基于單片機(jī)的自動(dòng)水位測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要日常生活中，有很多場(chǎng)景需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量。對(duì)水位測(cè)量就要用到傳感器，傳感器可以將水位高度不同帶來的壓力不同這一種模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。因此我們應(yīng)當(dāng)以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)去賦能傳感器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，利用創(chuàng)新來降低成本。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)水位測(cè)量系統(tǒng)，是基于單片機(jī)STC89C51為核心開發(fā)的。以單片機(jī)作為最小控制部件，其中包括眾多的部分，包括按鍵掃描部分、顯示輸出部分和傳感器等功能部分?；趩纹瑱C(jī)開發(fā)的自動(dòng)水位檢測(cè)系統(tǒng)在壓力傳感器作用下有著有些快速的響應(yīng)速度，抗干擾能力強(qiáng)。通過單片機(jī)和傳感器的相互作用達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠。關(guān)鍵詞：水位傳感器；單片機(jī)；硬件電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)目錄29964第一章概述 第一章概述1.1課題研究背景水位檢測(cè)傳感器有很多種的形式，比如浮子，壓力，超聲波等。這些形式的水位傳感器已經(jīng)作為成熟的產(chǎn)品應(yīng)用在很多領(lǐng)域。應(yīng)用在不同領(lǐng)域的水位傳感器各不相同，但是這些已經(jīng)在市場(chǎng)上出售的，比如投入式水位傳感器價(jià)格就異常的高。這些傳感器因?yàn)閼?yīng)用在不同的場(chǎng)合，所以他們的結(jié)構(gòu)原理也相差。這些傳感器大部分是采用指針表得形式進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，不這樣的話，本設(shè)計(jì)就不能采用。本文使用一種的水位傳感器，它的原理是應(yīng)用了壓力傳感?；谝陨?，本文設(shè)計(jì)的水位測(cè)量系統(tǒng)，以51單片機(jī)為控制中心，具有液位顯示模塊。首先我們通過水位傳感器測(cè)量水中壓力，然后將這個(gè)壓力模擬量通過adc芯片轉(zhuǎn)換成可被單片機(jī)識(shí)別的0，1，也就是數(shù)字量。再然后我們根據(jù)提前設(shè)置在程序內(nèi)部的下限閾值，來進(jìn)行系統(tǒng)的加水控制。1.2課題研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代中國(guó)處于兩個(gè)百年歷史目標(biāo)的交匯處，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)水位信息產(chǎn)業(yè)提出了新的要求，與此同時(shí)，水位觀測(cè)內(nèi)容也在增加。水位監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法以及水位監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求，現(xiàn)代電子技術(shù)，通信技術(shù)，傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)正在迅速發(fā)展和普及。水位監(jiān)測(cè)是水位傳感器技術(shù)與采集，存儲(chǔ)，傳輸和處理技術(shù)的集成。監(jiān)測(cè)范圍包括地下水，河流，湖泊和水庫(kù)等水位參數(shù)。根據(jù)對(duì)傳統(tǒng)水位手動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析，主要存在以下問題。記錄方法主要是模擬方法，而在數(shù)字方法中，很難進(jìn)入基本上依靠手工和主觀判斷的計(jì)算機(jī)處理方法。水位信息的采集，傳輸和處理的實(shí)時(shí)性較低，無(wú)法滿足現(xiàn)代水位土地的需求。目前，我國(guó)的自動(dòng)水位測(cè)量和報(bào)告系統(tǒng)包括三個(gè)階段：初始階段，發(fā)展階段和聯(lián)網(wǎng)階段。從1970年代中期到1980年代中期，這是重要的一步。自1980年代中期以來，自動(dòng)水位檢查系統(tǒng)的建設(shè)已超過10年的規(guī)劃期。在1990年代后期，為了滿足防洪和水資源管理與調(diào)度的現(xiàn)代化和信息要求，并為了滿足現(xiàn)代通信，嵌入式，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，建立自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)水位測(cè)試進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化操作。