1、摘要改革開放以來，我國社會飛速發展，人們的生活水平逐漸提高，對水的要求越來越高。水對人們生產生活至關重要，長期停水會給人們的生產生活帶來不便,甚至發生較大的經濟損失或者生產事故。因而，給水系統要時刻保持充足的水量與平穩的水壓，避免供水事故的發生，為了解決上述問題，筆者進行了合理的設計，構建水壓穩、水量足的給水系統。傳感器的誕生推動自動化技術的升級，影響自動化技術的發展，尤其是傳感器的性能。傳感器種類不同應用的領域不同，在液位檢測這一方面，發轉的也是多樣化，與標準大氣壓相比，壓力傳感器的相對壓力為0,將壓力傳感器放置在一定深度的液體內，能夠快速測量液體的壓強。這個設計旨在對水箱水位的檢測，自動或

2、者手動的對水箱里的對水位進行控制。系統主要以STC89c51單片機作為主控的芯片，按鍵還可以對系統水位的上、下限進行調整，水位低于下限值由ADC0832A/D轉換模塊、繼電器驅動模塊、LCD1602液晶顯示模塊、按鍵設定模塊、D3B水位傳感器模塊、單片機最小系統組成。STC89c51系列單片機擁有較多的資源、運算的速度比較快速，適用于相對較強的干擾和運算速度較快的機器或者設備。在電磁繼電器開環控制或者水壓力傳感器閉環操控電機的運轉進行抽水實現對水位的檢測與系統的控制。鎖存起來。倘若EA端是接Vcc端的，也就是處于高電平狀態，那么CPU會操作內部程序存儲器中保存數據和指令。4.2單片機的時鐘電路

3、和復位電路如圖3圖3：上電的時候突然給電路施加和運行過程中完全相反的電平就是復位電路的作用。按照電容電壓不會發生突變的規律，就等同于瞬間短路。在上電的一瞬間，電容充電，充電電流在電阻上形成的電壓為高電平。當電容充滿，電阻為0,電阻上的電壓也就為低電平，這時進入正常工作狀態。時鐘電路的目的是控制單片機的工作節奏，決定單片機的執行速度，為本設計提供一個基準實際脈沖。2.4壓力傳感器壓力傳感器是通過應變片的應力變形，而產生電信號的敏感元器件，每當發生應力變形，傳感器都會產生相應的電壓，受到的壓力發生變換電壓也會隨之發生改變。然而橋式稱重壓力傳感器的應變片不易發生形變，所以輸出電壓很小旦不會發生很大的

4、變化，本設計采取了8位AD芯片ADC0832并設計了一些外圍電路實現采集功能，讓電路便于控制，并能夠實現較高的測量精度。本設計中使用的D3B壓力傳感器見圖3oD3B壓力傳感器電壓輸出：0.23v-4.9v；工作電壓：4.2v6.2v；水柱：00.IKg/cm2；壓力范圍：01000mm；線性度0.2%；外型:30X30X20mmI接5V0接10口G接GND圖4：2.5ADC0832ADC0832是一種8位分辨率的A/D轉換芯片，由于分辨率高達256級，因此通常的模擬量轉換的需要都能實現。芯片的模擬電壓由于參考電壓以及電源輸入的聯合使用，使其變化范圍為0-5V。完成芯片轉換只需要32微秒，為了降

5、低數據的不準確性，可以將利用數據輸出完成校驗，不僅使得芯片的轉換更加迅速而且更加安全穩定。由于芯片轉化的進步控制處理器以及多器件掛接也更加容易。利用DT數據的輸入端能夠十分容易地完成通道功能的設定。通常而言ADC0832通過DI、CS、DO、CLK四條數據線和單片機產生連接。然而因為DT端和DO端和單片機的連接是雙向的而且通信過程中不能同時發揮作用，因此在設計電路的過程中能夠把DI以及DO并聯到同一個數據線中發揮作用。如果ADC0832處于停止狀態，CS輸入端處于高電平狀態，在這種情況下芯片是被禁用的,而DO/D1以及CLK的電平狀態沒有要求。而在A/D的轉換過程中，必須要把CS使能端轉化為低

