農村戶用自動供水系統的設計教材

1、農村自動供水系統的設計學 生：田耀鋮指導老師：匡迎春( 湖南農業(yè)大學東方科技學院，長沙 410128)摘 要：設計基于單片機技術的水位控制器的目的是應用單片機的控制技術，以STC89C51單片機為核心來控制水塔的水位，并實現了報警和手動、自動切換功能。本設計包含四路水位輸入， 通過兩個工作泵，一個備用泵來實現水位的自動調節(jié)。其中，水塔水位的測量是通過自制的開關式傳感器將水位信號傳送給 STC89C51的P1 口，并對其進行分析處理，然后根據控制要求輸出控制信 號，控制給水泵工作，進而保持水塔有正常的水位。同時也詳盡的介紹了此次設計中最重要的組成 部件。該設計介紹了 STC89系列單片機基本結構

2、與相關的硬件資源，水位傳感器的設計與工作原理。該系統操作方便、性能良好，比較符合日常生產生活用水系統控制的要求。本文還詳細的給出了相關的硬件框圖和軟件流程圖，并根據外圍硬件電路的設計思想，編制了該匯編語言程序。關鍵詞 ： 單片機；水位；控制Rural Water Supply SystemAuthor: Tian Yao-chengTutor:Kuang Ying-chun(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: The purpose of

3、designing a water level controlling machine based on SCM is apply the SCM controlling technology. This system uses STC89C51 and has a function with alerting, manual and automatic controlling. This system includes 4-way water-level inputs, two working motors, and a standby motor, which can adjust the

4、 water-level automatically. Another, it is easy-used , Among them, the water tank water level survey is transmits through the self-made switch type sensor the water level signal for the STC89C51P1 mouth, and carries on analysis processing to it, then the basis controls the request output control sig

5、nal, controls the feed pump work, then maintains the water tank to have the normal water level .Simultaneously also in exhaustive introduction this design most importantcomposition part . This design introduced the STC89 series monolithic integrated circuit basic structure and the correlation hardwa

6、re resources, the water level sensor design and the principle of work good performance, which is suit for the water need of routine controlling. This paper also tells the design outline of hardware and software ,and compile a program with compilation l a n g u a g e .Keywords: SCM ； Water-level ； Co

7、ntrol/、八1 前言目前，水位控制在日常生活及工業(yè)領域（工廠、農場、學校等用水量大的場所） 中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢 測和控制一般是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電 話及時把水位變化情況報知主控室，然后主控室再開動電機進行相應的水位控制。很 顯然上述重復性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。并且經常會 出現在超低水位時，由于工人的疏忽大意，忘記關閉超低水位閥門，大量的水從水塔 頂部外流。 造成了“水漫金山”，這樣不僅浪費了水力資源， 同時也浪費了大量的電能； 甚者會造成重大損失。另外在我國，節(jié)電節(jié)水

8、的潛力非常大。據有關國際組織發(fā)表的資料顯示 : 中國的單 位國民經濟總產值所消耗的電是美國、德國等國的 4 倍左右，消耗的水是他們的 2 倍 左右。我國的大量用電設備中，風機和泵類電機的耗電量占全國發(fā)電量的50%左右, 若適當地節(jié)約水電 ,可節(jié)電 40%左右, 即可以節(jié)約全國發(fā)電量的 1/5. 由于我國人均占有水、 電資源相對于別國又少很多 ,因此,在我國一方面水電供應緊張 ,而另一方面 ,水電的浪 費又十分驚人 . 節(jié)電節(jié)水 , 不僅潛力巨大 , 而且意義深遠。因此，研制出一種能自動檢測、控制水位的裝置有很重大的意義，我所研究的就 是這方面的課題。隨著科學技術不斷的發(fā)展，人們的生產水平也隨之

9、提高。智能化產品的出現，解 決了人們生產、生活當中的許多實際問題。從而減輕了人們的勞動強度和資源浪費。 本課題的意義在于：（1）通過這次課程設計，加深對單片機理論方面的理解。（2）掌握單片機的內部模塊的應用，如定時器 / 計數器、中斷、片內外存儲器、 I/O 口、串行口通訊等。（3）了解和掌握單片機應用系統的軟硬件設計過程、方法及實現，為以后設計和實現單片器應用系統打下良好基礎。（4）通過簡單課題的設計練習，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充 實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。（5）對于水源危機的的今天，我們更加注重節(jié)約用水，因此，研制開發(fā)出四路水 位控制器，以解決上述問題，保護

