基于單片機(jī)智能潛水泵保護(hù)器設(shè)計(jì)與研究

《基于單片機(jī)智能潛水泵保護(hù)器設(shè)計(jì)與研究》專業(yè)（系）班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師完成日期2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱：基于單片機(jī)的智能潛水泵保護(hù)器設(shè)計(jì)研究二、指導(dǎo)教師：劉紅兵、李移倫三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課題概述單相水冷式潛水泵，作為農(nóng)村干旱季節(jié)的主要灌溉工具和家庭水塔的供水設(shè)備，已經(jīng)日益普及。但是，由于抽水時(shí)水源不足，常常會(huì)因?yàn)榫腥彼鴮?dǎo)致水泵電機(jī)繞組燒壞，據(jù)統(tǒng)計(jì)80％左右的水冷式水泵電機(jī)繞組燒壞，都是這個(gè)原因造成。另外，為了提高灌溉與供水的自動(dòng)化程度，我們經(jīng)常要采用定位（水位）抽水，定時(shí)抽水等方式。以單片機(jī)控制的潛水泵智能保護(hù)控制器可以很好的解決以上問題，它的主要功能有：通過實(shí)時(shí)檢測水泵電機(jī)是否處于水面下，來決定是否對(duì)水泵實(shí)施斷電保護(hù)，這種保護(hù)方式快捷、準(zhǔn)確；通過對(duì)水塔或灌溉區(qū)域的水位實(shí)時(shí)檢測，可以實(shí)現(xiàn)定位抽水；通過預(yù)先設(shè)定抽水時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)抽水。設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠。2)能實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)間。3)檢測三個(gè)水位水池上水位器、水池下水位器、潛水泵水位器，用來檢測水位保證水泵下常工作。定位抽水工作方式：4)當(dāng)水池水位低于下水位，自動(dòng)啟泵，當(dāng)達(dá)到上水位自動(dòng)停泵。5)在抽水過程中，若水泵缺水，水泵應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，延時(shí)一定時(shí)間后再自動(dòng)啟泵，延時(shí)時(shí)間可以由用戶根據(jù)水源情況，自己設(shè)定和修改。定時(shí)抽水工作方式：6)系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定的抽水時(shí)間間隔和每次抽水時(shí)間，自動(dòng)啟停泵。7)在抽水過程中，若水泵缺水，水泵應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，延時(shí)一定時(shí)間后再自動(dòng)啟泵，延時(shí)時(shí)間可以由用戶根據(jù)水源情況，自己設(shè)定和修改。技術(shù)參數(shù)1)時(shí)間設(shè)定范圍：1～999分鐘，定時(shí)誤差不超過2秒/天。2)電源:=1\*GB3①交流220V±10%(供電電源);3)工作條件：溫度－20℃～50℃,相對(duì)濕度≤85%RH;四、設(shè)計(jì)參考書 《電工學(xué)》 魏國英 電子工業(yè)出版社 《模擬電子技術(shù)》第二版 戴士弘 電子工業(yè)出版社 《》 中南大學(xué)出版社五、設(shè)計(jì)說明書要求封面目錄內(nèi)容摘要(200~400字左右，中英文)引言正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)）結(jié)束語附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等)六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 1、下發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、布置畢業(yè)設(shè)計(jì) 2、查閱相關(guān)資料確定總體方案（2周） 3、硬件元器件選擇，設(shè)計(jì)原理圖（2周） 4、軟件總體設(shè)計(jì)，繪制流程圖（1周） 5、軟件編碼和調(diào)試（2周） 6、畢業(yè)論文書寫、打印和裝訂（1周）七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及論文要求畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時(shí)對(duì)自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景 11.2課題研究內(nèi)容 1第2章可編程控制器的概述 32.1PLC的定義 32.2PLC的組成 32.3可編程控制器的分類和發(fā)展 42.4可編程控制器的用途 42.5可編程控制器的工作過程 42.6可編程序控制器的功能 5第3章總體方案設(shè)計(jì) 73.1總體設(shè)計(jì)分析 73.2硬件設(shè)計(jì) 73.3軟件設(shè)計(jì) 8第4章硬件電路的設(shè)計(jì) 94.1硬件電路元器件的選擇 94.1.1PLC的選型 94.1.2電動(dòng)機(jī)的選型 104.1.3接觸器的選型 104.1.4熱繼電器的選型 114.1.5傳感器的選型 114.1.6開關(guān)電器、熔斷器的選型 124.2電氣控制電路的設(shè)計(jì) 124.3操作面板的設(shè)計(jì) 12第5章軟件控制設(shè)計(jì) 145.1系統(tǒng)流程圖 145.2I/O分配表 155.3PLC接線圖 165.4梯形圖 16第6章程序調(diào)試 196.1調(diào)試過程 196.2調(diào)試結(jié)果 216.2.1主控制程序的仿真 216.2.2灌裝、報(bào)警程序的仿真 216.2.3計(jì)數(shù)程序的仿真 23第7章結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 25致謝 26附件 27元件清單 27程序邏輯指令 27摘要在農(nóng)業(yè)中,潛水泵被廣泛應(yīng)用。但是由于長期工作在水下，工作環(huán)境十分惡劣，電動(dòng)機(jī)燒壞的事故時(shí)有發(fā)生。而大部分是水泵繞組燒壞，其主要原因是水泵缺水運(yùn)行。針對(duì)這一常見的故障，特設(shè)計(jì)了一種用于潛水泵監(jiān)測保護(hù)的控制器。本文介紹了智能潛水泵保護(hù)控制器的總體設(shè)計(jì)思路，并給出了詳細(xì)的硬件電路圖和軟件流程。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C2051;潛水泵；保護(hù)控制器AbstractsubmersiblepumpiswidelyusedInagriculture.ButMotorburned-outaccidentsoccurfrequentlyforbadenvironmentandlong-termworkinginunderwater.Andthemainreasonforpumpwindingburnoutisshortageofwaterwhenthepumpisoperating.Inordertoslovethecommonfailure,anewcontrollerhasbeendesignedforsubmersiblepumpmonitoringprotection.Thispaperpresentstheoveralldesignideaofintelligentsubmersiblepumpprotectioncontroller,hardwarecircuitdiagramandsoftwareflowchart.keywords:AT89C2051singlechip,Submersiblepump,Protectioncontroller