在過去30年的發(fā)展歷史中，自動(dòng)水位測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建和技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在不同歷史時(shí)期建立的系統(tǒng)可以快速收集土地?cái)?shù)據(jù)，為防洪和水管理調(diào)度決策提供基礎(chǔ)和參考資料，并具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。除了傳統(tǒng)的雨水信息外，許多系統(tǒng)還包括閘門開口，大壩的滲漏和滲漏，灌溉區(qū)的水位和流量，土壤濕度，風(fēng)向和風(fēng)速，溫度和濕度，地下水位以及在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)。不斷集成到遙測(cè)系統(tǒng)中以使遙測(cè)系統(tǒng)可以工作的參數(shù)已經(jīng)大大擴(kuò)展，可以為防洪，水管理調(diào)度和水質(zhì)環(huán)境管理等各種應(yīng)用服務(wù)提供更多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)代社會(huì)主要用于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的傳感器有浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、電子水尺和超聲波水位計(jì)等。水位測(cè)量方法比較結(jié)果：有多種類型的水位測(cè)量方法，例如浮子式，壓阻式，超聲波，激光，吹氣式等。在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域，液位測(cè)量技術(shù)的使用已經(jīng)非常普遍。通常，在工業(yè)過程中，僅檢測(cè)，存儲(chǔ)和記錄材料的表面，以確保生產(chǎn)過程的安全性和效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用變得越來越熟練，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)難以保證工業(yè)自動(dòng)化的效率。我們需要改造和優(yōu)化液位測(cè)量過程。在當(dāng)今的工業(yè)過程中，可以說控制中心以計(jì)算機(jī)為核心是非常普遍的。人們已經(jīng)想成熟起來以適應(yīng)生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)的各種用途。液位測(cè)量技術(shù)太低，無(wú)法滿足人們對(duì)精度的要求。智能性太低，每個(gè)工件的集成度越來越高。然而，由于工業(yè)中的高度自動(dòng)化和特殊環(huán)境，測(cè)量的難度大大增加。如果液體的高度隨時(shí)間變化或不斷產(chǎn)生氣泡，則這些因素將對(duì)精度產(chǎn)生更大的影響。有時(shí)我們必須考慮液體是否有毒，易燃或易爆，并且自然會(huì)制造出不同類型的液體傳感器來檢測(cè)不同環(huán)境中的不同介質(zhì)。

電子類液位傳感器：這種傳感器的原理就是將液體的表面高度變化通過一定裝置轉(zhuǎn)換為可以被儀器檢測(cè)的物理量，這就是使得我們可以輕易的掌握液體的液位變化數(shù)據(jù)。電容式液位傳感器的是目前使用次數(shù)最多技術(shù)也最為完善的液位傳感器。這種傳感器精度非常高，他的測(cè)試范圍也比其他的液位傳感器高了不少。他可以測(cè)量絕大部分的介質(zhì)，無(wú)論這種介質(zhì)導(dǎo)電還是非導(dǎo)電，但是它并不可以測(cè)量導(dǎo)電的帶有粘性的介質(zhì)。

電容式液位計(jì)：這種傳感器兩極板中的介質(zhì)分別是液體和空氣。我們通過檢測(cè)電容的電容值去計(jì)算出液體的高度。這種傳感器的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，但是它對(duì)于液體的介電常數(shù)要求十分嚴(yán)格，要求其穩(wěn)定并且相同，溫度的控制也要掌握，長(zhǎng)電纜用來連接測(cè)量的儀器和傳感器，但是電纜的干擾也會(huì)影響傳感器的精度，寄生電容的問題也要解決。這種傳感器遇到導(dǎo)電的粘性介質(zhì)的話會(huì)被改介質(zhì)黏住從而產(chǎn)生掛料影響精度，誤差就會(huì)變大，結(jié)果也會(huì)被大大影響。

電阻式液位計(jì)：這種測(cè)量?jī)x器通過其探測(cè)器在空氣與液體中阻值不同（空氣所受阻值大），通過電子學(xué)方法測(cè)量其電阻的差值，推斷出液體的位置高度信息。但是它要求改介質(zhì)不可以被污染，負(fù)責(zé)會(huì)讓結(jié)果受到交大的影響。探針如果被污染的話，輸出值也會(huì)被影響，加大了誤差，響應(yīng)速度也會(huì)因此降低。1.3課題研究?jī)?nèi)容水庫(kù)大壩安全，蓄水，排灌調(diào)度和排洪的主要參數(shù)之一就是水位。水文學(xué)和水位測(cè)量一直是水文學(xué)和水質(zhì)管理部門的主要課題。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于不可控的事故的預(yù)防有著重要的作用，自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)、傳輸和處理為水庫(kù)的數(shù)字化賦能有著重要深遠(yuǎn)的意義。為了確保水力發(fā)電廠的安全生產(chǎn)并提高發(fā)電效率，水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程必須監(jiān)控水庫(kù)中的水位，垃圾桶中的壓差和尾水位。