10、我們賴以生存的水源，同時也節(jié)省了不必要的人力 資源。根據四路水位控制器的原理，也可以應用的其它控制領域當中。水、電資源浪 費嚴重，設備事故隱患多、管理困難，以節(jié)能降耗、提高自動化水平為主要目的的技 術改造方案。2 51 單片機基礎 隨著科技的發(fā)展，單片機已不是一個陌生的名詞，它的出現是近代計算機技術發(fā) 展史上的一個重要里程碑。單片機芯片的體積微小和低的成本，可廣泛地嵌入到如玩 具、家用電器、機器人、儀器儀表、汽車電子系統、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備、 金融電子系統、艦船、個人信息終端及通訊產品中，成為現代電子系統中最重要的智 能化工具。特別是在自動化控制領域應用最廣泛。因此，本次設計采用單片

11、機為控制 核心。單片微型計算機簡稱單片機，它在一塊芯片上集成了中央處理部件、存儲器、定 時器、計數器和各種輸入輸出接口（如串行 IO 口，并行 IO 口和 A/D 轉換器）等，它 們之間相互聯結的結構框圖如圖 2，可見單片機就是一臺計算機， 由于單片機原來就是 為了實時控制應用而設計制造的，因此又稱為微控制器。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善、其資源又能滿足很多應用場合的需要， 加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠、 價格低廉等特點。因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、 高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現

12、有的多片微機應 用系統。單片機的潛力越來越被人重視。 特別是當前用 CMOS 工藝制成的各種單片機， 由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強，能滿足一些特殊要求的應用場合， 更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。市場上流通單片機的種類很多，占有率最高的是 MCS51 系列，因為世界上很多 知名的 IC 生產廠家都生產 51 兼容的芯片。生產 MCS 51 系列單片機的廠家如美國 AMD 公司、ATMEL 公司、INTEL 公司、WINBOND 公司、PHILIPS 公司、ISSI 公司、 TEMIC公司及南韓的LG公司、日本NEC、西門子公司等。到目前為止， MCS51

13、 單片機已有數百個品種，在一般性能上都可以達到本次設 計的要求。例如 AT89C51、AT89C52 等都可以用于控制水位，唯一缺點在于不能在線 下載，并且，AT系列單片機編程器價錢比較昂貴。不利于小資本實驗。，造成了不便的 煩惱。STC89系列單片機是MCS-51系列單片機的派生產品。它們在指令系統、硬件結構 和片內資源上與標準 8051 單片機完全兼容， 且價錢容易接受。 其優(yōu)點是可以在線下載， 下載器也比較容易購買到，方便攜帶應用。例如STC89C5，1 其可以用于控制水位，在功能和性能上要比AT系列單片機突出，因此，選擇 STC89係列單片機，作為水位控 制器核心。2.1 STC89C

14、 系列單片機概述STC89C51是深圳宏晶公司生產的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計 算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU 一個256K的片內數據存儲器RAM片內程序存儲器ROM四個8位并行的I/O接口 P0-P3,每個接 口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器 /記數器；五個中斷源的中斷控制系統；一個 全雙工UART勺串行I/O 口；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要 外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ STC89C5單片機采用40Pin封裝的雙列直插DIP 結構，與8051為pin-to-pin 兼容。STC89系列單片機高速（最高時鐘頻

15、率 90MHz） 低功耗，在系統在應用可編程（ ISP,IAP） ，不占用戶資源。主要特性：處理器單元是以 80C51 為核心， 工作電壓為 3V/5V， 操作頻率 0-33MHz （STC89LE516A最高可達90MHz，工作電壓為5V,操作頻率0-40MHZ大容量內部數據RAM: IK字節(jié)RAM 64/32/16/8kB片內Flash程序存儲器，具有 再應用可編程（IAP），再系統可編程（ISP），可實現遠程軟件升級，無需編程器，支 持 12時鐘（默認）或 6時鐘模式。雙DPTR數據指針，SPI （串行外圍接口）和增強型UART PC（可編程計數器陣列）， 具有PW啲捕獲/比較功能。4個