6、電平狀態，而且這種狀態一直要在整個轉化過程中維持。這時芯片就進入轉換狀態，此時處理器就會給芯片的時鐘輸入端CLK傳輸時鐘脈沖，DO/DT端在選取信號時是通過DI端輸入通道。啟始信號是第1個時鐘脈沖的下沉前DI端保持高電平狀態。而之后兩個脈沖下沉前DI端必須輸入兩位數據，才能對通道進行選取，表一中列舉了具體功能。單片機接口電路見圖4：ICS-51WRl10Kcs_CLKCH1WGNDDIarP3.5P3.4P3.3見上表，如果兩位數據是“1”和“1”，那么CH1發生單通道轉換。如果輸入的兩位數據是“1”和“0”，那么CH0發生的是單通道轉換。如果兩位數據是“0和“”時,輸入時負輸入端IN-是CH

7、0,正輸入端IN+是CHU如果兩位數據是“0”和“0”時，那么輸入時負輸入端IN-是CH1,正輸入端IN+是CH0。如果第3個脈沖完成下沉，那么DI端的輸入電平就不再進行輸入，在這之后D0/D1端就會讀取轉換數據通過數據輸出DO的方式。如果第4個脈沖完成下沉，DO端就會開始輸出DATA7,在此之后發生脈沖下沉DO端就會依次進行數據輸出。這一過程持續到第11個脈沖輸出DATA0,這是整個字節都已經成功輸出。在此之后就會開始相反字節的輸出，換句話說第11個字節下沉后輸出的數據是DATDOo再進行8位數據的輸出，直至第19個脈沖整個字節被成功輸出，這也是A/D轉換完成的標志。然后把CS調整到高電平狀

8、態，將芯片禁用，再把完成轉換的數據加工處理。表3中對時序有著具體的解釋。表2：MUXAddressChanriel祥SGL/DIRODD/SIGNO-I1O+11+TABLE6.IVIUXAddressirig:Sirigle-EridedMUXModeCOMisiritemsillytiedtoAGZDMUXAddressObiaririel祥SGI_/OIFODD/SIGNo-1OOo-1+TABLE7.IVIUIXAddressimg:ZXDCO832OiTfereritialMUIXMode表3：ADC0832TimingCLOCK(CUI1234St7I9It11121)U»

9、;l«17II1920-WLfWWWWUUWWmROUTPUTMUC*fflfCT(aiAMMfSSMUX$TM1|MU|ILtt)|MU)MuxsnmiiG-*TIMEDSOOMM82.61602液晶在實施各個指令前一定要把忙標志的狀態調整為低電平，這是由于液晶顯示模塊屬于慢顯示器件，如果忙表示是高電平就無法執行該指令。顯示字符前必須先錄入字符的地址，下圖5中展示的是1602的內部顯示地址。圖6：舉例來說如果要顯示的是第二行第一個字符，其地址為40H,如果直接錄入40H能不能顯示出該字符？答案是否定的，這是由于輸入顯示字符的地址時，有著D7必須保持高電平1狀態的要求，因此輸入的數據

10、為01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。液晶模塊在進行初始化之前要先確定顯示模式，顯示字符的過程中光標不需要認為調整會自動移動，在輸入指令前都需要檢測液晶模塊的狀態是否空閑。有160個點陣字符圖案包括常見的符號、英文字母、阿拉伯數字以及日文假名等存儲在1602液晶模塊內部的CGROM(字符發生存儲器)中，見圖6所示，這些字符由特定的代碼表示，舉例來說，01000001BC41H)表示的是大寫的字母“A”，在顯示過程中模塊會讀取41H位置的字符，并在屏幕上顯示出字母“A”。*13-4CGROMKICGRAM中字符代碼與字符圖形對應關系00000

11、010OOH01000101OHOoin1010ion1100110111101111XXXX0000CGRAM(1)0pp9三.PXXXX0001(2)!1AQaqn7fAqXXXX0010(3>92BRbrr川Bexxxxoon(4)u3CSc,丁勺毛<8XXXX0100($)$4DTdtX卜七aXXXX0101(C)s5EUeuV才tLB0xxxxono(?)&6FVrVT力3Pzxxxxom(8)>1Gww7*X<XXXX1000(1)(8HXhX4*JXXXXX1001(2)9IYiy>*rJ/V】yXXXX1010(S).1JZJaX)UJ千X