利用現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是單芯片技術(shù)和非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)適用于多功能，高可靠性，易維護(hù)和多環(huán)境的多模式自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。日常生活中，有很多場(chǎng)景需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量。對(duì)水位測(cè)量就要用到傳感器，傳感器可以將水位高度不同帶來的壓力不同這一種模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。1.4課題研究意義水位檢測(cè)裝置在世界范圍內(nèi)被廣泛使用，但是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高精度水位檢測(cè)裝置非常昂貴。如果是民用產(chǎn)品，將浪費(fèi)成本和資源。因此，我們的設(shè)計(jì)應(yīng)更加關(guān)注基本的傳感器應(yīng)用，并以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大的需求。在日常生活中，水位檢測(cè)器可以集成到我們的生活中以提供便利。這在生活中很常見。如果沒有水，別忘了打開和關(guān)閉水閥。當(dāng)您回到家時(shí)，家充滿了水。在農(nóng)村生活中，自來水抽水系統(tǒng)使用率不高。它給我們的生活帶來了便利。因此，水位測(cè)量系統(tǒng)的研究具有實(shí)際意義。第二章系統(tǒng)方案選擇2.1單片機(jī)的選擇在確定好畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制要求后，就要根據(jù)用戶需求來選擇控制核心。單片機(jī)選型問題是首要任務(wù)，選擇的好的話，就會(huì)很可靠很順利的進(jìn)行接下來的工作；如果選擇不正確的話，會(huì)帶來諸多不必要的麻煩，不僅不能穩(wěn)定的運(yùn)行，使其達(dá)不到理想功能的實(shí)現(xiàn)，還浪費(fèi)了金錢、時(shí)間。我從以下三點(diǎn)來選擇單片機(jī)具體型號(hào)，分別是：可開發(fā)性，是指開發(fā)手段很靠譜，有較多的開發(fā)工具；技術(shù)性，是指它的具體性能參數(shù)和指標(biāo)是否符合我們的要求，保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在技術(shù)參數(shù)下穩(wěn)定安全的運(yùn)行；實(shí)用性?，F(xiàn)如今的微控制器主要是有stm32系列單片機(jī)、51系列單片機(jī)等，他們都具備一定的控制能力，但是它們又有其各自突出的特點(diǎn)。方案一：使用STM32單片機(jī)。這種型號(hào)的控制器是意法半導(dǎo)體集團(tuán)開發(fā)的產(chǎn)品之一。該芯片在存儲(chǔ)空間上有很大的余量，能夠滿足用戶存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的要求。這款單片機(jī)有11個(gè)定時(shí)器，它的接口也比較豐富，有112個(gè)通用I/O口，在使用時(shí)不用擔(dān)憂接口不夠用的問題，很方便用戶根據(jù)具體要求進(jìn)行外設(shè)的連接。雖然它是日常生活中常用的單片機(jī)，由于自身知識(shí)水平有限，沒有選擇該單片機(jī)。方案二：使用STC89C51單片機(jī)。89C51一共有40個(gè)引腳。另外單片機(jī)價(jià)格低廉，很適用于本系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。從硬件的角看,STC89C51機(jī)完全兼容MCS-51指令,比8031MCU的抗干擾性能更好。51單片機(jī)本科階段學(xué)習(xí)過。STC89C51的閃存可以被重復(fù)擦除,并且支持在線編程,這也是它最大的特點(diǎn)?？紤]到實(shí)際的生產(chǎn)使用，本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為控制核心，系統(tǒng)整體上能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)、顯示屏進(jìn)行信息顯示、報(bào)警進(jìn)行提示和復(fù)位部分等，形成了一個(gè)自動(dòng)水位測(cè)量系統(tǒng)。2.2傳感器的選擇談到傳感器，在生活中隨處可見。傳感器是一種可以轉(zhuǎn)換非電量（如溫度、濕度、氣體濃度等）轉(zhuǎn)換成便于計(jì)算機(jī)處理的電信號(hào)的裝置。在對(duì)傳感器選型的時(shí)候，要進(jìn)行多方面的考慮，比如傳感器的線性度、量程、靈敏度、抗氧化性、抗腐蝕性等?，F(xiàn)如今的壓力傳感器有多種，比如壓阻式傳感器、壓電式傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器等，他們的工作原理各有不同?，F(xiàn)在著重介紹一下前兩種傳感器。壓阻式傳感器的顯著代表就是金屬應(yīng)變式傳感器，它是基于應(yīng)變效應(yīng)，也就是說，當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力的作用時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械的變形，會(huì)讓電阻值變化。