì)編譯、調(diào)試和單片機(jī)運(yùn)行效率都將造成影響。故設(shè)計(jì)中采用LCD。3.2.6電機(jī)選擇方案電動(dòng)機(jī)

12、有直流流、交流之分。異步電動(dòng)機(jī)屬于交流電機(jī)的一種；另一種交流電機(jī)是同步電機(jī)。異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，所以應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)中，采用異步三相交流電機(jī)。3.3 總體思路水位高度的檢測(cè)：利用水位傳感器完成。傳感器輸出信號(hào)處理：傳感器輸出信號(hào)，有直流電壓和直流電流之分。設(shè)計(jì)中需將這一信號(hào)進(jìn)行處理，以便單片機(jī)能夠接收和處理。單片機(jī)控制：?jiǎn)纹瑱C(jī)將由前級(jí)輸入的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，從而產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。數(shù)碼顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和報(bào)警電路根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)，作出相應(yīng)的動(dòng)作。電機(jī)控制電路根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的狀態(tài)作出相應(yīng)的動(dòng)作。4 硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)組成水位自動(dòng)控制器由7個(gè)部分組成，即水位

13、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤、單片機(jī)、顯示部分、電機(jī)控制、報(bào)警控制部分。系統(tǒng)框圖可參考圖3.2。4.2 單元模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)介紹(1) 選用STC89C52作為控制芯片，其引腳圖如圖4.1所示。STC89C52是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗單片機(jī)，指令代碼完全兼容Intel 8051單片機(jī)。(2) STC89C52的封裝STC89C52的封裝如圖4.2所示。圖4.1 STC89C52引腳圖 圖4.2 STC89C52封裝圖(1)STC89C52各引腳功能及管腳電壓4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)TLC549是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)CLK

14、、CS、POUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)17s， TLC549為40 000次/s。總失調(diào)誤差最大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，V(REF-)接地，V(REF+)(VREF-)1V，可用于較小信號(hào)的采樣17。a.芯片簡(jiǎn)介TLC549的內(nèi)部框圖和引腳名稱如圖4.3所示。圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換器引腳極限參數(shù)TLC549的極限參數(shù)如下：電源電壓：6.5V；輸入電壓范圍：0.3VVCC0.3V；輸出電壓范圍：0.3VVCC0.3V；峰值輸入電流(任一輸入端)：±1

15、0mA；總峰值輸入電流(所有輸入端)：±30mA；工作溫度： TLC549C：070 TLC549I：4085 TLC549M：55125b.工作原理TLC549均有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I/O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)須特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出(POUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLC549時(shí)，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時(shí)的I/O控制端口。c.一組通常的控制時(shí)序?yàn)椋?(1)將CS置低。內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將

16、前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。(2) 前四個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個(gè)位(D6、D5、D4、D3)，片上采樣保持電路在第4個(gè)I/O CLOCK下降沿開(kāi)始采樣模擬輸入。(3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位，(4)最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，然后開(kāi)始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個(gè)I/O CLOCK后，CS必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維

17、持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時(shí)I/O CLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時(shí)序失去同步；若CS為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)(4)，可重新啟動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，應(yīng)使第8個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)樾酒m在第4個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘下降沿開(kāi)始采樣，卻在第8個(gè)I/O CLOCK的下降沿開(kāi)始保存。STC89C5

18、2與ADC接口時(shí)三個(gè)注意事項(xiàng)：要給START線送一個(gè)100ns寬的啟動(dòng)脈沖。獲取EOC線上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗茿/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的標(biāo)志。要給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個(gè)端口地址，也就是給OE線上送一個(gè)地址譯碼器輸出信號(hào)。STC89C52和ADC接口通常采用查詢和中斷兩種方式。采用查詢法傳送數(shù)據(jù)時(shí)STC89C52應(yīng)對(duì)EOC線查詢它的狀態(tài)：若查詢到EOC變?yōu)楦唠娖剑瑒t給OE線送一個(gè)高電平，以便從D0D7線上提取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，EOC線作為CPU的中斷請(qǐng)求線。CPU響應(yīng)中斷后，應(yīng)在中斷服務(wù)程序中使OE線變?yōu)楦唠娖?，以提取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器串行I/O接口如圖4.

