共頁第14頁單片機(jī)水位控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)案例本設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、超聲波測距模塊、報(bào)警電路、按鍵電路。本系統(tǒng)是由電源電路、時(shí)鐘電路、單片機(jī)處理單元，超聲波發(fā)射和接收電路，顯示電路，報(bào)警電路，按鍵模塊組成。實(shí)現(xiàn)的主要功能如下所示：首先超聲波傳感器進(jìn)行水位的高度的檢測，然后單片機(jī)收到結(jié)果并處理，最后顯示水位高度，若不在設(shè)定的高度范圍內(nèi)時(shí)，開始報(bào)警。測量水位并顯示水位高度。當(dāng)水位低于設(shè)定下限時(shí)，開始進(jìn)水，一直進(jìn)到設(shè)定的水位高度范圍內(nèi)停止進(jìn)水。當(dāng)水位高于設(shè)定上限時(shí)，開始排水，一直排到設(shè)定的水位高度范圍內(nèi)停止排水。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如REF_Ref13950\h圖1.1所示。圖1.SEQ圖2.\*ARABIC1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)采用的是STC89C52，先進(jìn)行水位高度上下限的設(shè)定，再通過超聲波傳感器不停的檢測便能得到當(dāng)前水位的高度值，若水位高度不在最初的設(shè)定值的范圍之內(nèi)，即高于上限水泵開始排水，低于下限水泵開始抽水，同時(shí)還會(huì)進(jìn)行報(bào)警。設(shè)計(jì)原理圖是一個(gè)很重要的部分，此過程可以學(xué)習(xí)器件的特性。在了解了所有的原理之后，就要進(jìn)行相對應(yīng)的原理圖繪制，然后完成后續(xù)的仿真以及制作實(shí)物等等，過程很瑣碎而且很復(fù)雜。1.1控制系統(tǒng)的選擇本設(shè)計(jì)最重要的部分是選擇適合的核心控制模塊，開發(fā)小型智能控制系統(tǒng)時(shí)無需考慮結(jié)構(gòu)復(fù)雜的嵌入式芯片，因此本設(shè)計(jì)在選擇控制芯片時(shí)以當(dāng)前市場上應(yīng)用較多的為主，屬于一種單芯片微處理器。在選取本設(shè)計(jì)核心控制芯片前，要對比市場上多款主流SCM模型。（1）MSP430MCU：全球規(guī)模最大的半導(dǎo)體制造公司TT在市場上推出的一款16位高性能混合信號(hào)處理芯片，即為MSP430系列MCU芯片，該芯片的特征體現(xiàn)在能耗超低，運(yùn)行速度快、計(jì)算能力強(qiáng)，組裝指令集簡單且高度集成，用戶操作簡單，主要在數(shù)模轉(zhuǎn)換、能耗超低及計(jì)算要求高的工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域運(yùn)用。（2）STC系列單片機(jī)：STC單片機(jī)在長期發(fā)展下已經(jīng)被我國市場所接受，是我國國產(chǎn)單片機(jī)的代表。其使用的是單時(shí)鐘周期。由控制與功能視角分析，其是在AVR與51系列的基礎(chǔ)上的多種功能的開發(fā)。主要有功耗小、運(yùn)行的速度很快、和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。（3）PIC單片機(jī)：其系列產(chǎn)品從市場需求看，分別為高級(jí)、中級(jí)、低級(jí)。美國芯片公司成立后，其生產(chǎn)制造的芯片銷售量與銷售速度讓人意想不到，且PIC微控制器上運(yùn)用RISC指令集結(jié)構(gòu)，從性能出發(fā)可劃分為三個(gè)等級(jí)?？偨Y(jié)：本文設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)考慮的主要因素為成本核算、功能需求及運(yùn)行穩(wěn)定性，根據(jù)該要求，最終本系統(tǒng)使用的控制器芯片為STCMCU系列的STC89C52RC，其穩(wěn)定性強(qiáng)、功能完善、運(yùn)行速度快，可以與8051MCU指令集相互兼容，且價(jià)格低廉，基本上可以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。1.2顯示模塊的選擇顯示模塊的幾種方案如下：方案一：選擇數(shù)碼管顯示。其焊接麻煩，價(jià)格低，顯示的位數(shù)不多，很局限，只有數(shù)字和字母。方案二：選擇LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行顯示。具有價(jià)格低，編程簡單，易于顯示，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。作為一種類型，其被簡稱為LCD，它由LCD的特殊材料制成，內(nèi)部通過液晶顯示監(jiān)視器，并且當(dāng)通過許多晶狀液體時(shí)，其內(nèi)部按一定的順序排列。根據(jù)我們的要求，有字母、數(shù)字、圖像等，以便一眼看到收集的數(shù)據(jù)。經(jīng)過對比及分析，用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。通過一定的編程就可以顯示出來水位的高度，其實(shí)物如REF_Ref14652\h圖1.2所示。圖1.SEQ圖2.\*ARABIC2LCD1602液晶顯示屏1.3測量水位模塊的選擇最常用的傳感器包括紅外線、激光和超聲波傳感器，具體取決于傳統(tǒng)技術(shù)，有三種選擇：方案一：紅外傳感器遙測確定是否發(fā)現(xiàn)了障礙，距離取決接收信號(hào)的強(qiáng)度方案二：激光傳感器遙測具有良好的激光單色性、良好的一致性，準(zhǔn)確測量長度、距離、速度、角度等。檢測分為脈沖激光和相位波技術(shù)。方案三：超聲波測距其設(shè)計(jì)可以給社會(huì)帶來極大的好處，比較常見的就是其在水位測量上的應(yīng)用。它還可以用于倒車?yán)走_(dá)，方便汽車倒車。除此之外還有一個(gè)很好的用途，它可以用來幫助視覺有障礙的人獲取前方的距離?，F(xiàn)在視力受損的人越來越多，有些人天生失明，有些人由于保護(hù)不當(dāng)失明，那么就必須要一些智能產(chǎn)品的幫助。綜上所述，第三種選擇是最佳的，因?yàn)槠溆懈鼜?qiáng)的抗干擾能力和更短的響應(yīng)時(shí)間。能更好的達(dá)到需要的效果。其模型如REF_Ref15272\h圖1.3所示。圖1.SEQ圖2.\*ARABIC3超聲波傳感器最初的超聲波傳感器是兩個(gè)部分組成的，用起來不是很方便?，F(xiàn)在已經(jīng)可以組合成一個(gè)模塊了，這個(gè)模塊就是HC-SR04。而以單片機(jī)為核心的超聲波測量水位就是通過單片機(jī)傳出的時(shí)間來計(jì)算出水位高度的。單片機(jī)產(chǎn)生的波形為四十千赫茲