12、XXX10H(4)+tK(k<才tOX萬XXXX11OO(5)7<L¥11七770AxxxxnoiM.>X7嗜+XXXX1110(?)>Nn3七八nxxxxnn<S)/T00一,y7O0'偵初始化II勺步驟有：延時15ms寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS。寫指令38H（不檢測忙信號）/延時5ms”寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數據操作均需要檢測忙信號/寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關閉.寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設置。寫指令0CH：顯示開及光標設置。3、系統電路設計3.1最小系統電路設

13、計外部時鐘振蕩電路、單片機、復位電路、po口上拉排阻共同構成了最小系統。見下圖7：圖8：單片機最小系統電路圖STC89C52單片機所需的工作電壓在4V到5.5V之間，因此單片機接通的都是5V直流電。通過將單片機的20腳VSS接地，40腳VCC與5V電源的正極相連。單片機的起始就是通過判斷最初的狀態實現的；在單片機的工作期間，如果程序由于外界因素的影響而發生跑飛，這時利用復位按鈕就可讓程序重新運行。復位過程的實行是由RESET端保持兩個周期的高電平狀態完成的。本設計是利用手動按鍵的方式進行復位操作的，因此要額外的上拉電阻將電平提高。單片機的核心就是時鐘電路，機器的運行都由它控制。時鐘電路可以為機

14、器提供正弦波信號時一種振蕩電路，這會影響到機器的工作狀態。3.21602顯示電路設計按照1602數據手冊中的內容，單片機和1602應該按照下圖的方式連接:圖9：單片機和1602連接原理圖LCD1602的D0D7和單片機STC89c51的P0.0P0.7和上拉電阻相連，4、5、6口分別與單片機的P2.5、P2.6、P2.7口相連，當單片機收到壓力傳感器采集模塊傳進來的數字信號，單片機經過處理，PO.O'PO.7曰將輸出對相應的低電平到LCD1602的D0'D7,LCD1602根據低電平顯示相對應的數值。3.3電磁繼電器電路設計如下：繼電器具有小電流控制大電流以及低電壓控制高電壓的

15、能力，單片機控制繼電器的過程也十分容易，如果水壓比設定值小，單片機P2.0口輸出低電平，三級管導通，繼電器開關導通，馬達水泵開水抽水。水量達到設定值，P2.0口高電平，三極管不導通，水泵停止抽水。為了演示方便，本設計選用小型馬達水泵，可以用圖9電路圖，若是要運用到實際生活中可以用圖10電路。圖10：單片機驅動繼電器原理圖1、概述水位的檢測在我國己比較的普及，現在已經有多種規格的水位檢測器，依據檢測原理，將水位檢測器分為四種類型，即壓力式、吹氣式、浮子式、超聲波式。每類水位檢測器的功能都有所不同，其量程、設備構造、要求的測量精度、制作的成本等運用于其不同的水體，大部分水位監測器的生產成本較高，結

16、構較為復雜；彈簧式、投入式、浮球式水位檢測計是目前國內應用范圍較廣的水位檢測計，售價高昂。上述水位檢測計不能適于遠程監控，少數以機械指針讀數，其余均通過模擬電壓或電流讀數，會有讀書誤差不是很精確；比較適于平靜的水體，倘若水體波動，檢測計的讀數不準確，誤差較大；此外，還可以利用電容法檢測水位，此法操作簡單。為了解決上述問題，筆者依據水壓傳感器測水體水位的原理，設計并構建了新型智能水位控制與檢測器,該系統的核心部件是STC89C51單片機。筆者在大學期間掌握了水壓傳感器、大學物理、51單片機系統的理論知識，以此為基礎設計制造了智能水位控制與檢測器。此次畢業設計不僅擴展了想象空間、提升了創新能力，還