緒論1.1選題背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，人們的生活水平日益提高，用水也慢慢成為人們較關(guān)注的一個(gè)話題，然而在人們用水的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)潛水泵燒壞的情況，主要原因是在抽水過程中，由于水源來水不足，潛水泵干抽燒壞。另外，為了提高灌溉與供水的自動(dòng)化程度，我們經(jīng)常采用定位（水位）抽水，定時(shí)抽水等方式。組成的智能供水控制系統(tǒng)的方案，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵運(yùn)行的智能控制。1.2立題的目地和意義AT89C2051單片機(jī)是常用于控制的芯片，在智能儀表、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果。使用AT89C2051單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全程的自動(dòng)控制，而且AT89C51單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性價(jià)比高。在本課題中，它的主要功能是通過實(shí)時(shí)檢測水泵電機(jī)是否處于水下面，來決定是否對(duì)水泵實(shí)施斷相保護(hù)，這種保護(hù)方式快捷，準(zhǔn)確；通過對(duì)水塔或灌溉區(qū)域的水位實(shí)時(shí)檢測，可以實(shí)現(xiàn)定位抽水；通過預(yù)先設(shè)定抽水時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)抽水。這樣就可以盡量的避免潛水泵出現(xiàn)故障。第二章概述2.1潛水泵的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用泵是伴隨著工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來的。19世紀(jì)時(shí)，國外已有了比較完整的泵的型式和品種，并得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1880年左右，一般用途的離心泵產(chǎn)量占整產(chǎn)量的90％以上，而動(dòng)力裝置用泵、化工泵、礦山用泵等特殊用途的泵，僅占整個(gè)泵產(chǎn)量的10％左右。到1960年，一般用途的泵只占45Y002Ea，而特殊用途的泵已占55％o2Ea。據(jù)目前發(fā)展趨勢(shì)，特殊用途的泵，會(huì)比一般用途的泵所占比例還要提高。早在20世紀(jì)初，潛水污水泵由美國首先研制成功，用它來代替深井泵。隨后，西歐各國也相繼進(jìn)行研制，并且不斷加以改進(jìn)，逐步完善。如德國的萊茵褐煤礦，使用各種潛水污水泵2500多臺(tái)，容量最高的達(dá)1600kW、揚(yáng)程410m。我國的潛水污水泵是20世紀(jì)60年代，發(fā)展起來的，其中作業(yè)面潛水電泵在南方早已用于農(nóng)田的灌溉，且中小容量的潛水電泵已形成系列，并批量投入了生產(chǎn)。大容量高電壓的潛水電泵、潛水電動(dòng)機(jī)也相繼面世，500～1200kw的大型潛水電泵均已在礦山投入運(yùn)行。

，在我國潛水電泵有以下四大主要發(fā)展趨勢(shì)：一是：由于發(fā)展大中型潛水電泵具有簡化泵結(jié)構(gòu)和節(jié)省泵站建設(shè)投資的有點(diǎn)，不僅可以降低成本，還可以縮短工期。因此，未來將會(huì)在市政、工礦、環(huán)保和工農(nóng)業(yè)給排水等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。預(yù)估其需求量將會(huì)與日遞增。二是：國內(nèi)帶有切割裝置的泵、多級(jí)泵、抽送腐蝕性介質(zhì)的潛水電泵等多功能多用途潛水電泵產(chǎn)品與國外相比還不夠多。然而，多功能多用途潛水電泵需求量又很大，因此具有很大的發(fā)展前景。三是：潛水電泵的關(guān)鍵部分是開發(fā)高可靠性機(jī)械密封機(jī)械密封，而采用兩道單端面機(jī)械密封，這樣介質(zhì)的壓力可以作用到端面，泄漏方向?yàn)閮?nèi)流型，這些都是有利的，但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。因此，還應(yīng)進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行研究，提高潛水電泵可靠性和壽命。四是：各種新材料新技術(shù)將會(huì)引用到潛水電泵上，擴(kuò)大潛水泵的應(yīng)用領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助測試等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用也勢(shì)在必行。事實(shí)證明，新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，不但解放勞動(dòng)生產(chǎn)力，而且還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。雖然我國的泵業(yè)發(fā)展已有了長足的進(jìn)步，但還是存在諸多問題，主要是市場秩序混亂；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不完整，低端市場產(chǎn)品供過大于求；企業(yè)技術(shù)水平相對(duì)較低，自主研發(fā)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。這些問題在一定程度上阻礙了我國泵業(yè)市場的健康發(fā)展。隨著越來越多的跨國泵生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入中國，泵業(yè)市場競爭的國際化日益加深，國內(nèi)泵業(yè)企業(yè)在技術(shù)、管理等方面將面臨越來越大的挑戰(zhàn)。