水塔智能水位控制系统设计本科毕业论文(编辑修改稿)

水塔智能水位控制系统设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

宠儿。 所以本次设计采用的是压阻式应变压力传感器。 第二节 模数转换 当压力传感器检测出水塔的液位高度转换成电信号输出时，此信号为模拟信号仍然不能直接送给单片机进行分析比较，需要在送 单片机之前进行模数转换（ AD 转换） ,将模拟信号转换成数字信号再传送给单片机。 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 8 一、 AD 转换器的分类 （ 1）按数字输入方式可分为并行 AD转换器和串行 AD 转换器。 （ 2）按工作原理及特点可分为积分型、逐次逼近型、并行比较型 /串并行型、∑△调制型、 VF变换型等。 （ 3）按输出极性可分为单极性和双极性。 二、 串并行 AD 转换器的选取 串行 AD转换器比并行 AD 转换器节约串口资源，没有并行 8 位通道间的相互干扰，现在已被越来越广泛的应用于电子设计中，故本次设计选用的就是串行模数转换器。 三、 AD 转换器芯片型号的选取 串行 AD转换器的集成芯片也是种类繁多，其中 TLC0832 与 TLC0834 都是被广泛应用的芯片。 TLC0832 是美国德州仪器公司生产的串行控制模数转换器，有两个多路选择的输入通道，与单片机或控制器通过三线接口连接，具有 8 位分辨率， 5V单电源供电，输入与输出电平与 TTL 和 CMOS 兼容等特点。 而 TLC0834 同样是 8位分辨率， 5V 单电源供电，输入输出电平与 TTL 和 CMOS 兼容的串行逐次逼近型 AD 转换器，但是 TLC0834 在模数转换过程中采用光电隔离方式，使其具有较强的抗干扰性能，故本次 水塔水位智能控制系统设计中采用的是 TLC0834芯片。 第三节 控制模块 本文对水塔水位所设计控制模块主要包括以单片机为核心的，通过继电器控制的水泵的工作过程的设计。 对水泵电机控制的设计虽然多种多样，但是考虑继电器的特点是小电流控制大电流，不仅是一种可以自动控制的电器，而且对系统线路还兼有保护作用，同时，通过继电器控制电机启停技术已被广泛应用于此类设计中，相对安全可靠，深受设计者喜爱。 一、 继电器的介绍 继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在本次设计当中主要来做自动控制作用，系统采用 +5V 的直流电来控制 220V 的交流电，以达到控制水泵的作用，因为是在这里是以一种弱电来控制强电，所以安装和使用的过程当中一定要注意用电安全注意事项。 磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反 作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的“常开、 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 9 常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 常用的继电器可分为电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及干簧继电器等。 （ 1） 热继电器是一种通过电流简介反应被控电器发热状态的防护器件。 （ 2）干簧继电器是一种新型密封触点的继电器，它既能导磁又能导电，兼有普通电磁继电器的触点和磁 路系统的双重作用，具备快速动作、灵敏度高、稳定可靠和消耗功率低等优点。 （ 3）时间继电器是在电路中对动作时间起控制作用的继电器。 （ 4）中间继电器具有触点多、触点电流大和动作灵敏等特点，常用于某一电器与被控电路之间，以扩大电器的控制触点数量和容量。 （ 5）电流继电器和电压继电器属于常用的电磁继电器之一。 如果继电器是按通入线圈的电流的大小而动作的，就是电流继电器，电流继电器是串联在负载中使用的，其线圈匝数少、内阻低，可以保护线路不因电流过大而收到损坏；如果继电器是按照施加到线圈上的电压大小来动作的，就是电 压继电器，电压继电器与负载电路并联工作，所以线圈匝数较多、阻抗较高。 故本次对于水泵电机的控制选用的是电流继电器。 第四节 显示模块 测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器（ LED）和液晶显示器（ LCD）两种。 一、 LED 显示器 LED 显示器通常是由多位 LED 数码管排列而成，每位数码管内部有 8 个半导体发光二极管，其中七个发光二极管摆成七笔字形“８”，还有一个发光二极管用来显示小数点。 这种显示块有共阴极和共阳极两种，八个二极管的阴极并接成一个公共端称为共阴极；八个二极管的阳极并接成一个公共端，称 为共阳极。 其主要是通过这些发光二级管的亮灭来显示字符。 为了在 LED 上显示数字，必须将要显示的数字转换成相应的段选码，这可通过硬件译码或软件译码来实现，硬件译码电路由锁存器、译码器、驱动器组成，锁存器用于所存每位要显示数字的四位二进制代码或 BCD 码，译码器通过驱动器与 LED 显示器的 8个发光二极管相连，使相应段的二极管点亮，显示出数字或字符。 二、 LCD 显示器 液晶显示品种多，内部结构复杂，字符型液晶显示电路板有两种点阵显示字符： 5 7 和 5 10；每种点阵又分为 1 行、 2 行和 4行三类，没行有 1 80 等多种字符位长度， LCD 液晶显示器主要是在两片平行的玻璃当中放置液 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 10 态的晶体，它兼有液体的流动性和晶体的光学特性，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生显示画面。 