16、8位I/O 口，含3個高電流Pl 口，可直接驅動LED;3個16位定時器/計數器； 可編程看門狗定時器（WDT）低EMI方式（ALE禁止）；兼容TTL和COM邏輯電平；掉 電檢測和低功耗模式等。它是由8位算術/邏輯運算部件（簡稱ALu）、定時/控制部件，若干寄存器 A B 以及16位程序計數器（Pc）和數據指針寄存器（DM）等主要部件組成。算術邏輯單元的硬 件結構與典型微型機相似。 它具有對 8 位信息進行 +、 -、 x、 / 四則運算和邏輯與、 或、異或、取反、清“ 0”等運算，并具有判跳、轉移、數據傳送等功能，此外還提供存放 中間結果及常用數據寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫鳌⒊绦蛴嫈灯?/p>

17、Pc、定時與控制電路等組成的F面主要介紹STC89系列單片機有特色之處及需要注意的地方。2.2 STC89C51硬件資源單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)數據存儲器(RAM)定時/計數器、并 行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、 地址總線和控制總線等三大總線。 如圖1所示。據抬針看門狗I2S0 宇節(jié)SRAM8/16/32/64IC字廿閃存IAP2k - 宇節(jié)ISP引導碼PLCC/PQHP-14 有卩1 口P4 3/INT2. P4.2/INT38051 協址理肅STC高（ 0 90M 阿可巫ffiWtififKr 0. 5n A.空 K C 2bAETROMIn Flash

18、A/D不加價四個R Kr 井行端門P4.0P4.3 四亍附送 r/o 端口P2P3P4= A/D (高連)可嫌： 按鍵掃描 e(L浪電壓檢測 掉電程測圖1單片機內部結構Fig.1 The Intemal Structure of SCM數據存儲器(RAM)單片機內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統 一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放 用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結 果或用戶定義的字型表。程序存儲器(ROM)單片機共有4096個8位掩膜ROM用于存放用戶程序，原始數據或表格。

19、定時/計數器(ROM)有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。并行輸入輸出(I/O) 口 ：共有4組8位I/O 口(P0、P1、P2或P3)，用于對外部數 據的傳輸。全雙工串行口：內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送， 該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統：具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行中斷， 可滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：內置最高頻率達12MHZ勺時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051 單片機需外置振蕩電容。2.3 STC8

20、9C51的引腳說明STC89C51采用DIP40形式封裝，如圖2所示，其特殊管腳說明如下。T2/P1.0T2EX/P1.IP1. 2Pk 3Pl. 4卩1一 6P1. 5P1. 7 RSTRXD/P3. 0TX1VP3. 1INT0/P3.2INTL/P3. 3T0/P3.4T1/P3.6WR./P3. 6RD/P3. 7XTAL2XTAL1VSS1402M93384375366257348339S321.0T31L1豈301229132814271526L6251.724182319222021VCC卩0. 0/ADOPCL 1/AD1P0+ 2/AD2P0. 3/AD3P0. 4/AD4P

21、0. 5/AD5P0. 6/AD6P0+ 7/AD7EA ALE/PR0GPSENP2. 7/A15P2, 6/A14P2. 5/A13P2+ 4/AL2PN 3/Al IP2. 2/A10P2. 1/A9P2. 0/A8圖2單片機引腳圖Fig.2 Microco ntroller Pin MapPin 9:RESET/V復位信號復用腳，當單片機通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現24個時鐘周期以上的高電平，系統即初始復位。初始化后，程序計數器PC指向0000H, P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H,其它專用寄存器被清0” RESET 由高電平下降為低電平后，系統即從

22、0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)單片機的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖3。此外，RESET/V還是一復用腳，仏掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。2211lk上電自動毘位Vgc8051EE SET內部時鐘方式3051out11 7XTAI2時鐘灑18XTAL1外部時鐘方式手動童位電路圖3復位、晶振連接示意圖Fig.3 Reset, Crystal connection DiagramPi n3.0:ALE/E當訪問外部程序器時，ALE（地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 而訪問內部程序

23、存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以 用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外 部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機是EPROM在編程其間，麗目將用于 輸入編程脈沖。Pi n2.9:三當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC的16位地址數據 將出現在P0和P2 口上，外部程序存儲器則把指令數據放到 P0 口上，由CPU賣入并執(zhí) 行。Pi n3.1:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線，單片機內置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內部程序存儲器指令數據，而超過4kB地址則讀取外