從美國、德國等發(fā)達(dá)國家的泵行業(yè)發(fā)展過程來看，中國的泵業(yè)市場勢(shì)必要經(jīng)歷一場由外資（合資）企業(yè)主導(dǎo)的整合。這一輪整合必將淘汰一部分缺乏技術(shù)能力和市場競爭力的中小型企業(yè)。這無疑有助于提高中國泵業(yè)市場的集中度，調(diào)整市場秩序。這也將使中國的泵業(yè)市場更具生機(jī)，并積極參與到全球泵業(yè)市場的競爭中。2.1.1工作原理2.1.2基本參數(shù)a.吸程（Hd）：水泵中心至水面的垂直高度b.揚(yáng)程（Hs）：水泵中心至最高供水點(diǎn)垂直度c.全揚(yáng)程（Ht）：吸程高度和揚(yáng)程高度之和Ht=Hd+Hsd.流量（Q）：流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體量。分為體積流量：單位，m3/h，L/min質(zhì)量流量：單位，t/he.轉(zhuǎn)速Ns（RPM）：Ns=120*F/NF：頻率N：電機(jī)級(jí)數(shù)2.1.32.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(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。2.2.1單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗高達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。如80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗比如象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。2．微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就更強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有特色的單片機(jī)芯片。現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3．主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品、ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，以其價(jià)低質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品和日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，而不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。[3]2.2.2單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。（2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。（3）在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。（4）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。（5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。（6）在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。[5]在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。（7）單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。[6]在單片機(jī)的控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，需要把控制現(xiàn)場的各種狀態(tài)信息輸入到單片機(jī)，[18]由單片機(jī)按控制要求、對(duì)系統(tǒng)的各種狀態(tài)進(jìn)行處理，并輸出相應(yīng)的控制命令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的自動(dòng)控制。本課題就是通過對(duì)AT89C2051單片機(jī)的設(shè)計(jì)方法和研制過程的研究，來實(shí)現(xiàn)對(duì)智能潛水泵運(yùn)行的監(jiān)控

主要芯片介紹3.1單片機(jī)89c2051根據(jù)課題要求，系統(tǒng)可以劃分為電源部分、中央處理器（CPU）控制部分、執(zhí)行部分。其中控制部分包括AT89C2051芯片及外圍電路，執(zhí)行部分包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、蜂鳴器鳴叫電路、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路、鍵盤掃描電路。3.1.1核心控制部件AT89C2051芯片性能

AT89C2051是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀Flash程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C2051單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合。它是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，具有20個(gè)引腳，15個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個(gè)完整的8位雙向I/O口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。同時(shí)AT89C因?yàn)锳T89C2051是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。AT89C2051具有下列主要性能:4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器(可經(jīng)受1，000次的寫入/擦除周期);全靜態(tài)工作:OHz~24MHz;三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密;128B字節(jié)內(nèi)部RAM;32條可編程I/O線;2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;6個(gè)中斷源;可編程串行通道;片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等。AT89C2051是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到OHz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式—空閑方式(IdleMode)和掉電方式(PowerDownMode)。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。它有40個(gè)引腳，DPI封裝的集成電路芯片。隨著半導(dǎo)體工藝的成熟和生產(chǎn)的工業(yè)化，使它的價(jià)格越來越低，是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)首選機(jī)型。AT89C2051具有豐富的I/O接口，內(nèi)置定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)。2.7-6.V的寬工作電壓范圍，時(shí)鐘頻率0-24MHz，可直接驅(qū)動(dòng)LED，兩級(jí)加密位，內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器，可編程UARL通道。