LCD 显示器具有低压功耗小，显示信息量大，寿命长等特点。 LCD显示器的缺点 缺点 一：可视偏转角度小。 缺点二：容易产生影像拖尾现象 (例如鼠标指针快速晃动 )，这是由于普通液晶屏多为 60Hz(每秒显示 60帧 )，而 CRT 多为 85Hz(每秒 85 帧 )。 不过这个问题主要出现在液晶显示器刚流行时的游戏中（即 “ 画面撕裂 ” ），之后已经基本解决，如果仍然出现可利用 垂直同步 解决。 缺点三： 液晶显示 器 的亮度和对比度不是很好。 缺点四： 液晶 “ 坏点 ” 问题。 缺点五：寿命有限 [2]。 缺点六：当分辨率低于显示器的默认分辨率时，画面模糊会非常明显，而CRT即使当前分辨率低于默认 1倍也不会十分明显。 缺点七：当分辨率大于显示器的默认分辨率时（需要软件强制设定），细节处的色彩会丢失，而 CRT 是屏幕闪烁严重且画面明显模糊。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT）那样需要不断刷新新亮点。 因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 数字式接口 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 体积小、重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 功耗低 相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 所以本次设计针对水塔水位高度的显示选用了 LCD 显示器。 此次显示水位用的是5 7 点阵 2行 16位字符长度的 1602 液晶显示器。 第 三 章 系统硬件设计 第一节 单片机 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 （ FPEROM— Flash Programmable and 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 11 Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位 微处理器 ，俗称 单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节 闪存可编程可擦除 只读存储器 的 单片机。 单 片机 的可擦除 只读存储器 可以反复擦除 1000 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器 制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8位 CPU 和闪速 存储器 组合在单个芯片 中。 一、 主要特性 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24MHz 三级 程序存储器 锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位 定时器 /计数器 5 个 中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 二、 特性概述 AT89C51 提供以下标准功能： 4k字节 Flash闪速存储器 ， 128字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工 串行通信 口，片内振荡器及 时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种 软件 可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许RAM，定时 /计数器， 串行通信 口及 中断系统 继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 三、 管脚说明 AT89C51 单片机管脚如图 31 所示。 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 12 图 31AT89C51单片机管脚图 VCC：供电电源 GND：接地 P0口： P0 口为一个 8位漏极开路双向 I/O 口，每个引脚可吸收 8 个 TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。 P1口管脚写 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出4个 TTL 门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收 高八位地址信号和控制信号。 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 13 P3口： P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能 ，如 表 31所示。 表 31 P3口线的 特殊功能 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于 天津科技大学 2020 届本科毕业设计 14 施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自 反向振荡器的输出。 四、 内部结构。