基于單片機的水塔水箱水位監測控制系統設計TOC\o"1-2"\h\z\u59281引言 469762設計思路 4254722.1方案論證 455862.2系統硬件設計 59232.3STC89c52單片機 6312862.4壓力傳感器 8112472.5ADC0832 955843系統電路設計 10235483.1最小系統電路設計 10151683.21602顯示電路設計 1142373.3壓力傳感器采集電路設計 12240723.4水泵驅動模塊設計 12228813.5按鍵模塊設計 1361873.7電源模塊設計 13298874系統程序設計 14209514.1系統程序程圖設計 14268814.2壓力傳感器采集顯示程序 15172504.3按鍵程序流程圖設計 1548885系統調試與分析 1630985.1硬件調試 16114555.2軟件調試 17324706結論 1727293參考文獻 192208附錄 22摘要：隨著當前電子信息技術飛速地發展，電子信息的控制系統及主要的用途越發普遍，電子產品及附屬的種類也越發變多。電子產品與每個人的工作和日常生活越來越緊密地聯系在一起。本文當中，STC89c52為冷卻塔的水箱水位的檢測和自動控制系統地關鍵設計與方案。該系統軟件以STC89c52單片機為關鍵設計方案，作為水位檢測設備而設計。系統軟件的關鍵是單片機系統，功能鍵模塊和1602LCD的最小設計。顯示模塊，液位傳感器模塊，變阻器驅動器模塊和ADC0832組成。該系統軟件可以完成水箱的水位檢測，并能夠可以根據所有需要對水箱地水位進行全部自動控制或者手動控制。水位的上下限可以在手動模式下根據功能鍵系統進行調整。經過測試后，當其水位低于設定的水位下限的時侯，系統軟件可以完成補水和保濕。LCD1602指示水箱的水位，并對其進行實時監控。關鍵詞：STC89C52水箱水位監測單片機1引言1.1研究背景液位儀器檢查已在許多操作行業中廣泛使用。液位儀表包含的檢測傳感器地類型非常之多。根據基本原理，它們是浮球型，工作壓力型，超聲波型和吹氣檢查型。根據必要的設計方案執行各種方法。結構與測量范圍并且和精度適用在不同地地方。大多數的結構非常復雜并且呢制造成本也極高。市場上現在也有現有地液位變化。輸送機包括資本投資型，水泵壓力開關型型等。大多數制成品價格昂貴。上述液位變送器的大部分輸出是模擬輸入電流或工作電壓，其中一些呢是機械的設備針讀數，不能用于所有遠程控制與監視。廣泛的用在固定液位，容易造成讀數波動。電容器法的系統軟件對液位計的測量也有效。此方法呢是一個極其簡單易行地計劃。1.2研究意義該設計方案對水塔水位控制板具有低成本和高實用價值。它可以自動執行所有用于進水和斷水的循環系統，確保液位長寬比在理想范圍內。它本身具有結構非常簡單，生產的制造成本也低，靈敏度卻高，資源節約非常明顯等這些特點，適用于各種的高層建筑。住宅液體存儲的理想機械和設備。2、設計思路2.1方案論證（1）主控器件的比較與選擇方案一：我們選擇的是ARM7它作為主要控制的芯片及其組件。盡管他的速度非常的快并且資源也是很多，但是價格也變得相對較高，資源消耗極大并且缺乏相應競爭力。方案二：我們使用的是Intel的8031的單芯片用來開發并且設計這個51單片機，這意味著型號規格和規格包括宏京公司的STC89產品系列等，以及其制造商，例如華邦，達拉斯，西門子等，許多兼容產品通常用于計算機自動控制系統，電氣產品和其他領域，由于51單片機具有穩定的特性，因此廣泛使用了51產品系列的兼容型號和規格，它們將在制造的日常生活中占據很大的市場。綜上所述呢，我們為了能夠簡化他的外圍電路的及相應的設計并且能夠增強他的競爭力，我們還是會選擇這樣第二種的方案。（2）AD器件的比較與選擇方案一：我們使用的是12位的AD芯片，相應的屏幕分辨率也是較高的，成本也相應增加，但是它系統軟件就無法使用這樣如此高地屏幕的分辨率，資源液晶變得消耗大了起來，這樣一來就缺乏了競爭力。