AT89C51的帶負(fù)載能力有限，我們還給p1口增加了上拉電阻（雖然p1口內(nèi)部已經(jīng)接有上拉電阻輸出電流有20MA左右），增強(qiáng)它的帶負(fù)載能力。3.1.2AT89CCHMOS制造工藝的AT89C2051單片機(jī)采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），在單片機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。下面按其引腳功能為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳功能。電源引腳VCC和VSS。單片機(jī)能夠工作，需要電能，就少不了通過一個(gè)引腳給單片機(jī)提供電源。單片機(jī)使用的是+5V電源，在本系統(tǒng)中，有專門的輔助電源，產(chǎn)生+5V電壓，從31腳VCC接入，一般要接+5V電源，加引腳（VSS）是一個(gè)接地引腳。系統(tǒng)引腳接晶體引腳XTAL1和XTAL2。XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)CHMOS單片機(jī)，該引腳懸浮?？刂苹蚺c其他電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。ST/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳接一個(gè)約5K的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè)約10uf的電容，以保證可靠地復(fù)位。（4）VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。（5）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。對(duì)于EPROM型的單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。（6）RSEN：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀寫選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PESN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)，PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。（7）EA/VPP：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序，當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，對(duì)于常用的80C51來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21伏的編程電源（VPP）。輸入/輸出I/O引腳P0、P1、P2、P3共32根。a)P0口：是雙向8位三態(tài)I/O口，外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。b)P1口：是8位準(zhǔn)雙向I/O口由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能瑣存，故不是真正的I/O口。門口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載，對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它的接收低8位地址。c)P2口（21腳～28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址，在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它的接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。d)P3口（10腳～17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口，在80c51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。作為第一功能用時(shí)，就作為普通的I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。（8）外接晶體振蕩器的引腳單片機(jī)是一種時(shí)序電路，只有在提供脈沖信號(hào)的作用下，才能正常工作。因?yàn)椴煌脩魧?duì)單片機(jī)的速度要求的不一樣，因此在單片機(jī)的內(nèi)部，并沒有集成晶體振蕩器，而由用戶根據(jù)具體的控制情況和要求選擇外接。但外接的晶體振蕩器的振蕩信號(hào)，還不足以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路，因此，在AT89C2051的內(nèi)部，都設(shè)計(jì)一個(gè)高增益的放大器將外接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)放大。在原理圖的18和19引腳，X1和X2就分別是放大器的輸出和輸入端。單片機(jī)各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí)，它們被用作第二功能，它們就自動(dòng)充當(dāng)著傳輸“寫”或“讀”信號(hào)的作用，不能作為通用I/O口時(shí)，也就是說，只要CPU執(zhí)行到MOVX指令，就會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明.P3口的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào).因此在實(shí)際使用時(shí)，都是按需要選用其第二功能信號(hào)，剩下的才以第一功能的身份做數(shù)據(jù)I/O口使用.3.2三極管S90133.2.1背景在中國的抗戰(zhàn)時(shí)期，一只三極管（電子管）勝比千軍萬馬。