它的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，尺寸非常小，抑郁實(shí)現(xiàn)小型化，現(xiàn)在它和其他電路會(huì)焊接在一起組成一個(gè)整體。它的測(cè)量精度比較高，測(cè)量的范圍也比較廣泛。壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)，在外部有作用力的情況下，會(huì)在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，實(shí)現(xiàn)測(cè)量。產(chǎn)生壓電現(xiàn)象的物質(zhì)通常是陶瓷和石英晶體。它的靈敏度比較高，工作起來較為穩(wěn)定和可靠，質(zhì)量比較輕，有較寬的響應(yīng)頻域。在此系統(tǒng)中，選擇的是在D3B壓力傳感器，它的使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性比較好、靈敏度高。2.3顯示器的選擇方案一：采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示的方法。在我們?nèi)粘Ｉ钪兴婕皢纹⒂?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常使用的顯示器是LED顯示器模塊。LED有兩種顯示模式。靜態(tài)顯示方式的各個(gè)位置都彼此相互獨(dú)立，需要提前設(shè)計(jì)有效的能夠使得數(shù)碼管顯示的字形碼。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式最大優(yōu)勢(shì)在于只需要設(shè)計(jì)控制顯示的程序，簡(jiǎn)單方便，顯示效果好。靜態(tài)顯示模式需要硬件資源。若顯示比特?cái)?shù)增加，則不能對(duì)應(yīng)于靜態(tài)顯示模式。因此，在顯示比特?cái)?shù)多的情況下，通常使用動(dòng)態(tài)顯示模式。設(shè)計(jì)是陰極驅(qū)動(dòng)。但是這樣連線較多，比較繁瑣。

方案二：液晶顯示器

LCD1602。LCD1602顯示屏可以在很多地方被看到，如公交站臺(tái)上顯示的車次與到站時(shí)間，超市門口的商品顯示電子牌等。液晶1602主要是顯示通用圖形，一些特殊符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字。并且沒有必要設(shè)計(jì)復(fù)雜的連接電路，只需要對(duì)應(yīng)的管腳與單片機(jī)連接即可。

總體來講，液晶來作為顯示的部分使得整個(gè)系統(tǒng)的效果更佳，它顯示的時(shí)候不會(huì)閃爍，也不會(huì)不穩(wěn)定，用戶在視覺感受和體驗(yàn)感上的效果也更好。所以本設(shè)計(jì)采用LCD1602顯示器。第三章硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)框圖對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們結(jié)合可能會(huì)影響的因素，經(jīng)過精密計(jì)算后，建立生產(chǎn)計(jì)劃。在STc89C51的核心控制下對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速準(zhǔn)確地完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體過程是，水位AD檢測(cè)系統(tǒng)基于STC89c51作為控制核心和壓力傳感器輸入的一部分。此按鈕用作人機(jī)交互通道，以控制和顯示水位。設(shè)置最高和最低水位，當(dāng)水位大于最大值時(shí)停止?jié)菜?，?dāng)水位小于最小值時(shí)開始澆水，并在水位超過上限時(shí)啟動(dòng)泵。當(dāng)達(dá)到水位上限時(shí)停止抽水。最小值不能大于最大值，最小值和最大值可以自行設(shè)置。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。電源電路STC89C51單片機(jī)電源電路STC89C51單片機(jī)LCD1602顯示電路LCD1602顯示電路晶振電路晶振電路D3B壓力水位檢測(cè)電路D3B壓力水位檢測(cè)電路復(fù)位電路復(fù)位電路聲光報(bào)警電路按鍵電路聲光報(bào)警電路按鍵電路圖3-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖3.289C51單片機(jī)3.2.189C51芯片引腳介紹89c51單片式電機(jī)一共有40個(gè)引腳,它們都主要是由于采用了一個(gè)雙列直接輸入穿插式引腳方法塊來進(jìn)行輸入密碼器的引腳封裝,要點(diǎn)是想詳細(xì)了解這種引腳單片機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)使用,必須事先對(duì)引腳功能要倍加熟悉,否則在編寫程序時(shí)會(huì)出現(xiàn)小錯(cuò)誤或者因?yàn)檫B接引腳錯(cuò)誤而導(dǎo)致單片機(jī)無(wú)反應(yīng)。下面我對(duì)其引腳功能做一下簡(jiǎn)單的敘述。引腳說明如圖3-2-1所示。圖3-2-1AT89C51芯片管腳圖按引腳的功能來分類的話，將分為以下三個(gè)部分：電源及時(shí)鐘引腳：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2?？