方案二：它采用的是8位的AD芯片，中間可以分成256個。轉換為0-5v工作電壓的時侯，自變量可以變為1，然后再發生19.53mv的變化，這就足以能夠滿足相應系統軟件的要求。綜上所述，我們選擇方案二。（3）顯示器件的比較與選擇單片機設計在工作中。它表明控制模塊的技術在當今已經非常完善，并且它是一些集成LED的控制模塊。方案一：我們選擇的是1602LCD的顯示器。因為1602lcd屏幕呢只有兩行，每行它只有16個字符，并且呢不指示相應的中文字符（因為中文字符它占用兩個字節）。根據相應的系統軟件地規定，它能夠可以很好地完成相應系統軟件完善的需求。方案三：采用的是12864的液晶顯示器，因為他的12864顯示屏非常大，說明他的控制較為的復雜，相對來說功能損失也是比較大的，因此成本也會相應增加。綜上所述，我們選擇方案一。（4）電源電路選擇方案一：開關電源電路，開關電源電路的基本原理是采用相關技術來控制定時開關比，以保持穩定的輸出電壓，伴隨著當前的電力電子技術的技術發展的趨勢和技術的創新，已經在開關電源電路的技術方面進行了科學研究，在當前電子產品信息技術領域的快速發展趨勢中開關電源電路占有重要的一部分。方案2：線性穩壓電源，線性穩壓管直流可調穩壓電源的特點是：輸出電壓小于鍵控工作標準電壓，而輸出諧波畸是非常小的，在工作的時候噪聲低，效率也很低，熱噪聲間會影響到系統的改變。綜上所述：因為這個設計的電源電路消損是比較小的，所以選擇線性穩壓電源是最匹配的。2.2系統硬件設計根據設計計劃的內容，并提出相應的解決方案，以確保這樣的設計方案的準確性，穩定性，以及它能夠快速。系統軟件程序框圖如圖2-1所示。液晶顯示電路液晶顯示電路單片機控制電路電源電路電源電路水位檢測電路時鐘電路水位檢測電路時鐘電路聲光報警電路聲光報警電路復位電路繼電器控制電路繼電器控制電路按鍵電路圖2-1系統方框圖2.3STC89c52單片機系統軟件選擇STC89C51作為主板芯片。對于主控制器來說,其是以AT89C51為主的。在美國呢,AT89C51這樣的單片機全部是由ATMEL這個公司來研發的,它是八位的單片機,他的性能也是極其的好。在這個過程中,將特性存儲技術進行應用,這一技術密度高,不會出現丟失的情況,其和MCS-51是融合的。對于這一芯片來說,其中央處理器是八位的,具有閃存單元,可以使單片機在很多領域得以深入推廣。3.1.1主要功能列舉1.帶有智能8位CPU和系統內軟件可編程控制器Flash2.芯片內部有一個數字時鐘振蕩器（傳統的最大輸出功率可以達到12MHz）3.內部程序存儲器（ROM）為4kHDB4.內部數據信息存儲（RAM）為256字節5.32個可編程控制器I/O端口6、8個中斷向量源7.兩個16位計時器/電子計數器8.三級數據加密程序存儲器9.雙工UART串行通信安全通道10.免費用電和斷電方式；11.切斷電源后即可喚醒；12.看門狗1定時器；13.雙數據信息針；14.電源故障指示燈。3.1.2各引腳功能VCC：輸入STC89C51開關電源的正極，并連接到9V。GND：開關電源的接地端子。XTAL1：單片機系統數字時鐘反相放大器的輸入端子。XTAL2：系統軟件數字時鐘反相放大器的輸出端子。通常，在設計方案中，您只需要將石英晶體振蕩結晶系統軟件連接到XTAL1和XTAL2。在地面中間添加一個20PF的小電容器可以使系統軟件更加穩定，并防止噪聲引起的干擾。RST:復位的輸入。當振蕩器的復位器件時侯,要盡量保持RST腳的兩個機器的周期的高電平時間。單片機引腳圖如下：其引腳圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C52引腳圖3、系統電路設計3.1最小系統電路設計STC89C52單片機為所有主控電路中包含一個復位電路并同樣包含一個晶振電路，即通過連接其排阻提高其輸出電流。