八路軍要搞到一只三極管比搞到軍火、藥品還難！因?yàn)橛辛怂?，才能有千里耳——電臺(tái)。直到當(dāng)今社會(huì)，大到宇宙飛船，小到家用電器都是基于三極管及其原理來工作的。三極管對(duì)世人來說，的確是一件最為重要又神秘的器件。本文將用通俗的手法，讓你輕松簡易的進(jìn)入三極管世界。3.2.2三極管的分類三極管最大的分類為電子三極管和晶體三極管兩類。1904年，英國物理學(xué)家弗萊明發(fā)明了世界上第一只電子管，世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代。如圖，電子管的外形是只玻璃瓶（如圖1）早期的電臺(tái)、電視機(jī)、收音機(jī)、擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品都是用電子管制作的。近年來逐漸被晶體管和集成電路所取代，但目前在一些高保真音響器材中，仍然使用電子管作為音頻功率放大器件?，F(xiàn)在我們所接觸到的一般都是晶體三極管（如圖2）晶體三極管的分類很多：可按制作材料分為：鍺管、硅管；可按功率大小分為：大功率、中功率、小功率；可按截止頻率分為：高頻、低頻；還有按結(jié)構(gòu)、封裝、噪音等等進(jìn)行分類。例我們常用的9012、9013、8050、8550都是屬于低頻、小功率、硅管；9018是屬于高頻、小功率、硅管；9014是屬于低噪聲、低頻、小功率、硅管。3.2.3晶體二極管要了解三極管，首先要了解二極管。二極管的主要功能就是單向?qū)щ娦裕丛谕ǔ顟B(tài)下電流只能從二極管的一端流向另一端，反向是截止的。如圖3，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體連合，形成一個(gè)P-N結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)將P極接電源正極，N極接電源負(fù)極，即外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場互相抑消，PN結(jié)導(dǎo)通，引起了正向電流。當(dāng)將P極接電源負(fù)極，N極接電源正極，即外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，PN結(jié)截止。二極管的正向也是要的一定的電壓下才會(huì)導(dǎo)通的，這個(gè)電壓稱為正向?qū)妷夯蛘驂航?；二極管的反向在較大的電壓下也會(huì)導(dǎo)通，這個(gè)電壓稱為二極管的反向擊穿電壓或耐壓；二極管正向?qū)〞r(shí)，如電流加得太大，會(huì)被燒毀，故二極管有最大正向電流限制。以上三點(diǎn)是二極管的三個(gè)主要參數(shù)。如我們常用的整流二極管1N4007：正向壓降是0.7伏，反向擊穿電壓是1000伏，最大正向電流1安。普通亮度的φ5發(fā)光二極管：正向壓降是1.62伏，反向擊穿電壓是50伏，最大正向電流（正常工作電流）20毫安。對(duì)于同一個(gè)二極管來說，其正向壓降和反向擊穿電壓都是固定且很穩(wěn)定的（隨通過電流的變化，變化很?。?，這就是其穩(wěn)壓特性。所以所有的二極管正向都是一個(gè)很好的穩(wěn)壓管，而專用穩(wěn)壓管都是利用反向擊穿電壓特性制成的。3.2.3晶體三極管的工作原理1．內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4，三極管可以看作是由兩個(gè)二極管合成的，其內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)。在通常狀態(tài)，電流只能從P流向N。2．符號(hào)三極管在電路圖中的符號(hào)如圖5所示，三個(gè)引腳分別叫做：基極b（基本控制用）、集電極c（被控制）、發(fā)射極e（基極電流電子發(fā)射）?，F(xiàn)代工藝制造的三極管，集電極c和發(fā)射極e一般不能反用。如果反用，會(huì)大大降低三極管的放大倍數(shù)。3.放大作用放大作用是三極管的靈魂，我們用NPN型三極管，來說明三極管的電流關(guān)系（電流放大作用）。按照PN結(jié)的特性，電流可以三極管的b極流向e極，也可以從b極流向c極。但不能從c極流向e極，也不能從e極流向c極。因?yàn)檫@時(shí)電流都會(huì)被一個(gè)反向的PN結(jié)所阻斷。然而，當(dāng)我們給b-e通一個(gè)電流（Ib）的同時(shí)，集電極c發(fā)射極e就能導(dǎo)通了，而且這時(shí)的c-e電流Ic可以比Ib大的多（幾百倍）。這就是三極管的放大和開關(guān)作用（如圖7），如同飛機(jī)機(jī)翼升力產(chǎn)生的原理相仿。靜置時(shí)機(jī)翼沒有向上的升力，當(dāng)機(jī)翼相對(duì)空氣向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)翼就產(chǎn)生了垂直的升力。學(xué)習(xí)使用三極管，就是學(xué)會(huì)如何用基極電流Ib來控制集電極電流Ic。使電路具有放大功能或自動(dòng)控制功能或作為振蕩器應(yīng)用等等。4.工作狀態(tài)要正確使用三極管，必須熟悉三極管的三個(gè)工作狀態(tài)。在使用三極管時(shí)，必須明白自己要使三極管工作在什么狀態(tài)才能達(dá)到預(yù)期的效果。我們知道，二極管正向是導(dǎo)通的，反向是截止（不導(dǎo)通）的，而二極管的正向?qū)ê头聪蚪刂苟际怯袟l件的。其反向截止的條件是：所加的電壓小于其反向擊穿電壓（電壓高了，什么東西都會(huì)被擊穿）。二極管的正向?qū)l件是兩個(gè)：一是所加的電壓大于二極管的導(dǎo)通門限電壓；二是要加限流電阻。我們所用的9013、9012等三極管中的b極到e極（發(fā)射結(jié)），就是一個(gè)導(dǎo)通門限電壓約0.6V的二極管。（1）．截止?fàn)顟B(tài)（Ib=0、Ic=0）：如圖8，當(dāng)電位器從最下端慢慢向上調(diào)節(jié)，B點(diǎn)的電位（和0V基準(zhǔn)點(diǎn)間的電壓）從0V變到約0.6V的過程中，基極電流Ib都為0。這時(shí)的集電極電流Ic自然也為0，C到E之間截止（無電流不導(dǎo)通），C點(diǎn)的電位等于A點(diǎn)的電位（6V）。（2）．放大狀態(tài)（ΔIc=βΔIb）：當(dāng)電位器繼續(xù)向上調(diào)節(jié)，B點(diǎn)的電位繼續(xù)變高，這時(shí)發(fā)射結(jié)開始導(dǎo)通，基極電流Ib產(chǎn)生，集電極電流Ic也出現(xiàn)，并且可以是Ib的上百倍。在這過程中，隨著Ib變大，Ic將會(huì)上百倍的隨之變大。C點(diǎn)的電位相應(yīng)隨之變低，A、C點(diǎn)之間的電壓變大。（3）.飽和狀態(tài)(Ic恒定=（6V-0.2V）/Rc)：基極電流Ib不斷變大，C點(diǎn)的電位變低到三極管的飽和導(dǎo)通電壓（約0.2V）時(shí)，C點(diǎn)的電位就不能再變低了。這時(shí)Ib不管怎么變大，Ic都不會(huì)再變了。3.2.4三極管的判斷半導(dǎo)體三極管的管腳判別在安裝半導(dǎo)體三極管之前，首先搞清楚三極管的管腳排列。