24、部指令數據。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。 對內部無程序存儲器的單片機，EA端必須接地。Port PinAlt&rnte FunctionsP3.ORXD i ser al input portP3.1TXD (serial output port)P3.2INTO (external interrupt D)P3.3INT1 : externa I nterruot 1)P3.4TO stirrer 0 external insut；P3.5T1 (timer 1 external inputsP3.6AR i external Jala memorystroc

25、 e iP3.7RD :externa 1 data memory reac! strobe i圖4 單片機P3 口第二功能說明Fig.4 SCM P3 Seco nd Description of Fuction2.4 本章小結本章介紹了 STC89C5基本結構與相關的硬件資源，這些知識是本次設計必須掌握 的基本內容。3硬件電路設計3.1 硬件電路總體設計3.1.1 系統控制要求在該控制系統中，控制器有4個水位檢測輸入，由低到高，分別是：H1 超低水位H2 低水位H3 中水位H4 高水位控制器根據水位狀態(tài)，控制兩臺水泵 M1、M2的工作（水泵功率均為10KV）1）在每個水位檢測點都能準確檢測

26、水位狀態(tài)，所使用的傳感器，均能經受長期水 泡的工作環(huán)境而不影響性能。2） 當水位低于超低水位 H1時，開水泵M1 M2當水位高于H4時 關兩臺水泵3）水位由超低水位H1上升到中水位H3時，關掉水泵M1, M2正常工作。4）水位由高水位H4降到低水位H2時，打開水泵M1, M2正常工作。5） 當兩臺水泵任意一臺發(fā)生故障，使備用水泵M3投入工作，取代故障水泵。6）備用水泵M3投入運行后，對故障水泵有響應的顯示，以便于維修人員及時處 理故障。3.1.2 硬件電路總體設計四路水位控制器硬件電路構成框圖如圖3-1所示。以STC89C5偽電路的中央處理器，用來處理傳感器采集來的數據，進而控制水泵電機工作。

27、為了人們能清晰地了解 系統工作狀況，在電路圖中設計了水位指示，電源部分是為整個電路模塊提供電源， 以便能正常工作。本設計總共包含五大部分：中央處理器（CPU、電源模塊、水位限位傳感器（含四個單元）、水位指示部分、水泵電機驅動。依此框圖作為電路設計的依據。從中也體現了電路的結構簡單、實用，設計靈活等特點。圖5四路水位控制器硬件電路構成框圖Fig.5 Four Water Level Con troller Hardware Circuit Diagram:、水泵電機驅動3.2 水位測量電路設計3.2.1水位傳感器的設計與原理脈沖調制式紅外發(fā)射接收器。該器件由于采用的是交流分量的調制信號，側可大

28、幅度減少外界干擾，以便提高信號傳輸的準確性；另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電 流取決于調制信號的平均電流，如果采用占空比小的調制信號，在平均電流不變的情 況下，瞬時電流很大（50100m、并且紅外傳感器反應靈敏，外圍電路也很簡單，如 圖6所示。它的優(yōu)點是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度，制作比較簡單。R1R2VCC+5 VFig.6 Pulse Modulated In frared Emissi on Receiver Circuit因為光在水中的傳播與空氣中光的傳播是由不同的差異的，即光在不同的介質中 其強弱程度不同?？梢愿鶕嗽聿杉惺欠裼兴?，如圖7所示。共有四組光電耦合器組成采集信

29、號。脈沖調制式紅外發(fā)射接收器工作原理：Fig.7 Schematic Diagram of Photoelectric Detect ion of Water Level信號，此時運放的同向端低于反向端，這樣輸出為低電平。由此可以判斷出是否有水。 但是，問題在于電路調試比較困難，因為光在水中傳播的亮度與光在空氣中傳播的亮 度信號，單片機難于區(qū)分出，實現起來比較困難。水阻開關傳感器。任何物質在電學里都有一定的阻值，實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的，以及人們日常使用的水都會含有一定的Mg2+ Ca2+等離子,它們的存在使水可以具有導電的性能， 水的阻值大約為10KQ左右。本控制裝置就

