畢業(yè)設計-基于gtm900c的水箱液位控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　此頁設計用</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　畢 業(yè) 設 計 題 目 基于GTM900C的水箱液位控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　系 專業(yè)班級 </p>

2、<p>　　學 生 姓 名 性別 </p><p>　　指 導 教 師 職稱 </p><p>　　2012 年 5 月 9 日文用</p><p><b>　　摘要&l

3、t;/b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及日常生活過程中，液位控制已成為被廣泛應用的重要的控制技術(shù)，同時也是目前過程控制領域的一個研究熱點?，F(xiàn)代的液位控制日趨大型化、復雜化、智能化、精細化，為適應各種復雜的工作環(huán)境，降低控制難度與成本，基于無線技術(shù)的液位控制的誕生成為了技術(shù)發(fā)展的必然。為實現(xiàn)無線傳輸技術(shù)與液位控制技術(shù)的結(jié)合，以水箱液位控制系統(tǒng)為模型，選用華為公司生產(chǎn)的GTM900C作為無線傳輸模塊，采

4、用目前常用的AT89S52單片機作為控制單元，電動機作為動作單元，結(jié)合其他組成部分，分別對器件選用、硬件設計、軟件設計進行討論，對整體方案、系統(tǒng)工作流程進行論證，以此論證基于無線技術(shù)的液位控制方案在理論上和實際應用中的可行性及其優(yōu)勢?；贕TM900C的水箱液位控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液位監(jiān)測、處理、本地或遠程報警、遠程控制等功能。系統(tǒng)采用模塊化設計，便于擴展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，控制方式靈活，可以此為模型，推廣到任意液位控制系統(tǒng)中。</p&

5、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：控制技術(shù)；無線技術(shù)；檢測技術(shù)；單片機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern industrial production and daily life in the process, the liquid level control has become a widely u

6、sed and important control technology, process control at the same time it is a research hotspot in the field of. The modern level control increasingly large-scale, complex, intelligent, meticulous, to meet a variety of c

7、omplex environment, reducing the difficulty of controlling and cost, the liquid level control based on wireless technology has become the inevitable trend of the developme</p><p>　　Key words: Control Technol

8、ogy; Wireless Technology; Detection Technique; MCU目 錄</p><p><b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展2</p><p>　　1.2.1無線液位控制技術(shù)的研究

9、現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2無線液位控制技術(shù)研究趨勢3</p><p>　　1.3系統(tǒng)概述3</p><p>　　第二章系統(tǒng)方案設計5</p><p>　　2.1系統(tǒng)設計要求5</p><p>　　2.2系統(tǒng)框圖5</p><p>　　2.3硬件設計方案6&l

10、t;/p><p>　　2.3.1單片機選型6</p><p>　　2.3.2無線模塊設計方案7</p><p>　　2.3.3通信模塊設計方案8</p><p>　　2.3.4鍵盤模塊設計方案10</p><p>　　2.3.5顯示模塊設計方案10</p><p>　　2.3.6

11、數(shù)據(jù)模塊設計方案11</p><p>　　2.3.7計時模塊設計方案13</p><p>　　2.3.8A/D模塊設計方案14</p><p>　　2.3.9傳感器模塊設計方案16</p><p>　　第三章硬件電路設計21</p><p>　　3.1單片機AT89S52硬件設計21</p

12、><p>　　3.2無線模塊硬件設計26</p><p>　　3.3通信模塊硬件設計32</p><p>　　3.4鍵盤模塊硬件設計34</p><p>　　3.5顯示單元硬件設計34</p><p>　　3.6存儲單元硬件設計36</p><p>　　3.7時間單元硬件設計

13、37</p><p>　　3.8A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設計38</p><p>　　3.9其他外圍電路的設計40</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件設計42</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件42</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)軟件編譯開發(fā)環(huán)境42</p><p>　　4

14、.1.2 系統(tǒng)主程序流程圖42</p><p>　　4.1.3 系統(tǒng)初始化42</p><p>　　4.1.4 顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理45</p><p>　　4.1.5 按鍵部分軟件設計46</p><p>　　4.1.6 顯示模塊的軟件設計48</p><p>　　4.1.7 A/D轉(zhuǎn)換模