一方面可以通過查手冊(cè)獲得，另一方面也可利用電子儀器進(jìn)行測量，下面講一下利用萬用表判定三極管管腳的方法。首先判定PNP型和NPN型晶體管：用萬用表的R×1k?（或R×100?）檔，用黑表筆接三極管的任一管腳，用紅表筆分別接其他兩管腳。若表針指示的兩阻值均很大，那么黑表筆所接的那個(gè)管腳是PNP型管的基極；如果萬用表指示的兩個(gè)阻值均很小，那么黑表筆所接的管腳是NPN型的基極；如果表針指示的阻值一個(gè)很大，一個(gè)很小，那么黑表筆所接的管腳不是基極。需要新?lián)Q一個(gè)管腳重試，直到滿足要求為止。進(jìn)一步判定三極管集電極和發(fā)射極：首先假定一個(gè)管腳是集電極，另一個(gè)管腳是發(fā)射極；對(duì)NPN于型三極管，黑表筆接假定是集電極的管腳，紅表筆接假定是發(fā)射極的管腳（對(duì)于PNP型管，萬用表的紅、黑表筆對(duì)調(diào)）；然后用大拇指將基極和假定集電極連接（注意兩管腳不能短接），這時(shí)記錄下萬用表的測量值；最后反過來，把原先假定的管腳對(duì)調(diào)，重新記錄下萬用表的讀數(shù)，兩次測量值較小的黑表筆所接的管腳是集電極（對(duì)于PNP型管，則紅表筆所接的是集電極）。3.2.5S底視圖位置放置，使三個(gè)引腳構(gòu)成等腰三角形的頂點(diǎn)上，從左到右依次為ebc；對(duì)于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為ebc。貼片封裝:貼片9013三極管9013是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的NPN型硅三極管特性·

集電極電流Ic：Max500mA·

集電極-基極電壓Vcbo：40V·

工作溫度：-55℃to+150℃和9012（PNP）相對(duì)

主要用途：開關(guān)應(yīng)用射頻放大．半導(dǎo)體三極管性能測試在三極管安裝前首先要對(duì)其性能進(jìn)行測試。條件允許可以使用晶體管圖示儀，亦可以使用普通萬用表對(duì)晶體管進(jìn)行粗略測量。（1）估測穿透電流ICEO。用萬用表R×1k?檔，對(duì)于PNP型管，紅表筆接集電極，黑表筆接發(fā)射極（對(duì)于NPN型管則相反），此時(shí)測得阻值在幾十到幾百千歐以上。若阻值很小，說明穿透電流大，已接近擊穿，穩(wěn)定性差；若阻值為零，表示管子已經(jīng)擊穿；若阻值無窮大，表示管子內(nèi)部斷路；若阻值不穩(wěn)定或阻值逐漸下降，表示管子噪聲大、不穩(wěn)定，不宜采用。（2）估測電流放大系數(shù)β。用萬用表的R×1k?（或R×100?）檔。如果測PNP型管，則按圖2.5.2示電路連接，圖中的100k?電阻和開關(guān)S，也可以用潮濕的手指捏住集電極和基極代替。若是測NPN型管，則紅、黑表筆對(duì)調(diào)。對(duì)比S斷開和接通時(shí)測得的電阻值（或手指斷開和捏住時(shí)的電阻值），兩個(gè)讀數(shù)相差越大，表示該晶體管的β值越高；如果相差很小或不動(dòng)，則表示該管已失去放大作用。如果使用數(shù)字萬用表，可直接將三極管插入測量管座中，三極管的β值可直接顯示出來。3．使用S9013三極管應(yīng)注意的事項(xiàng)（1）使用三極管時(shí)，不得有兩項(xiàng)以上的參數(shù)同時(shí)達(dá)到極限值。（2）焊接時(shí)，應(yīng)使用低熔點(diǎn)焊錫。管腳引線不應(yīng)短于10mm，焊接動(dòng)作要快，每根引腳焊接時(shí)間不應(yīng)超過兩秒。（3）三極管在焊入電路時(shí)，應(yīng)先接通基極，再接入發(fā)射極，最后接入集電極。拆下時(shí)，應(yīng)按相反次序，以免燒壞管子。在電路通電的情況下，不得斷開基極引線，以免損壞管子。（4）使用三極管時(shí)，要固定好，以免因振動(dòng)而發(fā)生短路或接觸不良，并且不應(yīng)靠近發(fā)熱元件。（5）功率三極管應(yīng)加裝有足夠大的散熱器?？傮w設(shè)計(jì)方案第四章硬件電路設(shè)計(jì)下面分別介紹基于單片機(jī)智能潛水泵保護(hù)器設(shè)計(jì)的硬件電路原理、元件功能與選型及硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.1系統(tǒng)硬件電路組成結(jié)構(gòu)1輸入模塊：電接點(diǎn)信號(hào)采樣通道由R/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，經(jīng)電壓比較器與基準(zhǔn)電壓比較后變?yōu)楦?、低電平，光電隔離后送入主控制模塊。2主控制模塊包擴(kuò)核心8C51與LED顯示模塊，LED由74LS164驅(qū)動(dòng)，顯示方式為靜態(tài)顯示方式。LED用共陽極接法。3輸出模塊：包括繼電器組控制和報(bào)警輸出。繼電器組實(shí)現(xiàn)泵組的配套電機(jī)的軟起動(dòng)。4.2電路的設(shè)計(jì)4.2.1電源電路為了減小控制器的體積、重量和成本，將220伏交流電通過R5與C2組成的阻容降壓電路，直接進(jìn)行橋式整流，再經(jīng)濾波和穩(wěn)壓，為系統(tǒng)提供5伏電源?？紤]到上電瞬間電容C2將交流高壓直接耦合，造成78L05過壓擊穿，本電路還使用了9.6伏穩(wěn)壓管VZ實(shí)施過壓保護(hù)。具體電路見圖。4.2.2無觸點(diǎn)開關(guān)控制電路無觸點(diǎn)開關(guān)控制電路主要用于控制水泵電機(jī)電源的通斷，由于考慮盡量減少保護(hù)器的體積和重量，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，沒有采用傳統(tǒng)的接觸器，而是采用了無觸點(diǎn)開關(guān)控制器件—雙向可控硅。為了防止220伏交流電對(duì)單片機(jī)工作造成干擾，在雙向可控硅的門極使用了光電耦合器MOC3020進(jìn)行隔離。通過單片機(jī)的P3.7口提供低電平，則光電耦合器輸入級(jí)有電流通過，雙向可控硅門極得電。可控硅導(dǎo)通水泵得電工作，反之，可控硅截止水泵停止控制。在本電路中，D1用于工作指示。具體電路見圖。4.2.3微處理器電路微處理電路時(shí)本系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)三個(gè)水位檢測點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測，并對(duì)水泵的整個(gè)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。采用價(jià)格相對(duì)低廉，體積相對(duì)較小的89C2051作為微處理器。C8和R9組成復(fù)位電路，為單片機(jī)提供上電復(fù)位脈沖，RP1是排阻，在這里用作限流電阻，防止過流而造成數(shù)碼管損壞。S4、S5是控制器上的兩個(gè)按鍵，在本電路中采用了一鍵復(fù)位技術(shù)，它們分別可以用來設(shè)置工作模式，定時(shí)抽水時(shí)間、缺水保護(hù)時(shí)間等參數(shù)。