30、接收管與發(fā)射管放在水塔對立的兩側且在一條直線上，在空氣中接收管完全接收 到發(fā)光管發(fā)送來的信號，運算放大器同向端電平高于反向端，輸出高電平送給單片機 處理；當發(fā)射接收兩管之間有水時，水對光有反射和折射特性減弱了光信號，在此適 當的調整好圖6中電阻R2,是利用水的導電性完成的。其傳感器電路結構簡單，是由三極管 9013、兩個電阻、和 一個無極性電容組成，可以簡單的自制出水位傳感器如圖 8所示。此傳感器利用了兩 個原理，一個是三極管的開關特性；另一個是水的阻值特性 （實驗證明，純凈水幾乎是 不導電的，但自然界存在的以及人們日常使用的水都會含有一定的 Mg2+Ca2+等離子, 它們的存在能夠使水導電）

31、。Fig.8 Sen sor Circuit為此，在水塔的不同高度安裝了 5根金屬棒，以感知水位變化情況。根據水與空 氣的阻值特性（水的阻值大約為10KQ左右，空氣的阻值約為無窮大）。我們利用的是 三極管的開關特性（即飽和導通，截止斷開）。在水塔中分別放置了正5伏電源線和四 條帶有金屬棒判斷水位的導線。+5伏導線放在水塔的最底端，另四條分別放置在水塔 內不同高度如圖9所示。Fig.9 Schematic Diagram of Sen sor Connection此原理的電路設計比脈沖調制式紅外發(fā)射接收器結構簡單、方便。此電路的靈敏 度可以達到本設計的要求，能夠準確地分辨出有水信號和無水信號不用

32、調試便可很方 便的使用。由此可知，這種設計方案簡單實用，元器件選用方便，費用低。此電路無需調試， 解決了第一種方案中調試繁瑣， 信號干擾的問題， 信號傳輸的準確率高達 95%以上。本 電路選擇第二種方案，作為水位傳感器。3.2.2 水位傳感器工作原理其工作原理很簡單，如圖 9，當水體內無水時，四個傳感器都輸出高電平，表示無 水需要水泵超低水位，單片機通知水泵開始超低水位，水位隨時間上升，當水位到達 水位最極限時，水泵繼續(xù)工作且超低水位指示燈工作。水繼續(xù)上升，到達低水位時， 水將低水位傳感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機，表明已到 達了低水位線，單片機控制低水位指示燈工作；水上

33、升到中水位線時，水將中水位傳 感器的探頭和電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到達了中水 位線，以控制中水位指示燈工作；水上升到高水位線時，水將高水位傳感器的探頭和 電源接通，傳感器發(fā)出低電平信號送給單片機處理，表明已到達了高水位線，以控制 高水位指示燈工作此時水泵停止工作。反之，水位開始從高水位下降，水位離表明水位下降到了高水位線以下；當水位 下降到中水位以下時，傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平送給單片機，以控 制中水位指示燈停止工作，表明水位下降到了中水位水位線以下；以此類推，當水位 下降到超低水位警告線以下時，單片機控制水泵開始超低水位，又開始從無水狀態(tài)循 環(huán)工作。

34、開高水位線時，水將高水位傳感器探頭與電源斷開，傳感器輸出高電平送給 單片機，以控制高水位指示燈停止工作，3.3 顯示電路設計用于顯示的電路有很多種類，可以運用 LCD液晶顯示、LED數碼管顯示或LED發(fā) 光二極管顯示。但是由于LCD價錢比較昂貴，不利于本電路的設計。LED數碼管顯示的 符號有限，不能形象的將水位顯示出，而發(fā)光二極管，排列有序時可以形象地顯示出 水位的基本位置如圖 10所示。/ r /Z 衛(wèi) Rx)5 L E r I PP4 PQ5 PP6 pp趙低水位圖10 水位指示Fig.10 The Water Level Indicator水位指示燈的設計很簡單，用的是發(fā)光二極管，和電阻

35、串聯后一端接到5V電源上, 另一端接到單片機的P0 口上（在這里我們用的是 P0.4-P0.7引腳），單片機只要通過 對P0 口的控制便可讓二極管發(fā)光和熄滅。以便形象的表達出水位的位置。蜂鳴器接于 單片機的P1.4，用于聲音提示和報警。為了顯示電源是否有電也可以用發(fā)光二極管和 電阻串聯接于電源的正負極作為電源指示燈。這類電路很簡單，這里就不再贅述了， 具體連接如下圖11所示。R1R2一 BL4IKIKIKIK*R502D3、GIW PO M PO. 5P0.6 PO.7Pl .-4圖11指示燈及蜂鳴器Fig.11 In dicator Light And Buzzer3.4水泵電機控制電路設計