(1)復位電路微控制器它本身地時鐘周期也可以稱為振蕩周期，振蕩周期并且可以理解成微控制器地晶體振蕩器地倒數。例如，本設計中使用地STC89C52單片機地片上晶體振蕩器就是12MHz，因此振蕩周期為12MHz和1/12μs之一。它也是MCU的最小時序單元，由其他組件組成。例如，計時器是計數器的默認操作脈沖。機器周期是完成基本操作（例如指令獲取周期，獲取周期等）的時間單位。MCU無法自動復位，外部電路必須執行復位操作。一旦從外部獲得所需的電路，微控制器立即就會在向與微控制器地復位引腳上添加高電平即超過兩個的機器周期以后復位。恢復到原始狀態并等待下一次計算。復位電路圖如圖3-1所示。圖3-1復位電路(2)晶振電路晶振電路的配置還包括鎖相環電路，即由功率電容器組成的電路。功率電容器的大小決定了提供給微處理器的時鐘信號的頻率，具體的晶振電路由兩個30pf功率電容器和11.0592MHz的晶體振蕩器電路電源電路組成，它們構成了詳細的振蕩器電源電路，內部振蕩器電源電路由單片機設計，以實現以下目的。顯示高質量和穩定的時鐘頻率，晶振電路圖如圖3-2所示。單片機的最小系統地原理圖就如圖3-3所示。圖3-2晶振電路（3）時鐘電路微控制器的整個設計內部它有一個功率放大器地反相放大器，以用來形成一個振蕩器。在圖2中其結構為X1，C1和C2?？梢赃x擇5MHz，12MHz或24MHz頻率的石英根據情況的諧振器，無功補償柜一般選擇30pF以下的高壓陶瓷電容器。圖3-3單片機最小系統原理圖3.21602顯示電路設計并根據1602地數據手冊上，1602和單片機地接法就如下圖：圖3-4圖3-4單片機與1602連接原理圖LCD（液晶顯示器）呢為液晶顯示器它的英文名稱全稱的縮寫。液晶顯示器它是有源顯示器，即，LCD屏幕它本身其實是不會亮的，但是可以使用LCD屏幕根據方向的特性來改變光，以實現白色背景上的黑色文本或白色背景上的黑色文本指示的目的。液晶屏它具有的功能為損失低，并且抗干擾的性能極強的優點。3.3壓力傳感器采集電路設計圖3-5壓力傳感器采集原理圖3.4水泵驅動模塊設計離心水泵開關電源系統的工作標準電壓為9V，根據繼電器運行，如圖9所示，繼電器JK1由電阻R6和晶體管Q1組成。當單片機設計的P15端口號的輸出為低頻時，晶體管Q1導通和關斷，繼電器閉合，離心水泵插入并旋轉，拉了電阻之后，晶體管Q1截止，電氣跳閘。二極管D1是續流二極管，而功率電容器C6是耦合電容器，以處理電動機的危害。圖3-6驅動電路原理圖3.5按鍵模塊設計3.5.1按鍵簡介共有三種類型的公用鍵：機械設備接觸鍵，導電膠粘鍵和軟鍵（也稱為觸摸式計算機鍵盤）。機械設備觸點按鍵穩定性和抗干擾能力極強，也可以通過軟件的編程來防止對按鍵的誤觸和抖動，極具性價比。通過使用硫化橡膠的延展性來重置導電橡膠按鈕。根據抑制方法，控制面板上的所有按鈕都被制成一件。體積小，安裝方便，適合批量生產。但是隨著時間的流逝，硫化橡膠變脆并降低其彈性，并且容易侵入灰塵。軟鍵呢是近年來發展尤為迅速地一種新型鍵，可以分為凸球形和平面兩種。軟鍵防污，防水，耐腐蝕，外觀漂亮，易于安裝。并且可以根據整個機器的規定設計和制造控制面板的外觀設計以及合理的布局，顏色和鍵距。但是，由于當前客觀原因并且和有限地經濟發展的能力，該系統的軟件將使用和投入機械設備作為觸點按鈕。按鍵結構圖如圖3-7所示。圖3-7按鍵結構圖圖3-7按鍵電路原理圖3.7電源模塊設計電源設計必須可靠，并且每個開關電源都有一個0.1uf的電容器用于去耦。根據電源電路的觀察，發現設計方案中常用的大多數開關電源都是9V的直流穩壓電源，因此選擇三端集成穩壓電源LM7805作為可調穩壓電源。電源電路地電源，其引腳的位置圖如圖3-13所示。此外，電動機電源系統由外部DC12VDC電源提供。