15、塊軟件設計48</p><p>　　4.1.8 電機控制模塊軟件設計49</p><p>　　4.1.9 通信協(xié)議及通信模塊軟件設計50</p><p>　　4.1.10 時間模塊軟件設計52</p><p>　　4.2 GTM900C軟件設計54</p><p>　　4.2.1 AT命令簡介54

16、</p><p>　　4.2.2 AT命令類型55</p><p>　　4.2.3 AT 命令語法55</p><p>　　4.2.4 AT命令說明56</p><p>　　4.2.5液位信息發(fā)送軟件設計63</p><p>　　第五章經(jīng)濟技術(shù)分析66</p><p><

17、;b>　　第六章結(jié)論68</b></p><p><b>　　參考文獻69</b></p><p><b>　　謝 辭70</b></p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　附錄二</b></p

18、><p>　　基于GTM900C的水箱液位控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題研究背景及意義</b></p><p>　　液位控制是生產(chǎn)生活過程中一項非常重要的控制技術(shù)。最早的液位控制可以追溯到農(nóng)耕時代，那時的人們就懂得了調(diào)節(jié)灌入田地的水量，來控制液位

19、。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代的液位控制日趨大型化、復雜化、智能化、精細化，液位控制已成為目前過程控制領域的一個研究熱點[1]。應用范圍也日趨廣泛，大到農(nóng)業(yè)灌溉、河流水位、工業(yè)生產(chǎn)，小到水塔、油箱甚至魚缸，都有液位控制的應用。</p><p>　　隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模集成電路的普及，液位控制也迎來了新的發(fā)展機遇，單片機以其控制精度高，性能穩(wěn)定、可靠，操作設置方便，成本低廉等特點成為推動液位控制發(fā)展的新動力。同時

20、單片機應用廣泛，可擴展性強，可與各種類型的傳感器相兼容，實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、流量、速度、厚度、壓力、溫度等物理量的測量，這使得液位控制的應用范圍變得更加廣泛。工程應用中液位傳感器的多樣化使得液位控制可以應用于各種多變的環(huán)境中，使其擁有更高的應用價值。單片機的可編程性不僅可以實現(xiàn)測量功能，還能實現(xiàn)智能化的控制，豐富的接口也為信息的傳輸和遠程控制提供了可能。</p><p>　　隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，原

21、有的液位控制技術(shù)已不能滿足社會生產(chǎn)的要求，由于工作環(huán)境的多樣性和復雜性，控制系統(tǒng)的使用依然會受到地域、空間等條件的限制，苛刻復雜的工作環(huán)境限制了液位控制系統(tǒng)的應用，例如不便于鋪設線纜的山區(qū)水壩，高溫、強腐蝕性的工業(yè)生產(chǎn)廠液池，操作地點不固定的液位控制臺等。在液位控制技術(shù)和無線技術(shù)日益成熟的今天，這種技術(shù)的融合創(chuàng)新成為解決這些問題的要求，基于無線技術(shù)的液位控制技術(shù)的誕生也成為了必然。由于無線技術(shù)擁有可跨視距的可靠通信能力，實時數(shù)據(jù)傳輸能力

22、，可移動性等優(yōu)勢，有效的彌補了原有液位控制的缺陷，技術(shù)的融合不僅解決了當下液位控制的地域空間使用限制，而且使得控制成本變得更低。基于無線技術(shù)的控制端對接入的受控端數(shù)目幾乎沒有限制，這為集中化控制提供了可能。</p><p>　　對于一些不便于鋪設線纜的液位控制端，可以結(jié)合太陽能技術(shù)，利用單片機低功耗的特性，真正實現(xiàn)完全自由的無線液位控制系統(tǒng)。</p><p>　　本課題研究和討論的就是基于

23、無線傳輸技術(shù)的液位控制系統(tǒng)。</p><p>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　由于無線液位控制技術(shù)在控制領域占有重要地位，它也越來越受到各國的重視，很多企業(yè)都投入了大量的技術(shù)力量和資金進行研究開發(fā)。雖然紅外遙控也可以實現(xiàn)液位控制技術(shù)的遠程遙控，但是由于紅外遙控存在對工作背景要求高、能耗高、傳輸距離短（一般不會超過10米），且必需在同一直線上，中間不能有任何障礙物以及易受工業(yè)熱