17、掌握相關課程理論知識和鞏固對傳感器的基礎使用，通過水壓傳感器對水位的測量與控制，對連接各個電路模塊，理解掌握單片機系統原理及其實際應用，進而提升筆者的應用理論知識的能力，深入了解單片機相關理論知識。當前，水壓傳感器的性能越來越優良，廣泛應用至科研、農業、工業、日常生活中。筆者整理、總結、記錄水壓傳感器D3B測量的水位值及輸出電壓，反復測量，經過大量的計算形成相關函數。水壓傳感器輸出相應的電壓并顯示水體壓3.4壓力傳感器采集電路設計如下:應變片由于外力的作用發生形變，這是傳感器會按照應力變形的大小來輸出特定大小的電壓這就是壓力傳感器的工作原理。然而因為橋式稱重壓力傳感器的應變片不易發生形變，所以

18、輸出電壓很小且不會發生很大的變化，本設計采取了8位AD芯片ADC0832并設計了一些外圍電路實現采集功能。由壓力傳感器采集到的電壓傳給ADC0832,然后ADC0832把采集的模擬信號轉換為數字信號，然后將模擬信號傳輸到單片機STC89C51的里3.5蜂鳴器電路設計如下:圖13：蜂鳴器驅動原理圖電路通過三極管基極與單片機P端口連接從而達到控制蜂鳴器的響起。由于單片機引腳的驅動力不足以支持蜂鳴器的運行，因此額外增加了三極管實現蜂鳴器的運行。4.1系統程序程圖設計如下:圖14：圖13：主程序流程圖4.2壓力傳感器采集顯示程序流程圖設計圖15：數據處理|4.3按鍵程序流程圖設計圖16：Stater-

19、lN*N*N2切換繼電器狀態結束5、系統功能及指標參數5.1系統功能本文設計的智能液位傳感器具有下列功能：1、測定的液體高度小于1米時測定的結果較為準確；2、測定高度時壓力傳感器通過測定水壓來完成；3、測定的結果可以直接顯示在上位機的屏幕上；4、該單片機可以利用ADC收集和處理壓力傳感器測定的水壓的電壓信號。5、2AD部分調試參數AD調試過后，測定了AD采集數據的能力，結果見表4：表4：序號高度（CM）AD值1022273394411551466167719882199241010261111281212311313331414361515381616401717431818451919482

20、020512130742240982350122246014625701702680194279021828100242上述數據的測量條件都是大約30°C的室內環境。將測定的28組數據（利用高度己知的液體獲得ADC0832測定的AD值）進行處理后發現AD值具有很強的線性。公式如下：水位高度=（AD值.2）/2.45.3調試總結在調試過程中由于涉及到很多方面的影響因素，因此花費的時間較長，在調試時需要以綜合的方式觀察系統的運行狀態是否符合基礎需求。本文的設計采用壓力傳感器來達到預期的效果，壓力傳感器可以檢測液體的水壓，再通過ADC0832把傳感器獲得的電壓進行處理并輸送到單片機中，液體

21、的高度就會在屏幕上顯示出來。測定的液體高度小于1米時測量結果較為準確。測定結果的誤差來源是由于壓力傳感器輸出的數據和ADC0832接收的數據并不完全一樣。6、結論本文中描述的智能液位傳感器和計劃相符，該傳感器最大的特點是在測量液面的高度過程中通過壓力傳感器完成這一操作，通過這一方法測十分方便；另一個特點是測量結果能夠直接顯示出來，且結果的單位是cm十分精確，如果水壓比設定值大，那么系統會發出提醒。不可避免地，本文的設計方案還是存在一些缺陷，比如要實現測量水壓的功能必須要將容納液體的容器底端進行開曰，此外如果增加在超過測定閾值時能夠自動報警的系統會更加完善。倘若能給系統增加存儲數據的功能，就可以

