1、本科毕业论文（20 届）水箱缺水提示电路设计所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录摘 要 .IIIAbstract.IV第一章 绪 论.11.1 课题背景及意义 .11.1.1 节水节电的意义 .11.1.2 工业用水控制不当的危害 .11.2 课题研究的意义 .2第二章 51 单片机基础 .32.1 STC89C51 概述 .42.2 STC89C51 硬件资源 .52.3 STC89C51 的引脚说明 .52.4 本章小结 .7第三章 硬件电路设计.83.1 硬件电路总体设计 .83.1.1 系统控制要求 .83.1.2 硬件电路总体设计 .
2、83.2 水位测量电路设计 .93.2.1 水位传感器的设计与原理 .93.2.2 水位传感器工作原理 .143.3 显示电路设计 .143.4 水泵电机控制电路设计 .153.5 电源电路设计 .173.6 键盘系统设计 .173.7 本章小结 .19第四章 软件设计.204.1 软件总体设计 .204.2 水位测量部分软件设计 .204.2.1 水位测量部分软件设计说明 .204.2.2 水位测量部分软件设计 .234.3 显示与水泵控制部分软件设计 .254.4 本章小结 .26结论.27参考文献.28致谢.29水箱缺水提示电路设计摘 要本文介绍的是基于单片机技术的水箱水位控制器 。该电
3、路以 STC89C51 单片机为电路控制核心主体来控制水泵进而控制水箱的水位，使水箱在缺水时发出报警并自动调节水位，使水箱保有正常水位，且该电路可以实现手动和自动切换功能。此电路另外还包含水位传感器、两个工作供水泵，及一个备用泵为核心来实现水位的自动调节。其中，水箱水位的测量是通过自制的开关式传感器将水位信号传送给 STC89C51 的 P1口，并对其进行分析处理，然后根据控制要求输出控制信号，控制给水泵工作，进而保持水箱有正常的水位。同时也详尽的介绍了此次设计中最重要的组成部件。该设计介绍了 STC89 系列单片机基本结构与相关的硬件资源，水位传感器的设计与工作原理。该系统操作方便、性能良好
4、，比较符合日常生产生活用水系统控制的要求。本文还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，并且根据外围硬件电路的设计思想，编制了部分控制电路汇编语言程序。关键词： 单片机；水位；控制；传感器；信号传输Tank water shortage remainds circuitAbstractThis thesis introduces the water level controller based on monolithic .This circuit , with STC89C51 monolithic as central circuit controller, controls the wa
5、ter pump and further control water level of water tank , and makes water tank gives out waning signal and regulate water lever by itself when there is lack of water in the water tank, thus keep water tank in a normal water lever .Besides , this circuit has the function of warning and manual and auto
6、matic switch. This circuit owns water lever sensor, two water pumps and a standby pump as the working center to realize the regulation of water level. The working process is as below: the water level signal is sent to STC89C51s P1entrance through the switch sensor and is analyzed and coped with and
7、then output controlling signal according to requirements, and control the work of water pump, by which water level is kept into a normal condition. Meanwhile the main components of this designing are discussed in details. This thesis introduces the basic structure of STC89 series monolithic and rela
8、tive hardware resources and the working principle of water lever sensor. This system is easy for operation and with good function, which cater for the needs for production and daily living. In addition, this thesis covers the detailed hardware graph and software procedure graph also and works out a
9、part of controlling circuit D basic according to outskirts hardware circuit designing. Keywords: Monolithic machine,water lever,control, sensor, signal transmission第一章 绪 论1.1 课题背景及意义1.1.1 节约用水的意义在我国，节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等国的 4 倍左右，消耗的水是他们的2 倍左右水的浪费是惊人的：一个滴水的水龙头，一个月可以浪费 1 至 6
10、 立方米水；一个漏水的马桶，一个月要浪费 3 至 25 立方米水；一个城市如果有 60万个水龙头关不紧或者 20 万个马桶漏水，一年可损失上亿立方米的水。这些数据不是危言耸听的虚言，而是实实在在的客观事实。.由于我国人均占有水资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水供应紧张,而另一方面,水的浪费又十分惊人.因此节约用水，不仅潜力巨大,而且意义深远。因此，研制出一种能自动检测、控制水位的装置有很重大的意义，本课题所研究的就正是这方面的问题。1.1.2 用水控制不当带来的危害工业用水控制不当带来的危害：目前水位控制在日常生活及工业领域（工厂、农场、学校等用水量大的场所）中应用相当广泛，比如水塔