36、水泵電極控制電路是以微信號控制大信號，同樣也利用了三極管的開關特性，具 體內容請看傳感器部分3.1。通過單片機的P2.0 口發(fā)出高低電平來控制三極管導通截 止，使繼電器去控制接觸器的線圈得電或失電，讓水泵工作。其原理也比較簡單，這 里以M1為例，這里也不詳述了如圖12。+52 20 s vP2.D14 009 01 3U V WI. I kIIl L圖12 水泵電機控制電路圖Fig.12 Water Pump Motor Con trol Circuit在設計中用P2.0、P2.1、P2.2這個三個接口來控制 M1、M2 M3的。通過程序的編輯，使每個水泵的工作機理都滿足系統的要求。這里應用電

37、子水閥去控制水塔向其它用戶點供應水的大小，以便節(jié)約用水量。電路設計方法與水泵電機電路的設計和原理是相同的如圖13所示，三個開關接于單片機的P1 口上，是分別來設置電子水閥的大小的。S1、S2、S3分別是小、中、大三種大小。這里不再贅述了。2 20 sV106K3MG1V6PNP圖13電磁閥控制電路Fig.13 Electromag netic Vive Con trol Circuit3.5電源電路設計采用市面上的干電池為系統供電，省掉了笨重的變壓器，減少了成本，使系統輕 便。由于干電池的穩(wěn)壓性能很差，會給系統的工作帶來不便。因此為了解決穩(wěn)壓的問 題在電路中加入了幾個電容和集成穩(wěn)壓塊如圖14所

38、示。但是，干電池不適用于長久使用。會增加更換電池的煩惱，不利于電路長久工作。L J-c11117.Vin1117 VoutIN8Vn+ C1C2470ufaf l70uf 10321GNDA/ +5V7+ C5+ C447ufC3, 10uf3103圖14 A1117供電電路Fig.14 A1117 Power Supply Circuit采用市電220伏交流供電。220交流電源通過變壓器變成適當范圍內的電壓值， 經 橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓形成了穩(wěn)定的直流電壓。如圖15所示。雖然加入了笨重的變壓器，體積很大，但是可以長久穩(wěn)定的工作。T?7)220 -VD1圖15 電源電路Fig.15

39、Power Supply Circuit4SOT-S IMsurfice coimecied to Pui 2.)(a)7805的封裝(b)1117的封裝因此，根據上述特點我們選擇了市電220伏交流供電方案，作為電路設計的供電電路。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，都可以為單片機供電使用，他們的封裝如圖16a和b所示。其中，7805的功耗比較大，易于發(fā)熱，使用時需要在集成電路上安裝散熱器，以便散去內部電路產生 的熱量，否則，長期使用會燒毀集成電路，而且它的體積要比1117大。1117是低功耗的集成穩(wěn)壓電路，不需要安裝散熱器，穩(wěn)壓性能穩(wěn)定，體

40、積小而輕盈適用于本電路。PIN 1. INPUT1 GROUND3. OUTPUT圖16 集成穩(wěn)壓電路的封裝Fig.16 In tegrated Circuit Package3.6 本章小結經過以上的分析，以經濟、簡單、方便、實用的原則，選擇了以單片機STC89C51位核心處理器，使用簡易的水阻開關傳感器采集信號，以+5V穩(wěn)壓集成電1117組成的整流穩(wěn)壓電源。構成電路的核心部分。4軟件設計4.1軟件總體設計隨著當今計算機技術的發(fā)展，繁瑣的硬件設計已經被軟件所取代。我們運用的單 片機設計電路便是一個鮮明的實例。本設計是利用軟件和硬件相互結合的方法，這樣 減少了繁瑣的硬件設計，體現了電路的集成化