實際的電源電路如圖3-14所示。圖3-13LM7805引腳圖LM7805呢是非常常見地三端穩壓器。其功能是將9V輸入工作電壓轉換為9V輸出電壓。LM7805具有廣泛的應用，包括過流和過壓保護電源電路。端口1是鍵入端口，端口2是接地設備，端口3是輸出端口。電容器C4和C5是開關電源耦合電容器。圖3-14電源模塊電路原理圖系統程序設計4.1系統程序程圖設計本次設計中使用的是C語言來進行編程的，程序流程圖4-1如下。圖4-1主程序流程圖自動控制系統的程序分為三個部分：主程序，驅動控制程序和終止程序。主程序執行系統軟件的詳細地址分配，系統軟件復位和每個子例程的激活。軟件開發是該自動控制系統設計的關鍵，然后必須構建系統軟件和硬件配置。最后缺少的是系統設計。主程序由定義變量，復位過程，各種子例程激活和驅動程序操縱過程組成。程序的工作過程是，并且水位高低值由單片機傳輸以指示LCD1602l顯示屏。4.2壓力傳感器采集程序單片機用于控制LCD屏幕上顯示的LCD1602，為了更好地執行此功能，必須清除RAM緩沖區，并必須校準LCD1602ID的值，首先校準LCD，然后清除RAM位置，設定指示行的最初值，該值將指示針參考點指向第一行，等待指示的數據進入緩沖區，然后執行匯編程序。其顯示程序的流程圖就如圖4-3所示。圖4-2液晶顯示程序流程圖液晶模塊LCD1602想要顯示出使用者的輸入的英文單詞和成功率，程序就要按照LCD1602的具體指令對它進行控制。首先要使液晶工作在顯示模式下也就是使液晶模塊能夠工作在寫指令的模式，之后再使液晶能顯示出使用者按下的英文字母讓液晶工作在寫數據的的模式下。具體的指令已經在上文中闡述過所有，這里就不再進行過多的解釋。LCD的寫指令程序。voidlcd_wcmd(unsignedcharcmd)//寫指令子函數{while(lcd_bz());//判斷LCD的工作作態。rs=0;rw=0;//RE=0.RW=1;e為正脈沖ep=0;_nop_();//空操作延時_nop_();P0=cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=0; //下降沿寫入指令}LCD的寫數據程序。voidlcd_wdat(unsignedchardat)//寫數據{while(lcd_bz());//判斷LCD工作狀態rs=1;rw=0;ep=0;P0=dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=0; //高脈沖寫入數據}LCD讀忙函數程序。bitlcd_bz() //判斷LCD是否忙碌{bitresult;rs=0;rw=1;ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0x80);ep=0;returnresult;}4.3按鍵程序流程圖設計按鈕的一部分可以在設計計劃中設置水位的上限和下限。在中間循環系統中，狀態的值為0,1,2，并且匹配項3表示網頁是指示水位的網頁，并且水位被設置為下限網頁。頁面，設置水位限制網頁，當狀態==0時，匹配為非設置狀態，并且在此刻狀態下，按鈕2一并可以隨意切換成手動與自動模式，并且手動模式下，能通過3個按鈕隨時切換汽車的接力。在設置下閾值的狀態下，狀態＝=1，2按鈕是數據信息的加法，而3按鈕是數據信息的減法。在極限閾值設置狀態==2的狀態下，2按鈕是數據信息的添加。3按鈕減少了數據信息。延時程序在鍵盤消抖等處都有多次應用，算是用的比較頻繁的子程序了，而延時程序也有好多種。常見地延時程序呢有三種，分別是空操作延時加上循環延時最后和計時器中斷延時（工作方式二的狀況下）。在這里聲明一下。所有子程序寫在主程序之前是不用再聲明的，而寫下主程序之后的話。需要在主程序之前聲明一下?？詹僮餮訒r(12MHz)