22、更加方便地分析過去保存的數據。力，ADC0832芯片收集這些電壓信號并將其轉變為0/1的數字信號。雖然目前水位檢測器的使用范圍較廣，但由于價格高昂，人們在日常的生活中還不能使用精度較高的水位控制與檢測器。因此在本次設計中應更為創新，利用更便宜器材設計生產出更加實用于市場的水箱水位檢測與控制器。2、整體系統和主要器件選擇介22.1方案論證(1) 選擇本系統的主控器件方案一：選擇ARM7為系統的主控器件，缺點：市場競爭壓力大，浪費資源，價格昂貴。優點：資源豐富，響應速度快。方案二：選擇STC89C51做為主控器件，優點：價格較便宜，可以控制電動機與單片機，相應速度較快，可以滿足系統的運行需要，完成

23、相應的功能，外圍電路比較簡單。所以，STC89C51單片機能夠發揮其獨特優勢，具備可位尋址操作功能與控制功能，成本低廉，充分利用資源。因而，筆者認為方案二更適合本系統，不但可以提升系統的市場競爭力，還能減少成本，外圍電路的構造也比較簡單。(2) 選擇合適的水壓傳感器水壓傳感器收集水壓信號，依據水壓的變化輸出線性變化的電壓信號，并顯不對應的水位高度。方案一：選擇橋式壓力傳感器應變片是橋式壓力傳感器的關鍵元件，水壓不同，應變片的應力變形不同，橋式壓力傳感器以此測量水壓。當應變片發生應力變形時，傳感器形成相應的電壓信號，傳感器輸出的電壓隨著水壓的變化發生線性改變。若傳感器輸出的電壓信號較小，說明應變

24、片的應力變形小，其電壓改變程度較小。此外，A/D轉換電路模塊能夠與橋式壓力傳感器結合形成采集模塊。橋式壓力傳感器測量準確、易于控制和固定、操作簡單、電路不復雜。方案二：選擇分立元件組成的壓力傳感模塊該壓力傳感器由放大電路與壓敏電阻組成，放大電路放大壓敏電阻的電壓信號，進行A/D數模轉換。缺點：比較復雜，其信號需經過電壓比較器和AD采樣采樣器處理，不靈敏，且經常受到環境影響，提升電路的難度與復雜性。相比之下，方案二成本高昂、電路難度大、功耗多、誤差大、靈敏度低。綜上，通過比較，方案一更符合本設計的要求。能夠電路更簡單，水壓測量結果更準確，因此選用方案一。（3）選擇與比較AD轉換器方案一：選擇12

25、位AD轉換芯片選擇12位AD轉換芯片，缺點：成本高昂、浪費資源；優點：市場競爭力強、資源豐富、分辨率高。方案二：選擇8位AD轉換芯片選擇8位AD轉換芯片，分辨率可達256級，足夠我們設計要求，在0-5V電壓模數轉換時，變量變化1,才有19.53MV的變化，體積小，兼容性，性價比高，性能可以滿足系統需要。因而，本文在設計系統時，選用方案二。（4）選擇與比較電動水泵驅動電路方案一：選用繼電器驅動水泵繼電器開關使用年限長，靈敏度較高，操作簡單，能夠利用小電流操控大電流或者以小電壓操控高電壓，即便在高壓或者高電流狀況下也不會損壞單片機。方案二：選用單片機驅動水泵STC89C51單片機系統的主控器件，其

26、內部存在定時器，定時器0是一個實時時鐘，能夠依據系統的實際狀況定時，為了不影響系統的而正常運行，采用定時器1,定時器1通過定時更改TO口的高低電平，以獲得相應的模擬信號。筆者經過大量的測試，認為適用單片機驅動水泵會耗費大量的CPU時間，降低數據處理采集、液晶顯示的效率。綜上所述，依據系統的設計需要，本設計選用方案一。（5）選擇與比較顯示模塊方案一：選用12864液晶顯示，12864雖然屏幕尺寸大、具備較強的市場競爭力，但成本高昂，功耗大，設計比較復雜。方案二：選擇LCD1602液晶顯示，雖然該顯示模塊智能同時顯示兩行字符，字符數為16個，但能夠滿足系統需求，可以保證系統平穩運行。綜上所述，本文