11、、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往对水位的检测和控制一般是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室，然后主控室再启动电机进行相应的水位控制。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。并且经常会出现在超低水位时，由于工人的疏忽大意，忘记关闭超低水位阀门而造成安全事故；或者在水满时忘记关闭电机而使大量的水外流，造成了“ 水漫金山” ，这样不仅浪费了水力资源，同时也浪费了大量的电能。另外由于锅炉等大型设备因控制不当而缺水所造成安全事故，其后果更是无法想象的。家庭用水控制不当的危害：家庭用水量一般较小，但面较广如家用热水
12、器、汽车水箱等。但是一旦发生缺水事件也会造成很严重的后果。因此，能够一种能自动检测、控制水位的装置有很重大的意义，本课题所研究的正是这方面的课题。1.2 课题研究的目标意义本课题研究的目标：水箱缺水提示电路随着科学技术不断的发展，人们的生产水平也随之提高。智能化产品的出现，解决了人们生产、生活当中的许多实际问题。从而减轻了人们的劳动强度和资源浪费。本课题的意义在于：（1）如何降低水资源的浪费程度，使水资源得到更加充分的利用。使用该自动提示控制电路，可以大大减少因人为因素而造成的水量浪费。（2）如何减少因缺水带来的灾难性事故，从而减少事故给人们带来的生命财产损失，使人们更加安全而幸福的生活。充分
13、利用该电路的提醒和制动水位功能可大大减少由于缺水带来的安全事故。（3）提高对水位控制的智能化，降低劳动强度，节省人力资源。该电路的使用可以大大降低人们对于水位控制的劳动强度。是人们对于水位控制方面的工作更加轻松。第二章 51 单片机基础在科学技术发达的现今社会，单片机已是一个众人皆知的名词，单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要阶段。单片机芯片的体积微小和廉价成本特点，使其广泛地应用到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、及通讯等诸多领域的产品中，它已发展成为现代电子系统中最重要最实用的智能控制工具。特别是在自动化控制领域应用最广泛。
14、单片机是单片微型计算机的简称，其结构是在一块芯片上集成中央处理部件、存储器、定时器、计数器和各种输入输出接口（如串行 IO 口，并行 IO 口和 A/D 转换器）等器件而成，单片机其实就是一台相对简易的计算机，因为单片机起初就是为了实时控制应用而设计制造的，因此单片机又称为微控制器。单片机自产生以来，其性能不断提高和完善、且资源又能满足很多应用场合的需要，又加上它具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等优点。所以它在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力
15、越来越被人重视。特别是当前用 CMOS 工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。市场上流通单片机的种类很多，占有率最高的是 MCS51 系列，因为世界上很多知名的 IC 生产厂家都生产 51 兼容的芯片。生产 MCS51 系列单片机的厂家如美国 AMD 公司、ATMEL 公司、INTEL 公司、PHILIPS 公司、TEMIC 公司及南韩的 LG 公司、日本 NEC、西门子公司等。到目前为止，MCS 51 单片机已有数以百计的种类， 一般性能的都可以达到本次设计的要求。例如 AT8
16、9C51、AT89C52 等都可以用于控制水位，但是它有一个缺点就是不能在线下载，并且，AT 系列单片机编程器价钱比较昂贵。不利于小资本实验。 ，造成了不便的麻烦。STC89 系列单片机是 MCS-51 系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准 8051 单片机完全兼容，且价钱容易接受。其优点是可以在线下载，下载器也比较容易购买到，方便携带应用。例如STC89C51，其可以用于控制水位，在功能和性能上要比 AT 系列单片机突出，故而本次设计选择 STC89C51 作为水位控制器核心。2.1 STC89C51 概述STC89C51 是深圳宏晶公司生产的一种单片机，在一小块
17、芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部件。它包括：一个 8 位的微型处理器 CPU；一个256K 的片内数据存储器 RAM；片内程序存储器 ROM；四个 8 位并行的 I/O 接口 P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。STC89C51 单片机采用 40Pin 封装的双列直插 DIP 结构，与 8051 为pin-to-pin 兼容。STC89 系列单片机高速（最高时钟频率 90MHz)，低功耗，在系统在应用可编程（
18、ISP,IAP)，不占用户资源。主要特性：处理器单元是以 80C51 为核心，工作电压为 3V/5V，操作频率 0-33MHz (STC89LE516AD 最高可达 90MHz)，工作电压为 5V，操作频率 0-40MHZ。大容量内部数据 RAM: IK 字节 RAM，64/32/16/8kB 片内 Flash 程序存储器，具有再应用可编程（IAP)，再系统可编程（ISP)，可实现远程软件升级，无需编程器，支持 12 时钟（默认）或 6 时钟模式。双 DPTR 数据指针， SPI（串行外围接口）和增强型 UART，PCA （可编程计数器阵列），具有 PWM 的捕获比较功能。4 个 8 位 I/
19、O 口，含 3 个高电流 Pl 口，可直接驱动 LED;3 个 16 位定时器计数器；可编程看门狗定时器（WDT); 低 EMI 方式（ALE 禁止）;兼容 TTL 和COMS 逻辑电平；掉电检测和低功耗模式等。它是由 8 位算术逻辑运算部件(简称 ALu)、定时控制部件，若干寄存器 A、B 以及 16 位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对 8 位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序
20、计数器 Pc、定时与控制电路等组成的。2.2 STC89C51 硬件资源 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线数据存储器(RAM)单片机内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：单片机共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户
21、程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。时钟电路：内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。