具體電路見圖。4.2.4顯示及水位檢測電路顯示電路主要用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)參數(shù)以及系統(tǒng)工作的實(shí)時(shí)參數(shù)（如倒計(jì)時(shí)時(shí)間），采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。水位檢測電路用于檢測三個(gè)水位，其中S1是潛水泵水位器，S3是水塔上水位器，S2是水塔下水位器，三個(gè)水位器均采用干簧管式水位開關(guān)，和傳統(tǒng)的水位探針相比，抗腐蝕能力很強(qiáng)。由于89C2051口線有限，本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)非常巧妙的方式，實(shí)現(xiàn)了一線多用，分別將P3.2P3.3P3.4既做三位數(shù)碼管位選擇控制信號(hào)，又做水位檢測之用，如當(dāng)P3.2為低電平時(shí)P3.3P3.4為高電平，數(shù)碼管DIGI顯示有效，如果此時(shí)水泵露出水面，則S1斷開，P3.5輸入為高電平，表示需進(jìn)行缺水保護(hù)，反之，若此時(shí)水源充足，則S1繼續(xù)閉合，P3.5輸入為低電平。為防止三個(gè)水位開關(guān)相互干擾，采用三個(gè)（D6D7D8)IN4148進(jìn)行隔離。D2D3在這里作為時(shí)間顯示的秒提示，D4D5用作參數(shù)設(shè)置的功能提示。4.2.6元件清單3位一體數(shù)碼管1個(gè)led燈1個(gè)s9013三極管3個(gè)at89c20511個(gè)30pf貼片電容2個(gè)晶振12MHZ1個(gè)DIP20底座1個(gè)10uf電解電容1個(gè)1k電阻若干個(gè)按鍵3個(gè)萬能板一塊固態(tài)繼電器一個(gè)導(dǎo)線若干第五章軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)整個(gè)軟件由兩大部分組成，第一部分是控制器設(shè)置程序，第二部分是控制程序。開機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入設(shè)置程序；第一步：數(shù)碼管上顯示E1（為模式設(shè)置）后，接著會(huì)自動(dòng)顯示N1，表示當(dāng)前為模式一（定位工作模式）短按S5鍵改變模式，N2（模式二為定時(shí)工作模式）當(dāng)選好后長按S4鍵進(jìn)入下一參數(shù)設(shè)置。如為N1進(jìn)入第三步，否則進(jìn)入第三步。第二步：數(shù)碼管上顯示E2（為定時(shí)時(shí)間設(shè)置）后，短按S5鍵改變當(dāng)前閃爍的數(shù)值（0—9），短按S4鍵改變當(dāng)前位。時(shí)間設(shè)置好長按S4鍵進(jìn)入下一步。第三步：數(shù)碼管上顯示E3(水泵缺水保護(hù)時(shí)間設(shè)置）后，短按S5鍵改變當(dāng)前閃爍的數(shù)值（0—9），短按S4鍵改變當(dāng)前位，時(shí)間設(shè)置好長按S4鍵進(jìn)入下一步。設(shè)置結(jié)束后進(jìn)入控制程序，定位工作模式控制控制流程如圖，定時(shí)工作模式控制流程如圖。系統(tǒng)流程圖具體程序如下:#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//定義按鍵123sbitkey1=P3^3;sbitkey2=P3^4;sbitkey3=P3^5;//延時(shí)間限位//水泵開啟和關(guān)閉sbitshuibeng=P1^0;ucharbz_shui=0;//延時(shí)時(shí)間后自動(dòng)啟泵uintyanshi_time=1;uintyanshi_time1=0;//抽水時(shí)間uintchoushui_time=2;uintchoushui_time1=0;//時(shí)間間隔uintjiange_time=2;uintjiange_time1=0;//模式4延時(shí)時(shí)間計(jì)時(shí)器標(biāo)志ucharbz4=0; //切換間隔時(shí)間和抽水時(shí)間計(jì)數(shù)器標(biāo)志ucharbz=3;#definechuli()if(bz_shui==1)shuibeng=1;\if(bz_shui==0)shuibeng=0;//加按鍵功能標(biāo)記//bz_anjian=0jiemian=0A0正常模式運(yùn)行//bz_anjian=1jiemian=1A1設(shè)置//延時(shí)時(shí)間后自動(dòng)啟泵//bz_anjian=2jiemian=2A2設(shè)置//時(shí)間間隔//bz_anjian=3jiemian=3A3設(shè)置//抽水時(shí)間//bz_anjian=4jiemian=4A4啟動(dòng)//bz_anjian=5jiemian=5A5啟動(dòng)ucharbz_anjian=0;ucharjiemian=0;//數(shù)碼管顯示編碼ucharseg[]={0x02,0x9e,0x24,0x0c,0x98,0x48,0x40,0x1e,0x00,0x18,0xfe};//數(shù)碼管顯示標(biāo)志AEucharsegbz[]={0x10,0x60};//數(shù)碼管顯示緩沖ucharseghc[]={0,0,0};uintjishu;uchara;void_delay_ms(uintx){uchari;while(x--){for(i=0;i<120;i++);}}void_delay_us(uintx){while(x--);}//模式切換A0A1A2A3A4A5voidxianshi0(){uchari;seghc[0]=seg[bz_anjian%10];seghc[1]=seg[10];seghc[2]=segbz[0]; for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui); chuli();P3=(1<<i); _delay_ms(3); }}//模式切換A1延時(shí)時(shí)間設(shè)置voidxianshi1(){uchari;seghc[0]=seg[yanshi_time%10];seghc[1]=seg[yanshi_time%100/10];seghc[2]=seg[yanshi_time%1000/100]; for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui);P3=(1<<i); _delay_ms(3); }}//模式切換A2時(shí)間間隔設(shè)置voidxianshi2(){uchari;seghc[0]=seg[choushui_time%10];seghc[1]=seg[choushui_time%100/10];seghc[2]=seg[choushui_time%1000/100]; for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui);P3=(1<<i); _delay_ms