27、選用方案二。2.2系統介紹硬件設計方面包括單片機最小系統單片機、壓力傳感模塊、振蕩放大電路、鍵盤控制模塊、顯示模塊、蜂鳴器報警模塊、繼電器水泵控制模塊。為了解決上述問題，筆者詳細的分析了各種影響因素，以設計需求為基礎，設計系統制作方案。根據此方案，系統的控制中心是STC89C51,可以分析壓力傳感器收集的信號并依據需要做出處理。圖1即為系統設計方案框架圖。圖1：壓力傳感器采集hADC0832水位STC89C52單片機最大值&最小值按鍵LCD1602顯示2.3STC89C51單片機以Intel的指令代碼為基礎的STC89C51單片機是目前功能最為強大的單片機，可以兼容市面上所有的單片機，

28、功率消耗少、運行速度快、抗干擾能力強，是美國STC公司研發的新型單片機，具備6時鐘/機器周期與12時鐘/機器周期，用戶可以根據自身需要進行選擇。STC89C51單片機的特點1、單片機上集成兩種類型的RAM,分別為512字節RAM與1280字節RAM。2、用戶應用程序空間大小不同，包括64K、32K、20K、16K、13K、8K、4K字節。3、普通8051單片機工作頻率為080Mhz,而STC89C51單片機工作頻率為040MHz,正常運行時工作頻率超過48MHzo4、工作電壓有兩種，其一是3V單片機，其工作電壓正常范圍是3.8V2.0V,其二是5V單片機，其工作電壓正常范圍是5.5V3.4V。

29、5、增強型12時鐘/機器周期與6時鐘/機器周期。6、低電平觸發中斷、外部中斷、下降沿中斷能夠喚醒PowerDown模式，其中外部中斷分為4路。7、定時器0能夠充當兩個8位定時器，共有三個16位計數器與定時器。8、通用I/O（32/36個），除PD1P-40封裝無P4口，其余封裝都有P4口，復位之后：P0口是總線擴展，為開漏輸出，不必加上拉電阻，P4、P3、P2、P1為弱上拉（普通8051位傳統I/O口）、準雙向口。圖2即為STC89C51接曰示意圖。圖2：T2/P1.0匚2140T2EX/P1.1匚239Pl.2匚338Pl.3匚437Pl.4匚536Pl.5匚635P1.6734P1.783

30、3RST匚932RXD/P3.0匚1031TXD/P3.1匚1130IHT0/P3.2L1229m/P3.31328T0/P3.4匚1427T1/P3.5匚1526藏/P3.6匚1625而/P3.7匚1724XTAL2匚1823XTAL1E1922VSS匚2021STC8聳52RC弓唯困P2.P2.01234567-G543210!DDTDDDDD-O11111198/AD/AD加/AC/AD/AC/AC/APR/A/A/A/A/A/A/A/AC..鳥EN76543210coooooooO-ALSVpppppppP一EAPnrnnmnnnnnnnnnnnnnn1、P

31、O：P0口是雙向I/O口，由8位漏極開路。每位能夠驅動8個TTL邏輯電平，是輸出口。P0口在此種模式下具備內部上拉電阻。在訪問數據存儲器或者外部程序，引腳是低8位的地址/數據復用。若端口寫入“1電平”，引腳為高阻抗輸入。2、P1P1口是8位雙向I/O口，具備內部上拉電阻，四個TTL邏輯電平在P1輸出緩沖器的作用下被驅動。當P1端口被用作輸入口時，寫入值為“1”，引腳在內部上拉電阻的作用下被拉低，端口在內部上拉電阻的作用下被拉高,此時輸出電流(TTDoPl.2引腳能夠充當定時器/計數器2的觸發輸入(Pl.1/T2EX),P1.0引腳可以充當定時器/計數器2的外部計數輸入(P1.0/T2)o引腳號第二功能：Pl.0T2為時鐘輸出，以計數器/定時器T2的外部計數輸入。Pl.1T2EX(計數器/定時器T2的重載/捕捉控制方向與觸發信號)。3、P2P2是8位雙向I/O口，具備內部上拉電阻，四個TTL邏輯電平在P2輸出緩沖器的作用下被驅動。當P2端口使用16位地址調用訪問外部數據存儲器或者外部程序存儲器時，P2端口輸出高