41、，并且簡化了電路。電路能夠正常地工作，不僅取決于硬件電路，而且，更取決于軟件和硬件的結合。 因此，我根據外圍硬件電路連接方案，編寫具體軟件。本電路的軟件程序很簡單，運 用循環(huán)、判斷語句就可以完成軟件的編寫。圖17程序總流程圖Fig.17 Total Program Flow Chart根據具體硬件連接以及設計思路，首先將流程圖繪制出來作為變成的依據如圖17所示。主程序通過調用水位控制子程序來實現軟件控制的。這樣設計是為了讓程序井 然有序方便模塊化編程。4.2 水位測量部分軟件設計4.2.1水位測量部分軟件設計說明電路中有四個輸入端口，分別為高水位、中水位、低水位、超低水位輸入接口， 向單片機傳

42、輸信號，本電路中規(guī)定輸入信號為低電平即0時表示有水，輸入信號為高電平即1時表示無水。因為有四個輸入端口，它形成了 16種不同的組合如下表1表1四路輸入狀態(tài)組合Table 1 Four In put State Comb in ati on高水位中水位低水位超低水位水塔狀態(tài)水泵工作狀態(tài)0000水滿停止0001無效無效0010無效無效0011無效無效0100無效無效0101無效無效0110無效無效0111無效無效1000在咼水位以下有程序流程決定1001無效無效1010無效無效1011無效無效1100在中水位以下有程序流程決定1101無效無效1110在超低水位以下有程序流程決定1111無水運行所示

43、，我們仔細觀察此真值表，可知對于本電路的有效狀態(tài)只有 5種狀態(tài)，將其歸納 為表格2。表格3是輸入狀態(tài)與指示燈的對應關系， 在這里指示燈的亮滅，在程序中只 要控制相應端口的高低電平即可（輸出為 0時表示亮，輸出為1時表示滅）。因此，我 們根據表2和表3對其進行編程操作。表2與本設計相關的五種狀態(tài)Table 2 Five States Related With The Desig n高水位中水位低水位超低水位水塔狀態(tài)水泵工作狀態(tài)0000水滿停止1000在咼水位以下有程序流程決定1100在中水位以下有程序流程決定1110在低水位以下有程序流程決定1111無水運行表3指示燈與輸入對應關系Table 3

44、 In dicator Light And In put Corresp ondence高水位中水位低水位超低水位高水位指示燈中水位指示燈低水位指示燈超低水位指示燈0000亮亮亮亮1000滅滅亮亮422 水位測量部分軟件設計水位控制子程序流程圖如下圖18所示。其流程圖包含的編程思想是在循環(huán)當中套 用判斷，它的順序是從高水位開始判斷的。首先，程序先判斷高水位，如果水塔是滿的，它就做出相應的處理（關閉水泵， 水位指示燈全亮），然后再返回去判斷咼水位，如果始終處于咼水位在此循環(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，程序將僅關閉高 水位指示燈，此時說明水位下降到中水位，

45、然后再返回去判斷高水位，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，程序將僅關閉高水位、和中水位指示燈，此時說明水位下降到低水位然后再返回 去判斷高水位，如果始終處于低水位在此循環(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，程序將關閉高水位、中水位和低水位指示燈并且啟動 水泵M1 M2此時說明水塔中沒有水了，應該超低水位。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)。本程序中的特點是，無論每一步程序都將返回到起始位置，重新從高水位開始執(zhí) 行。其好處是防止程序進入死循環(huán)，提高系統控制的可靠性。圖18水位控制子程

46、序流程圖Fig.18 Water Level Control Subrout ine Flow Chart水位控制部分的匯編語言程序代碼如下（完整的程序代碼見附錄）：GAA02:JBGSW ,GAA03;判斷是否是高水位，不是轉向中水位CLRXSKG;關閉超低水位開關CLRGSZS;高水位指示燈指示CLRZSZS;中水位指示燈指示CLRDSZS；低水位指示燈指示CLRXSZS;超低水位指示燈指示LJMPGAA02GAA03:JBZSW ,GAA04;判斷是否是中水位，不是轉向低水位SETBGSZS;關閉高水位指示燈CLRZSZS; 中水位指示燈指示CLRDSZS; 低水位指示燈指示CLRXSZ

47、S; 超低水位指示燈指示LJMPGAA02JGAA04:JBDSW , GAA05; 判斷是否是低水位，不是轉向超低水位SETBGSZS; 關閉高水位指示燈SETBZSZS; 關閉中水位指示燈CLRDSZS; 低水位指示燈指示CLRXSZS; 超低水位指示燈指示LJMPGAA02JGAA05:JBXUS , GAA02; 判斷是否是超低水位，不是轉向高水位SETBGSZS; 關閉高水位指示燈SETBZSZS; 關閉中水位指示燈SETBDSZS; 關閉地水位指示燈LCALLYS1; 超低水位指示燈閃亮指示，警告超低水位SETBXSKG; 打開超低水位開關LJMPGAA02J4.3 顯示與水泵控制