(3); }}//模式切換A3抽水時(shí)間設(shè)置voidxianshi3(){uchari;seghc[0]=seg[jiange_time%10];seghc[1]=seg[jiange_time%100/10];seghc[2]=seg[jiange_time%1000/100]; for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui);P3=(1<<i); _delay_ms(3); }}//模式切換A4定位模式voidxianshi4(){uchari;seghc[0]=seg[yanshi_time1%10];seghc[1]=seg[yanshi_time1%100/10];seghc[2]=segbz[1]; for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui);P3=(1<<i); _delay_ms(2); }}//模式切換A5定時(shí)模式voidxianshi5(){uchari;//顯示抽水計(jì)時(shí)器if(bz==0){seghc[0]=seg[choushui_time1%10];seghc[1]=seg[choushui_time1%100/10];seghc[2]=seg[choushui_time1%1000/100];}//顯示間隔時(shí)間計(jì)時(shí)器if(bz==1){seghc[0]=seg[jiange_time1%10];seghc[1]=seg[jiange_time1%100/10];seghc[2]=seg[jiange_time1%1000/100];}//顯示間隔時(shí)間計(jì)時(shí)器if(bz==4){seghc[0]=seg[jiange_time1%10];seghc[1]=seg[jiange_time1%100/10];seghc[2]=seg[jiange_time1%1000/100];}//顯示延間隔時(shí)間計(jì)時(shí)器如果發(fā)生泵內(nèi)沒有水時(shí)才啟動(dòng)該功能if(bz4==1){seghc[0]=seg[yanshi_time1%10];seghc[1]=seg[yanshi_time1%100/10];seghc[2]=segbz[1];} for(i=0;i<3;i++){ P1=(seghc[i]|bz_shui);P3=(1<<i); _delay_ms(2); }}voidmain(){_delay_ms(4); _delay_ms(4);shuibeng=1;bz_shui=1;key1=1;key2=1;key3=1;TMOD=0x01;//2：定時(shí)器1《》1：定時(shí)器0；////定時(shí)器0方式1ET0=1;TH0=(65536-64000)/256;//定時(shí)器的初值到最大msTL0=(65536-64000)%256;TR0=1;//停止定時(shí)器0PX1=1;EA=1; //zong_delay_ms(10);while(1){ key1=1;key2=1;key3=1; //1號(hào)鍵盤if(key1==0) { _delay_ms(30); if(key1==0) { //當(dāng)在界面0時(shí)進(jìn)行模式功能切換 if(jiemian==0){bz_anjian=(bz_anjian+1)%6;} //當(dāng)在界面12345時(shí)返回按鍵使能 if(jiemian==1){bz_anjian=0;jiemian=0;shuibeng=1;bz_shui=1;} if(jiemian==2){bz_anjian=0;jiemian=0;shuibeng=1;bz_shui=1;} if(jiemian==3){bz_anjian=0;jiemian=0;shuibeng=1;bz_shui=1;} if(jiemian==4){bz_anjian=0;jiemian=0;shuibeng=1;bz_shui=1;} if(jiemian==5){bz_anjian=0;jiemian=0;shuibeng=1;bz_shui=1;} } } while(key1==0);//2號(hào)鍵盤--界面0時(shí)為確認(rèn) if(jiemian==0) { if(key2==0) {_delay_ms(80);if(key2==0) if(bz_anjian==1){jiemian=1;bz_anjian=0;} if(bz_anjian==2){jiemian=2;bz_anjian=0;} if(bz_anjian==3){jiemian=3;bz_anjian=0;} if(bz_anjian==4){jiemian=4;bz_anjian=0;bz=3;bz4=0;} if(bz_anjian==5){jiemian=5;bz_anjian=0;bz=0;bz4=0;} } } //2號(hào)鍵盤界面為123則為設(shè)置參數(shù) if(jiemian==1) {if(key2==0) {_delay_ms(80);if(key2==0)yanshi_time=yanshi_time+1;} } if(jiemian==2) {if(key2==0) {_delay_ms(80);if(key2==0)choushui_time=choushui_time+1;} } if(jiemian==3) {if(key2==0) {_delay_ms(80);if(key2==0)jiange_time=jiange_time+1;} } //3號(hào)按鍵界面為123則為設(shè)置參數(shù)if(jiemian==1) {if(key3==0) {_delay_ms(80);if(key3==0)yanshi_time=yanshi_time-1;} }if(jiemian==2) {if(key3==0) {_delay_ms(80);if(key3==0)choushui_time=choushui_time-1;} }if(jiemian==3) {if(key3==0) {_delay_ms(80);if(key3==0)jiange_time=jiange_time-1;} } //顯示相應(yīng)界面if(jiemian==0){xianshi0();}if(jiemian==1){xianshi1();}if(jiemian==2){xianshi2();}if(jiemian==3){xianshi3();}//定位抽水工//作方式：//當(dāng)水池水位低于下水位，自動(dòng)啟泵，當(dāng)達(dá)到上水位自動(dòng)停泵。//在抽水過程中，若水泵缺水，水泵應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，延時(shí)一定時(shí)間后再自動(dòng)啟泵，//延時(shí)時(shí)間可以由用戶根據(jù)水源情況，自己設(shè)定和修改。if(jiemian==4){ //界面位45則2號(hào)按鍵為限位開關(guān)鍵if(key2==0){shuibeng=1;bz_shui=1;bz4=1;}//當(dāng)達(dá)到上水位、自動(dòng)停泵，水泵缺水時(shí)延時(shí)開始 //界面位45則3號(hào)按鍵為限位開關(guān)