19、4所示。圖4.4 A/D轉(zhuǎn)換器串行I/O接口4.2.3起振電路設(shè)計(jì)石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以使STC89C52片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時(shí)鐘頻率FOSC為0.516MHz，典型值為12MHz或11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)FOSC的目的。本設(shè)計(jì)中，晶振采用12MHz，CI和C2取30pf。其連接電路如圖4.5起振電路所示9。圖4.5 晶振顯示設(shè)計(jì)LCD1602液晶本設(shè)計(jì)中由于要對(duì)水位進(jìn)行顯示，所以選擇液晶顯示屏1602模塊作為輸出。1602字符型LCD通常有14條

20、引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線。它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。如表4.2所示18表4.2 LCD1602引腳功能LCD1602主要管腳介紹：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比

21、度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫(xiě)信號(hào)線端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。E為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 LCD1602液晶顯示電路圖4.6 LCD1602顯示電路將LCD1602的RS端和P2.0，R/W端和P2.1，E端和P2.2相連，當(dāng)RS=0時(shí)，對(duì)LCD1602寫(xiě)入指令；當(dāng)RS=1時(shí)，對(duì)LCD1602寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)R/

22、W端接高電平時(shí)芯片處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，反之處于寫(xiě)數(shù)據(jù)狀態(tài)，E端為使能信號(hào)端。當(dāng)R/W為高電平,E端也為高電平，RS為低電平時(shí)，液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。圖4.6為1602液晶顯示屏與單片機(jī)的硬件連接圖10。電機(jī)控制圖4.7為三相電動(dòng)機(jī)單向啟動(dòng)控制圖。三相電機(jī)的工作控制電路是三相交流電源開(kāi)關(guān)QS->熔斷器->繼電器->電動(dòng)機(jī)M。電源開(kāi)關(guān)控制電機(jī)的電源，熔斷器就是電阻絲，防止電路的意外短路造成對(duì)電機(jī)的損壞。繼電器是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電機(jī)的智能化控制如圖4.7所示異步電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)的瞬間，啟動(dòng)電流大約是額定電流的47倍。過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)造成電網(wǎng)電壓的變化過(guò)大；對(duì)于啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的電機(jī)，過(guò)大

23、的啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)會(huì)造成損害。所以除了小型異步電動(dòng)機(jī)外，大多數(shù)異步電動(dòng)機(jī)采用壓降啟動(dòng)方式，以減小啟動(dòng)電流。常見(jiàn)的降壓?jiǎn)?dòng)方式有Y/降壓?jiǎn)?dòng)、沿邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等11。本設(shè)計(jì)采用Y/降壓?jiǎn)?dòng)。4.2.6報(bào)警電路報(bào)警電路蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)出聲音，因此就需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，又由于單片機(jī)I/O引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。在電路中通過(guò)一個(gè)三極管9015來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，圖4.4報(bào)警電路，蜂鳴器的負(fù)極接地，蜂鳴器的正極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過(guò)限流電阻R

24、5后由單片機(jī)的P3.5引腳控制，當(dāng)P3.5輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒(méi)有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.5輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過(guò)程序控制P3.5腳的電平來(lái)使蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能12。圖4.8 蜂鳴報(bào)警電路蜂鳴器通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，這里選用9015。電路如圖4.8所示：4.2.7 鍵盤電路本鍵盤電路采用獨(dú)立鍵設(shè)計(jì)，三個(gè)鍵接到單片機(jī)的三個(gè)中斷源上。當(dāng)按下時(shí)為低電平。其中K1“模式”鍵、K2為“減一”鍵、K3“加一”鍵，電路如圖4.9所示：圖4.9 鍵盤電路4.3 系統(tǒng)整機(jī)分析整機(jī)電路圖見(jiàn)附錄。本設(shè)計(jì)是通過(guò)水位傳感器對(duì)水位高度（0