刂埔_：、ALE、、RESET。在本篇論文中,我們選擇AT89C51單片機(jī)為控制核心,主要原因是該單片機(jī)價(jià)格低廉、功耗較低,可靠性高,具有強(qiáng)抗干擾和強(qiáng)抗靜電的特性。從硬件的角度來看,AT89C51機(jī)完全兼容MCS-51指令,比8031MCU的抗干擾性能更好。它可以用5v或12v的電源直接地消除所有想要修改的程序,它所受到的電壓和溫度波動(dòng)的影響很小,它所擁有的4kb程序存儲(chǔ)器也完全可以能夠適應(yīng)單片機(jī)系統(tǒng)的各種軟件需要。綜合來說,它是一款功能強(qiáng)大并且滿足我們?cè)O(shè)計(jì)要求的單片機(jī)。在本篇論文中，我們選擇AT89C51單片機(jī)為控制核心，主要原因是該單片機(jī)價(jià)格低廉、功耗較低，可靠性高，具有強(qiáng)抗干擾和強(qiáng)抗靜電的特性。從硬件的角度來看，AT89C51機(jī)完全兼容MCS-51指令，比8031MCU的抗干擾性能更好?？梢杂?V或12V電源直接消除想要修改的程序，它所受的電壓波動(dòng)影響較小，它所具有的4KB程序存儲(chǔ)器也完全能夠滿足單片機(jī)系統(tǒng)的軟件要求。綜合來說，它是一款功能強(qiáng)大并且滿足我們?cè)O(shè)計(jì)要求的單片機(jī)。3.2.289C51單片機(jī)功能介紹單片式電機(jī)的微控制器設(shè)計(jì)是一種將一個(gè)帶有微處理器的控制單元(cpu)、存儲(chǔ)器、i/o口等等都直接集成起來到一塊塊微控制器的設(shè)計(jì)芯片上,構(gòu)成了一個(gè)最小系統(tǒng),它通常也被人稱為微型計(jì)算機(jī)。它的特點(diǎn)是cpu具有較強(qiáng)的邏輯運(yùn)算和處理功能,比如cpu擁有多種方式可以進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸,有較強(qiáng)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力等;它的存儲(chǔ)器可以分為兩個(gè)大部分，分別是ROM和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，ROM只能進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀操作，一般是由廠家寫入程序，而RAM即可以進(jìn)行讀操作，也可以進(jìn)行寫操作；還包括一些其他的電路，它們能夠在軟件的控制下，將任務(wù)準(zhǔn)確高效地完成。為了有效降低開發(fā)的成本,AT89C51的閃存可以被重復(fù)擦除,并且支持在線編程,這也是它最大的特點(diǎn)。當(dāng)單片機(jī)正常運(yùn)行工作時(shí),為了使能耗最低,它支持兩種軟件可選的節(jié)能模式,即空閑模式和休眠模式。例如當(dāng)mcu正常運(yùn)行時(shí),功耗通常設(shè)定為4ma至7ma,進(jìn)入斷電停止模式時(shí),功耗會(huì)降低到2ma,進(jìn)入斷電停止模式時(shí),功耗小于0.1μa。例如,當(dāng)一臺(tái)單片機(jī)能夠在空閑模式下正常工作時(shí),除了cpu和設(shè)備都是處于暫時(shí)或休眠的狀態(tài)外,所有的其它硬件都是處于暫時(shí)或休息狀態(tài)。例如,當(dāng)中斷喚醒了單片機(jī)時(shí),程序?qū)⒗^續(xù)由原先停止的位置開始運(yùn)行。例如,在硬件重置時(shí)喚醒單片機(jī)后,程序?qū)⒆詣?dòng)從頭開始執(zhí)行。mcu在暫?；蚪K止的斷電模式下正常工作,將保留隨機(jī)儲(chǔ)存存取器里面值。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2-2所示。圖3-2-251單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)3.2.3單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹（1）晶振電路在單片機(jī)中時(shí)鐘電路是至關(guān)重要的，它產(chǎn)生時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)就相當(dāng)于一個(gè)底座，單片機(jī)其他元件的正常運(yùn)行都是在此基礎(chǔ)上，會(huì)很有順序的往下執(zhí)行。在單片機(jī)的時(shí)鐘電路中，包含多個(gè)元器組件，放大器和電容是兩個(gè)比較重要的器件，放大器主要依據(jù)晶振的特性來實(shí)現(xiàn)，晶振可以將信號(hào)放大，使得芯片能夠接收到這種信號(hào)，使得時(shí)鐘電路系統(tǒng)能夠有節(jié)奏的執(zhí)行，而且時(shí)鐘的節(jié)奏是一個(gè)一個(gè)的，不需要對(duì)其進(jìn)行小數(shù)處理，根據(jù)這種情況，我們?cè)谶x擇晶振時(shí)，應(yīng)選擇計(jì)算方便的數(shù)值。有了電流的頻率我們就可以計(jì)算出時(shí)鐘需要花費(fèi)的時(shí)間，反之，也可以得出所需要的電流的頻率。本設(shè)計(jì)的晶振電路如下圖3-2-3所示。圖3-2-351單片機(jī)的晶振電路（2）復(fù)位電路單片機(jī)有多種工作方式初始的確定的一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行工作，它是必不可少的。