voiddelay10us()

{

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

}循環延時voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=100;x>0;x--)； for(y=z;y>0;y--)；}調用時直接調整Z的取值就可以改變延時的時間長短計時器中斷延時。這里以一個LED燈的點亮為例。#include<reg52.h>

sbitled=P1^0;

unsignedintnum=0;

voidmain()

{

TMOD=0x02;

TH0=6;

TL0=6;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

while(1)

{

if(num==4000)

{

num=0;

led=~led;

}

}

}

voidT0_time()interrupt1

{

num++;

}多種延時程序都可以滿足設計需求，所以在設計時我選擇了最收悉的循環延時，具體的延時時間可以根據單片機的晶振頻率和具體程序計算出來。圖4-3按鍵程序的流程圖及其液晶顯示的程序流程圖4.4初始化程序因為單片機內無論是寄存器還是還是定時器計數器都存在著默認值，如果對這些模塊不進行賦值，按默認值來的話單片機有可能會產生混亂，達不到編寫程序的目的，所以要加入初始化程序來增強系統的穩定性。液晶模塊如果不進行初始化的話會一直顯示上次輸入的單詞或者停留在上次掉電時的狀態下。所以初始化程序必不可少。voidinit(){ wela=0; dula=0; temp=0; lcd_wcmd(0x38); //雙行顯示，指令5 delay(1); lcd_wcmd(0x0c); //開顯示，無光標，指令4 delay(1); lcd_wcmd(0x06); //光標右移，指令3 delay(1); lcd_wcmd(0x01);//清屏，指令1 delay(1); EA=1; ET0=1; TR0=1;//啟動定時器 }5系統調試與分析單片機有著很多不確定性還有一些人為因素的影響，導致可能在焊接過程或者是其他操作過程中會出現一些偏差和，必須要經過嚴格的調試，才能夠獲得它滿意的性能要求。5.1硬件調試硬件調試地步驟就是主要為檢查電路和通電觀察和靜態調試及動態調試4部分組成。并且具體步驟為如下：硬件配置的調整主要是由這四個部分來組成：檢查電源電路，觀察插入狀態，靜態數據調整和動態調整。操作步驟如下：(1)檢查電源電路在插入電源電路之前，請仔細地檢查它的電源電路是否能夠的正確連接，然后再使用我們的數字萬用表再進行最后測試。(2)觀察插入狀態系統配置產品連接到外部開關電源，并且開關電源電路在短時間內連接。檢查電路板是否存在異常，如果聞到異常氣味，則可以看到電具正在放電或冒煙，如果設備溫度很高，則應立即關閉開關電源電路并等待溫度降低后，再次檢查電源電路板，在檢測到故障后，將重復這個實際的操作，直到它不會再出現這樣的上述情況后為止。(3)靜態數據調整調整之前，請先了解設備的操作方法，調整時請注意設備的電源插頭和電源電路的開關電源端口是否接觸良好，以免發生常見故障。(4)動態調整輸入數據信號后以觀察它電源電路地輸出數據的信號是否都符合規定。在整個調整過程中，必須拆卸或更換組件或更改連接時，必須斷開開關電源，并在拆卸和更換后重新插入電源。5.2軟件調試該設計是用C語言編寫的，必須使用KeiluVision4編寫和調整。首先呢打開KeiluVision4這個軟件，然后再創建上一個新項目后，在工具欄中搜索到“新建項目”這個選項，然后打開“文件”并選擇“新建文件”。編寫后，鍵入后將調整程序流程。創建新文件時，單擊“數據庫”提示框下的STC89C52，然后在新創建的“文件”提示框中鍵入程序流，將其保存為.c文件格式，然后將其添加到“源組1，創建一個十六進制文件”中，然后編譯程序，并在正確編譯程序之后開始編程。在新文件中加載程序流并編譯程序的提示框的指示如圖5-1所示：圖5-1KeiluVision4運行圖5.3實驗在通過一定的調通AD軟件之后呢我們之后并對AD地數據采集及相應的功能進行了嚴密的測試，測試數據為如下表5-1：表5-1測試數據序號高度（CM）AD值1022273394411551466167719882199241010261111281212311313331414361515381616401717431818451919482020512130742240982350122246014625701702680194279021828100242圖5-2當前AD地采集數據和其給定的固定輸入數據這些給定的數據消息全都是在同樣房間中測量的，它們所有都是在室內溫度固定接近30攝氏度的時侯測量的。每個人全都對其測量地所有數據信息全部進行了正確求解，并且測量了全部28套的數據信息（根據給定地高度全部被加載到了ADC0832輸出地AD值當中），并且表明了AD地線性度相對來說比較高。圖5-2顯示了測試的全過程匯總公式計算：水位高度=（AD值2）/2.4圖5-2實驗過程根據調試，每個人都發現最耗時的調試正在考慮許多因素。調試的整個過程應由所有系統軟件組成，以查看工作中是否一切正常，以及是否可以滿足基本規則。每個人提出的所有設計計劃全部都是只有有水位傳感器之后才能基本上滿足對設計計劃的全部基本要求。根據全部能夠精確的測量出液位計氣壓所有地壓力傳感器，ADC0832收集并且轉換為壓力傳感器的輸出地模擬工作的電壓，并將其發送至微控制器設計。然后根據LCD屏幕指示液位的高度。當測量出的范圍為0-1米以內的時侯，誤差基本上可以能夠滿足要求。錯誤地關鍵呢肯定在于對這個壓力傳感器地輸出與ADC0832地輸入之間存在著一定地差異。6、結論冷卻塔水箱水位檢測和自動控制系統的設計方案已達到估算的基本規定。STC89C52單片機當然是該設計極其的關鍵。傳感器測試的水位數據信號經過轉換后，數據信號被發送到單片機。已經完美解決，并且能夠在LCD1602屏幕上清楚的顯示。此外，當水位低于設定值時，自來水泵會將散熱器管中的熱水循環到水箱中。當水位能夠達到之前設定好的設定值的時侯，水泵就會停止