基于单片机的水位控制系统设计毕业论文

基于单片机的水位控制系统设计毕业论文内容摘要：

机的外部时钟电路 图 CHMOS 型单片机的外部时钟电路 电源电路 在水位控制系统中，本单元为系统提供 +5V 的工作电源。 从 220V 的交流电通过整流桥、滤波后得到 +5V 的系统工作电源，如图 所示。 单片机的电源电路 传感器 传感器来自“感觉”一词。 人们用视觉、听觉、嗅觉和触觉等器官感受外界的有关信息，如物体的大小、形状和颜色，感觉到的声音、气味等。 在视觉情况下，绝不是靠眼 睛本身进行感觉，而是从眼睛进入的外界刺激信号通过神经传送到大脑，由大脑感知物体的大小和颜色，然后由大脑提供命令信号支配行动。 听觉和嗅觉也完全一样。 然而要是大脑受到这些刺激，首先必须有接受外界刺激的“五官”人的“五官”可以称之为传感器。 它们的基本功能是首先接收外界的刺激信号然后产生作用于各种神经传送信号的能量，最后再传送大脑。 传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，在现代科技领域中，传感器得到了广泛应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“ 刺激”并作出迅速反映。 本设计当中我们采用的水位探测传感器。 传感器使用 SY9411LD 型变送器，它内部含有 1 个压力传感器和相应的放大电路。 压力传感器是美国 SM 公司生产的 5552 型 OEM 压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定（ 070 度），传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。 其引脚分布如图 所示。 1 脚为信号输出（ ）； 2 脚为信号输出（ ）； 3 脚为激励电压； 4 脚为地； 5 脚为信号输出（ +）； 6 脚为信号输出（ +）。 在水箱底部安装 1 根直径为 5mm 的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连 接。 水箱水位高度发生变化时，引起软管内压变化，然后传感器把压转换成电压信号，输送到 A/D 转化器。 [10]。 图 单片机和 PC 连接框图 图 串行通信原理图 键盘电路 P1 口作为键盘电路，连接一个 4*4 键盘。 结构如图 所示。 图 键盘电路 水位显示电路 显示电路如图 所示。 图 4. 显示电路 液位显示采用数码管动态显示，范围从 0999 单位可自定 ，选择的数码管是 7 段共阴极连接，型号是 LDS18B20。 在这里使用到了 74，它是一个 8 位的 D触发器，在单片机系 统中经常使用，可以作为地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的 LED 的驱动器件，由于单独使用 HEF4511B 七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，图。 A/D 转化电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换为单片机能处理的数字量。 该控制器采用 CMOS 工艺制造的逐步逼近式 8 位 A/D转换器芯片 ADC0809。 在使用时可选择中断、查询和延时等待 3 种方法编制 A/D转换程序。 在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换为电压信号，然后输入到 A/D 转换器。 ADC0809 是由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁存器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转化完的数据。 ADC0809的引脚图 ADC0809 的引脚图如图 所示。 ADC0809 芯片为 28 引脚为双列直插式封装， 对 ADC0809 主要信号引脚的功能说明如下： IN7IN0――模拟量输入通道 ALE―― 地址锁存允许信号。 对应 ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址状态送入地址锁存器。 START――转换启动信号。 START 上升沿时，复位 ADC0809； START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间， START 应保持低电平。 本信号有时简写为 ST。 图 ADC0809 引脚图 B、 C――地址线。 通道端口选择线， A 为低地址， C 为高地址，引脚图中为ADDA、 ADDB 和 ADDC。 其地址状态与通道对应关系表见 41 CLK――时钟信号。 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号 引脚。 通常使用频率为 500KHZ 的时钟信号 EOC――转换结束信号。 EOC 0，正在进行转换； EOC 1，转换结束。 使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 D7D0――数据输出线。 为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。 D0 为最低位， D7 为最高 OE――输出允许信号。 用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE 0，输出数据线呈高阻； OE 1，输出转换得到的数据。 Vcc― +5V 电源。 Vref――参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。 其典型值为 +5V（ Vref+ +5V, Verf 5V） ADC0809 的内部逻辑结构图如 所示。 表 41 为通道选择表。 图 ADC0809 的内部逻辑结构图 A/D 转换电路原理图 另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。 数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。 A/D 转换电路原理如图 所示。 图 A/D 转换电路原理图 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的 和固定的。 例如ADC0809 转换时间为 128uS，相当于 6MHz 的 MCS51 单片机共 64 个机器周期。 可据此设计一个延时子程序， A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 查询方式 A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。 因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确定转换是否完成，并接着进行数据传送。 中断方式 把表明转换完成的状态信号（ EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管采用上述哪种方式，只要一旦确定了转换 完成，即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以 RD 信号时有效， OE 信号既有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受 [13]。 电机控制 设计采用交流过零型固态继电器，它有过零时开启，负载电流过零时关断的特性。 它的最大接通、关断时间是半个电源周期，在负载上可得到一个完整的正弦波形。 它相应地减少了对负载的冲击，而在相应的控制回路中产生的射频干扰也大大减少。 当控制端输入低电平时， SSR 导通，控制电动机开始工作上水；当控制端输入高电平时， SSR 截止，电动机停止工作并停止上水。 这样便可以实现对水箱水位的 控制 [14]，其控制电路图如图 所示。 图 电机控制电路图 看门狗电路 Watchdog（监控定时器）技术是一个与 CPU 构成闭合回路的定时器，是抗干扰和可靠性措施之一。 在由单片机构成的微型计算机系统中由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰造成程序的跑飞而陷入死循环 ,程序的正常运行被打断由单片机控制的系统无法继续工作会造成整个系统的陷入停滞状态发生不可预料的后果所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片俗称看 watchdog。 看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作其工作原理是看门狗芯片和单片机的一个 I/O引脚相连该 I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平 或低电平这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时写看门狗引脚的程序便不能被执行这个时候看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号使单片机发生复位即程序从程序存储器的起始位置开始执行这样便实现了单片机的自动复位 看门狗 ,又叫 watchdog timer 是一个定时器电路一般有一个输入叫喂狗 kicking the dog or service the dog 一个输出到 MCU 的 RST 端 MCU 正常工作的时候每隔一端时间输出一个信号到喂狗端给 WDT 清。