單片機(jī)在正常工作時(shí)，在進(jìn)入系統(tǒng)執(zhí)行程序之前，除了要正常的進(jìn)行初始化操作外，還要以防在程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，或由于人員操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)，此時(shí)復(fù)位可以讓單片機(jī)脫離故障狀態(tài)，從而再次正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如下圖3-2-4所示。圖3-2-451單片機(jī)的復(fù)位電路綜上，系統(tǒng)最小系統(tǒng)具有晶振電路與復(fù)位電路，其具體的51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如下圖3-2-5所示。圖3-2-551單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路原理圖3.3LCD顯示電路設(shè)計(jì)在的日常生活中,液晶屏1602隨處可見。液晶顯示模塊在我們的生活中被隨處可見，例如：在地鐵乘車時(shí)預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間的顯示和大樓上懸掛的滾動(dòng)標(biāo)語(yǔ)、計(jì)算器的顯示屏幕等等。不同的顯示器有著不同的功能，為了顯示一些阿拉伯?dāng)?shù)字，我們主要采用的屏幕是液晶顯示屏1602，在基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，主要采用LED和LCD兩種顯示模式。而當(dāng)我們采用人機(jī)交互的設(shè)計(jì)過程中，我們就會(huì)采用LCD1602作為輸出屏幕。其具體技術(shù)參數(shù)如表3-3-1所示。表3-3-1LCD1602技術(shù)參數(shù)芯片工作電壓4.5—5.5V顯示容量16×2個(gè)字符字符尺寸2.95×4.35(W×H)mm工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0VLCD1602顯示屏依據(jù)是否背光分為兩種引腳接口，在無(wú)背光下，采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳，在背光下，采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，LCD1602液晶模塊它的控制指令共有11條，具體指令如表3-3-2所示。表3-3-2LCD1602液晶模塊內(nèi)部控制器控制指令序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容電路圖如圖3-3所示。圖3-3LCD顯示電路圖3.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)用和日常應(yīng)用中，一般的正常工作狀態(tài)可以通過數(shù)字顯示屏的閃爍或工作類型指示燈來確定，因此工作人員可以參考系統(tǒng)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)人們了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常。但是，在某些危險(xiǎn)和緊急情況下（例如系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤消息和情況時(shí)），通常需要警報(bào)信號(hào)，以便工作人員知道這些緊急情況。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水位檢測(cè)系統(tǒng)使用蜂鳴器類型的警報(bào)，因?yàn)樗鼨z測(cè)到水位，并且不需要太高級(jí)的語(yǔ)音類型警報(bào)。電路圖如圖3-4所示。圖3-4報(bào)警電路3.5ADC0832電路設(shè)計(jì)日常所見的單片機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)中，所要測(cè)對(duì)象的相關(guān)變量，比如壓力、溫濕度、光照強(qiáng)度、液體流速等等，這些非電氣的物理量，利用傳感器所檢測(cè)到的這樣的量都是模擬量。而這些模擬量單片機(jī)是不能識(shí)別并進(jìn)行計(jì)算等一系列操作的，所以在傳輸給單片機(jī)的時(shí)候，必須先利用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換芯片對(duì)這些量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將這些量轉(zhuǎn)換成0、1這兩個(gè)數(shù)字量后。單片機(jī)利用低電平代表0高電平代表1就可以對(duì)檢測(cè)的量進(jìn)行處理啦。綜上所說，將檢測(cè)的量轉(zhuǎn)換成0、1的就叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC的時(shí)序圖如圖3-5-1所示。圖3-5-1ADC的時(shí)序圖日常中使用的ADC0832分辨率有256級(jí)別。這款芯片是8位的，它能夠滿足日常生活中的普通要求。ADC0832有四個(gè)引腳分別是①CS、②CLK、③DO、④DI。它的內(nèi)部電壓從0到5v，通過單片機(jī)DIDO標(biāo)號(hào)與0832的DI相連接，DI作為數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)DI有效時(shí)，DO就無(wú)效。