25、10m）進(jìn)行采樣、量化后，輸出010V的直流電壓。再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路將這一直流模擬量轉(zhuǎn)換為8位的并行數(shù)字量，并送入單片機(jī)進(jìn)行處理。在單片機(jī)中將輸入的8位數(shù)字量進(jìn)行量化數(shù)為100的量化處理，并根據(jù)這一量化將水位高度控制轉(zhuǎn)化為對(duì)狀態(tài)0099的控制，其中狀態(tài)00對(duì)應(yīng)0.0m、狀態(tài)01對(duì)應(yīng)0.1m、 狀態(tài)99對(duì)應(yīng)9.9m。根據(jù)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)置兩個(gè)水位控制點(diǎn)，分別為：10、80。：當(dāng)狀態(tài)在0010時(shí)：電機(jī)工作，報(bào)警電路工作。：當(dāng)狀態(tài)在1080時(shí)：電機(jī)工作，報(bào)警電路停止工作。：當(dāng)狀態(tài)在8099時(shí)：電機(jī)停止工作，報(bào)警電路工作。：根據(jù)狀態(tài)0099的不同，分別將0099輸出到液晶顯示部分。 根據(jù)上述狀態(tài)，即可

26、分別對(duì)液晶顯示、蜂鳴器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)化控制13。5 PCB制板51 PCB板圖的繪制本系統(tǒng)主要由水位檢測(cè)傳感器，單片機(jī)控制部分，水位顯示部分，A/D轉(zhuǎn)換部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)部分，鍵盤設(shè)置部分組成，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝方便。本系統(tǒng)的工作過(guò)程是當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器檢測(cè)到水位在設(shè)定水位以下時(shí)，有一串?dāng)?shù)字信號(hào)送入單片機(jī)的P2.2口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在P1.6口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)黃色發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)，P2.0口輸出一個(gè)高電平，使蜂鳴器報(bào)警，P3.1口有一個(gè)信號(hào)使繼電器閉合，使水泵轉(zhuǎn)動(dòng)，并向水塔加水；當(dāng)水位處于中等水位的時(shí)候，水泵繼續(xù)工作，P2.0口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器不報(bào)警；當(dāng)

27、水位處于高水位時(shí)，在P1.7口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)紅色發(fā)光二極管發(fā)光，在P2.0口輸出一個(gè)低電平，使繼電器不能閉合，水泵不能自動(dòng)抽水。具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)無(wú)觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等。通過(guò)光電耦合器的驅(qū)動(dòng)可以使得繼電器的工作更加靈敏。此次設(shè)計(jì)自己在理論上、仿真上都很成功，但是在實(shí)際的調(diào)試過(guò)程中顯示部分卻出現(xiàn)了問(wèn)題。原因是芯片的封裝與設(shè)計(jì)時(shí)的不同，結(jié)果引起顯示部分個(gè)芯片管腳的電位混亂，再處理這些問(wèn)題時(shí)自己顯的不冷靜，出現(xiàn)很多沒(méi)必要的錯(cuò)誤，因設(shè)計(jì)過(guò)程中耗費(fèi)了大量時(shí)間，所以沒(méi)有足夠的時(shí)間調(diào)試和改進(jìn)，這讓自己懂得了，做任何學(xué)問(wèn)都要一絲不茍，對(duì)出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不能輕視，要通過(guò)正確的途徑區(qū)解決，做事情的時(shí)候要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就能找到解決問(wèn)題的思路和辦法。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作，認(rèn)真聽(tīng)取別人的意見(jiàn)，這樣做事也會(huì)事半功倍。當(dāng)然整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己也收獲頗多，對(duì)電路的設(shè)計(jì)有一大致的了解并能自己動(dòng)手完成一些簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)、制板