基于單片機的水位控制系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 機的外部時鐘電路 圖 CHMOS 型單片機的外部時鐘電路 電源電路 在水位控制系統中，本單元為系統提供 +5V 的工作電源。從 220V 的交流電通過整流橋、濾波后得到 +5V 的系統工作電源，如圖 所示。 單片機的電源電路 傳感器 傳感器來自“感覺”一詞。人們用視覺、聽覺、嗅覺和觸覺等器官感受外界的有關信息，如物體的大小、形狀和顏色，感覺到的聲音、氣味等。在視覺情況下，絕不是靠眼 睛本身進行感覺，而是從眼睛進入的外界刺激信號通過神經傳送到大腦，由大腦感知物體的大小和顏色，然后由大腦提供命令信號支配行動。聽覺和嗅覺也完全一樣。然而要是大腦受到這些刺激，首先必須有接受外界刺激的“五官”人的“五官”可以稱之為傳感器。它們的基本功能是首先接收外界的刺激信號然后產生作用于各種神經傳送信號的能量，最后再傳送大腦。 傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉化為便于傳輸或處理的電信號的裝置，在現代科技領域中，傳感器得到了廣泛應用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“ 刺激”并作出迅速反映。本設計當中我們采用的水位探測傳感器。 傳感器使用 SY9411LD 型變送器，它內部含有 1 個壓力傳感器和相應的放大電路。壓力傳感器是美國 SM 公司生產的 5552 型 OEM 壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補償及標定（ 070 度），傳感器經過特殊加工處理，用堅固的耐高溫塑料外殼封裝。其引腳分布如圖 所示。 1 腳為信號輸出（ ）； 2 腳為信號輸出（ ）； 3 腳為激勵電壓； 4 腳為地； 5 腳為信號輸出（ +）； 6 腳為信號輸出（ +）。 在水箱底部安裝 1 根直徑為 5mm 的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連 接。水箱水位高度發生變化時，引起軟管內壓變化，然后傳感器把壓轉換成電壓信號，輸送到 A/D 轉化器。 [10]。 圖 單片機和 PC 連接框圖 圖 串行通信原理圖 鍵盤電路 P1 口作為鍵盤電路，連接一個 4*4 鍵盤。結構如圖 所示。 圖 鍵盤電路 水位顯示電路 顯示電路如圖 所示。 圖 4. 顯示電路 液位顯示采用數碼管動態顯示，范圍從 0999 單位可自定 ，選擇的數碼管是 7 段共陰極連接，型號是 LDS18B20。在這里使用到了 74，它是一個 8 位的 D觸發器，在單片機系 統中經常使用，可以作為地址數據總線擴展的鎖存器，也可以作為普通的 LED 的驅動器件，由于單獨使用 HEF4511B 七段譯碼驅動顯示器來完成數碼管的驅動顯示，圖 。 A/D 轉化電路在控制器中起主導作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號轉換為單片機能處理的數字量。該控制器采用 CMOS 工藝制造的逐步逼近式 8 位 A/D轉換器芯片 ADC0809。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待 3 種方法編制 A/D轉換程序。在接線時先經過運算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號轉換為電壓信號，然后輸入到 A/D 轉換器。 ADC0809 是由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態輸出鎖存器用于鎖存 A/D 轉換完的數字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉化完的數據。 ADC0809的引腳圖 ADC0809 的引腳圖如圖 所示。 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝， 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下： IN7IN0――模擬量輸入通道 ALE―― 地址鎖存允許信號。對應 ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態送入地址鎖存器。 START――轉換啟動信號。 START 上升沿時，復位 ADC0809； START 下降沿時啟動芯片，開始進行 A/D 轉換；在 A/D 轉換期間， START 應保持低電平。本信號有時簡寫為 ST。 圖 ADC0809 引腳圖 B、 C――地址線。通道端口選擇線， A 為低地址， C 為高地址，引腳圖中為ADDA、 ADDB 和 ADDC。其地址狀態與通道對應關系表見 41 CLK――時鐘信號。 ADC0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號 引腳。通常使用頻率為 500KHZ 的時鐘信號 EOC――轉換結束信號。 EOC 0，正在進行轉換； EOC 1，轉換結束。使用中該狀態信號即可作為查詢的狀態標志，又可作為中斷請求信號使用。 D7D0――數據輸出線。為三態緩沖輸出形式，可以和單片機的數據線直接相連。 D0 為最低位， D7 為最高 OE――輸出允許信號。用于控制三態輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。 OE 0，輸出數據線呈高阻； OE 1，輸出轉換得到的數據。 Vcc― +5V 電源。 Vref――參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為 +5V（ Vref+ +5V, Verf 5V） ADC0809 的內部邏輯結構圖如 所示。 表 41 為通道選擇表。 圖 ADC0809 的內部邏輯結構圖 A/D 轉換電路原理圖 另外在設計過程中預留了串行口，供進一步開發使用。 A/D 轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。 A/D 轉換電路原理如圖 所示。 圖 A/D 轉換電路原理圖 A/D 轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的 和固定的。例如ADC0809 轉換時間為 128uS，相當于 6MHz 的 MCS51 單片機共 64 個機器周期。可據此設計一個延時子程序， A/D 轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。 查詢方式 A/D 轉換芯片由表明轉換完成的狀態信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，測試 EOC 的狀態，即可確定轉換是否完成，并接著進行數據傳送。 中斷方式 把表明轉換完成的狀態信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。 不管采用上述哪種方式，只要一旦確定了轉換 完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以 RD 信號時有效， OE 信號既有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受 [13]。 電機控制 設計采用交流過零型固態繼電器，它有過零時開啟，負載電流過零時關斷的特性。它的最大接通、關斷時間是半個電源周期，在負載上可得到一個完整的正弦波形。它相應地減少了對負載的沖擊，而在相應的控制回路中產生的射頻干擾也大大減少。當控制端輸入低電平時， SSR 導通，控制電動機開始工作上水；當控制端輸入高電平時， SSR 截止，電動機停止工作并停止上水。這樣便可以實現對水箱水位的 控制 [14]，其控制電路圖如圖 所示。 圖 電機控制電路圖 看門狗電路 Watchdog（監控定時器）技術是一個與 CPU 構成閉合回路的定時器，是抗干擾和可靠性措施之一。 在由單片機構成的微型計算機系統中由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾造成程序的跑飛而陷入死循環 ,程序的正常運行被打斷由單片機控制的系統無法繼續工作會造成整個系統的陷入停滯狀態發生不可預料的后果所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的芯片俗稱看 watchdog 。 看門狗電路的應用，使單片機可以在無人狀態下實現連續工作其工作原理是看門狗芯片和單片機的一個 I/O引腳相連該 I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平 或低電平這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進入死循環狀態時寫看門狗引腳的程序便不能被執行這個時候看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號使單片機發生復位即程序從程序存儲器的起始位置開始執行這樣便實現了單片機的自動復位 看門狗 ,又叫 watchdog timer 是一個定時器電路一般有一個輸入叫喂狗 kicking the dog or service the dog 一個輸出到 MCU 的 RST 端 MCU 正常工作的時候每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端給 WDT 清