當(dāng)I/O口使用緊張時(shí)，會(huì)把數(shù)字輸入和數(shù)字輸出口并聯(lián)起來，在一根數(shù)據(jù)線上。CS是片選引腳，當(dāng)它為高電平時(shí)，這個(gè)時(shí)候的意思是不使用它。CLK可以向單片機(jī)芯片發(fā)送時(shí)鐘脈沖以提供時(shí)序。轉(zhuǎn)換電路圖如圖3-5-2所示：圖3-5-2模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖3.6壓力傳感器電路設(shè)計(jì)壓力傳感器的原理是：當(dāng)應(yīng)變片受到力或壓力而產(chǎn)生形變，其內(nèi)部的應(yīng)變量也發(fā)生變化，內(nèi)部的相關(guān)電路檢測(cè)到相應(yīng)變化并轉(zhuǎn)化成電壓量，并且壓力和電壓量成正比關(guān)系。但是由于橋式稱重壓力傳感器,應(yīng)力變形很小,輸出的電壓變化幅度小、電壓值小,所以通過8位AD芯片ADC0832和簡(jiǎn)單的外圍電路組成的采集模塊一起使用,是電路簡(jiǎn)化,操作方便,易于固定、控制,稱量值精度高。我們選用D3B壓力傳感器。具體參數(shù)表如表3-6所示。表3-6壓力傳感器參數(shù)表D3B壓力傳感器工作電壓4.2v—6.2v壓力范圍1000mm00.1Kg/c㎡電壓輸出：0.23v4.9v線性度0.2%外型30×30×20mm壓力傳感器引腳圖及實(shí)物圖如圖3-6-1所示。圖3-6-1壓力傳感器引腳圖及實(shí)物圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)得D3B壓力傳感器圖如圖3-6-2所示。圖3-6-2D3B壓力傳感器接口電路圖

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1編譯語(yǔ)言的選擇在單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，人們逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言C，C語(yǔ)言編寫的開發(fā)程序更符合人們的思維習(xí)慣。相較于匯編語(yǔ)言來說，它的移植性比較好。另外，C語(yǔ)言編譯器可以在大多數(shù)處理器中使用。而且C語(yǔ)言有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可讀性高、模塊化設(shè)計(jì)和可維護(hù)性好等。所以綜合以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)是用C語(yǔ)言編寫的。4.2主程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)控制過程中，可以通過按鍵設(shè)置水位的高低值，當(dāng)實(shí)際的水位超過系統(tǒng)設(shè)定的上限值時(shí)，便會(huì)控制排水泵進(jìn)行排水，減少水位的高度。在實(shí)際的水位低于系統(tǒng)設(shè)定的上限值時(shí)，便會(huì)關(guān)閉排水泵。水位控制系統(tǒng)通過傳感器的作用，對(duì)水位的高低進(jìn)行檢測(cè)，將獲取的數(shù)據(jù)傳遞到單片機(jī)的顯示屏幕上，在抽水泵的相互配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖4-2主程序流程圖4.3A/D檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是壓力傳感器，它的輸出是模擬量，單片機(jī)是直接讀取不到的。因此，需要一個(gè)中間轉(zhuǎn)換芯片，也就是adc。選取的是平常我們常用的ADC0832。數(shù)據(jù)采集子程序框圖如下圖所示：圖4-3數(shù)據(jù)采集子程序框圖4.4按鍵程序流程圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)置按鍵一共有三種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)分別是進(jìn)行報(bào)警閾值的上下限設(shè)置。數(shù)據(jù)加，減。key4在手動(dòng)模式下可以控制抽水水泵和排水水泵是否工作。圖4-4按鍵子程序框圖

第五章PROTEUS仿真結(jié)果與分析5.1protues軟件的介紹Protues軟件是由英國(guó)公司出品的EDA工具軟件，它的功能包括對(duì)單片機(jī)及其外圍器件、多種EDA工具軟件進(jìn)行仿真模擬。Protues界面如圖5-1所示。圖5-1protues界面圖5.2仿真過程在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行調(diào)試，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、正確的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最基本的功能。在這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要通過壓力傳感器對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，將水位數(shù)據(jù)傳遞到單片機(jī)上，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出單片機(jī)的顯示屏幕上。然而由于壓力傳感器和單片的和傳輸有著一定的間隙，所以當(dāng)我們進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)在一定程度上產(chǎn)生了誤差，而這個(gè)誤差大體上是可以接受的。