48、部分軟件設計CLR在硬件方面運用的是發(fā)光二極管進行顯示，并且發(fā)光二極管是直接與單片機引腳 相連接的，運用三極管和繼電器控制電機水泵，其對應的軟件非常簡單只要運用 和SETB兩條指令就可以控制如下：高水位時軟件設計如下：CLRXSKG; 關閉超低水位開關CLRGSZS; 高水位指示燈指示CLRZSZS; 中水位指示燈指示CLRDSZS; 低水位指示燈指示CLRXSZS; 超低水位指示燈指示中水位時軟件設計如下：SETBGSZS; 關閉高水位指示燈CLRZSZS; 中水位指示燈指示CLRDSZS; 低水位指示燈指示CLR XSZS 低水位時軟件設計如下：SETB GSZSSETB ZSZSCLR

49、DSZSCLR XSZS超低水位時軟件設計如下：SETBGSZSSETBZSZSSETBDSZSLCALL YS1SETBXSKG超低水位指示燈指示; 關閉高水位指示燈; 關閉中水位指示燈低水位指示燈指示 超低水位指示燈指示; 關閉高水位指示燈; 關閉中水位指示燈; 關閉地水位指示燈超低水位指示燈閃亮指示，警告超低水位; 打開超低水位開關4.4 本章小結本章對控制系統軟件部分作了較詳細的分析， 充分體現了軟件與硬件密切的關系 本電路以單片機為核心，結合四路水位控制器的設計要求設計出能夠實現根據水塔實 際的情況自動控制水位的設備。并且根據外圍硬件電路的設計思想，從而編制出比較 優(yōu)化的控制程序。軟

50、件是利用匯編語言進行編寫的，匯編語言能夠直接控制單片機的 位操作，方便而又快捷，指令也比較精短。5 結論本控制系統設計充分利用了 STC89C5的引腳及其強大的功能，并配合相關的電路, 實現了對水塔水位的自動控制。其中，水塔水位的測量是通過自制的開關式傳感器將 水位信號傳送給STC89C51的 P1 口，并對其進行分析處理，然后根據控制要求輸出控 制信號，控制給水泵工作，進而保持水塔有正常的水位。該控制系統設計簡單、操作 方便、實用性強，有很高的推廣價值。通過這次畢業(yè)設計，使我具備了使用所學的專業(yè)知識與技能，進行實用控制電路 的設計與制作的能力。使我在電子電路設計方面向前邁了一大步，為日后工作

51、打下了 良好的基礎。參考文獻1 徐偉忠.計算機技術在農業(yè)領域的應用麗水市科技局遠程教育直播中心，2004.2 胡乾斌. 單片微型計算機原理與應用 M. 華中科技大學出版社 ,1996 3 李華. MCS-51 系列單片機實用接口技術 M. 北京航空航天大學出版社 ,1990 4 楊振江 . A/D D/A 轉換器接口技術與實用線路 M. 西安電子科技大學出版社 5 黃惠媛 , 李潤國 . 單片機原理與接口（自動化控制專業(yè)） M. 海軍出版社 ,2006 6 楊金巖 . 8051 單片機數據傳輸接口擴展技術與應用實例 M. 人民郵電出版社 ,2005 7 朱勇,陳其樂 ,劉浩. 單片機原理與應用技術 M. 清華大學出版社 ,2006 8 胡學海 . 單片機原理及應用系統設計 M. 電子工業(yè)出版社 ,2005 9 沙占友 , 王彥朋 , 孟志永 . 單片機外圍電路設計 M. 電子工業(yè)出版社 ,2003 10 王新賢,蔣富瑞. 實用計算機控制技術手冊 M. 山東科學技術出版社 ,2004 11 李廣弟 . 單片機基礎 M . 北京：北京航空航天大學出版社，199412 閻石 . 數字電子技術基礎（第三版） . 北京：高等教育出版社， 198913 Dallas公司. DS1820 DATA SHEET. 美國： maxim-,1998 14 Dimitris Ly