整體仿真圖如圖5-2-1所示。圖5-2-1整體仿真圖首先我們通過按鍵模塊設(shè)定蜂鳴器報(bào)警的上限水位閥值為41m，當(dāng)水位傳感器檢測(cè)出水中的液位為38時(shí)，這情況是水中液位小于設(shè)定的閥值，所以說水位檢測(cè)系統(tǒng)不報(bào)警，蜂鳴器不發(fā)出聲音。仿真結(jié)果如圖5-2-2所示。圖5-2-2檢測(cè)值低于上限值假若設(shè)定報(bào)警的閥值41，水位檢測(cè)出水中水位45時(shí)，水中水位大于設(shè)定的閥值，水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲音，并且開始報(bào)警，相應(yīng)的排水泵開始工作。仿真結(jié)果如圖5-2-3所示。圖5-2-3檢測(cè)值高于上限值

第六章實(shí)物展示與調(diào)試6.1實(shí)物圖展示圖6-1-1焊接前零件實(shí)物圖圖6-1-2焊接最小系統(tǒng)實(shí)物圖圖6-1-3焊接實(shí)物正面圖圖6-1-4焊接實(shí)物反面圖6.2電源電路及開關(guān)調(diào)試51單片機(jī)有兩種供電方式：使用USB供電；使用DC供電。本次設(shè)計(jì)使用USB接口為單片機(jī)供電。工作電壓為3.5v。單片機(jī)電源實(shí)物圖如圖5-2-2所示圖6-2電源實(shí)物調(diào)試圖中顯示電源接口旁有1個(gè)電源開關(guān)，控制整個(gè)板的電源。打開電源開關(guān)，單片機(jī)正常工作。關(guān)閉電源開關(guān)，電源引腳和GND引腳兩端電壓為0，屏幕熄滅，單片機(jī)未接電。6.3按鍵模塊調(diào)試電源上電后按鍵模塊子程序開始工作，在程序中已編寫軟件消抖，連接成功后，選擇按下設(shè)置水位按鍵，這時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)到按鍵按下后，通過LCD顯示水位報(bào)警的上限下限值，設(shè)置上限值之前，此時(shí)上限值為15cm，下限值為6cm;圖6-3-1按鍵模塊實(shí)物調(diào)試設(shè)置上限值為16cm,下限值為8cm。系統(tǒng)如圖所示：圖6-3-2設(shè)置上下限后實(shí)物圖6.4整體聯(lián)調(diào)6.4.1開機(jī)顯示運(yùn)行按鍵按下之后，自動(dòng)水位測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，與此同時(shí)，顯示“Manul”和當(dāng)前水位主界面，此時(shí)的液位為0cm。圖6-4-1開機(jī)顯示實(shí)物圖6.4.2測(cè)量水位將水位傳感器放入水中，傳感器開始工作，將測(cè)量得到的水位信息通過顯示屏顯示出來，當(dāng)前水位為12cm。實(shí)物演示情況如下：圖6-4-2測(cè)量水位實(shí)物圖

結(jié)束語(yǔ)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸對(duì)水資源重視水平不斷提高，因此，如何合理監(jiān)控水資源成為了一個(gè)研究性的課題。為此我們必須要監(jiān)控水庫(kù)水位的變化，包括農(nóng)田灌溉中水庫(kù)水位的變化?？梢酝ㄟ^如今的信息技術(shù)對(duì)水庫(kù)水位的變化進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行處理，實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)水位檢測(cè)?？梢詫⒏鱾€(gè)位置的水庫(kù)信息傳遞到水位信息平臺(tái)上，能夠清晰的顯示出來。在本文中，我們從經(jīng)濟(jì)性和可靠性入手，設(shè)計(jì)了一種可基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水位控制的設(shè)備。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)于水位的檢測(cè)的控制要求與真正實(shí)現(xiàn)是基本符合當(dāng)時(shí)的想法的。在這個(gè)系統(tǒng)中，有兩大特點(diǎn):使用的是壓力傳感器是用來測(cè)量液體壓力的，因?yàn)橐后w高度不同壓力就會(huì)不同，這個(gè)方法相較于直接用測(cè)量高度的傳感器來講，更為方便與簡(jiǎn)單。使用的顯示屏是現(xiàn)在在市場(chǎng)上占有率最高的LCD1602顯示屏，顯示的較為直觀，顯示的范圍可以精確到厘米。但是也是存在著一些缺點(diǎn)的：在測(cè)量過程中，需要讀取容器底部的壓力,之后才可以添加警報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)信息的設(shè)置，如果測(cè)量值出范圍之內(nèi)，那么這個(gè)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)地發(fā)出警告提示。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)目前還僅僅是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，希望在以后的工作學(xué)習(xí)中能夠繼續(xù)的對(duì)其完善改進(jìn)。

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