24、輻射影響等缺點，使得基于現(xiàn)有網(wǎng)絡的無線液位控制技術(shù)成為當前研究的主要方向。</p><p>　　無線液位控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　最初，遙控液位控制系統(tǒng)都是采用有線遙控方式進行的。早在60年代初期，人們就能利用拖纜遙控裝置來控制供液系統(tǒng)工作。雖然這種方式也可以使操作人員在作業(yè)區(qū)外對控制設備進行操作管理，但是由于控制信號在電纜線中的衰減，使得遙控的距離有限，同時由于電纜線的存在

25、，影響了操作的靈活性，而且數(shù)米長的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。</p><p>　　隨著無線電技術(shù)的成熟，把無線電技術(shù)引入液位控制系統(tǒng)成為了可能。由于無線液位控制技術(shù)是通過無線電波來傳遞控制指令，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患。但是一開始的無線液位控制系統(tǒng)都只能發(fā)射簡單的指令，如：打開/關(guān)閉等指令。進入70年代后，隨著大規(guī)模集成電路及專用微處理器的出現(xiàn)，開發(fā)出了可靠性更高的手持式無線遙控系統(tǒng)。后來，

26、隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無線數(shù)字通信技術(shù)的日趨成熟，利用數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾能力強、易于對數(shù)字信號進行各種處理等等的優(yōu)點，使得遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善；與此同時，模擬集成電路設計的迅速發(fā)展，各種高精度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A）的研制成功，并把他們應用到無線液位控制系統(tǒng)中，使得無線液位控制系統(tǒng)不但能夠傳輸開關(guān)信號，也能夠傳輸模擬控制量并且對控制指令有較高分辨能力，也就是說，無線液位控

27、制系統(tǒng)不但能夠控制供放液體，而且能實現(xiàn)液位的實時監(jiān)控。</p><p>　　由于無線控制技術(shù)既有控制技術(shù)的優(yōu)點，又有無線技術(shù)的優(yōu)點，因此它有著很廣泛的應用，特別是在工業(yè)生產(chǎn)領域中。但由于工廠范圍相對較小，所需的網(wǎng)絡覆蓋范圍也比較有限，所以基于無線技術(shù)的控制依舊局限于一定范圍內(nèi)的控制系統(tǒng)中。最初的無線控制系統(tǒng)的應用是在機械控制方面。</p><p>　　80年代初，美國Kraft TeleR

28、obtics和約翰?迪爾等公司，相繼開發(fā)出無線遙控系統(tǒng)，并應用于工業(yè)生產(chǎn)中；1983年，日本小松制作所研究開發(fā)了各種工作裝置的微動控制和復合動作的無線電操縱；1987年，德國HBC公司研制成功應用于工程機械領域的工業(yè)無線電遙控裝置，真正的實現(xiàn)了數(shù)字化的無線控制。</p><p>　　與國外對無線控制技術(shù)的研究應用相比較，國內(nèi)則相對比較晚，技術(shù)相對也落后一些。上海寶山鋼鐵公司于1997年引入HBC無線遙控系統(tǒng)，正式

29、將無線控制技術(shù)應用于工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p>　　無線液位控制技術(shù)研究趨勢</p><p>　　隨著數(shù)字通信技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展，把數(shù)字通信技術(shù)和高性能、高集成度的集成電路應用到無線液位控制技術(shù)中，使得無線液控制系統(tǒng)的性能更加完善，可靠性更加高。它們都推動著無線液位控制技術(shù)的發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)

30、展使無線液位控制器硬件電路的可靠性提高，同時為實現(xiàn)更強大的功能提供了可能性；</p><p>　　數(shù)字通信技術(shù)提高了無線電液控制器的性能；</p><p>　　糾錯編碼技術(shù)提高了無線液位控制器的抗干擾能力。</p><p>　　基于GSM網(wǎng)絡無線技術(shù)的成熟使得無線控制突破地域的局限，實現(xiàn)更為廣闊的應用。</p><p><b>　　

31、系統(tǒng)概述</b></p><p>　　液位控制的應用極其廣泛，工業(yè)生產(chǎn)中液池液位的控制；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中灌溉水池；河流水庫的水位控制；城市水塔的控制等等。用途的多樣就造成了控制系統(tǒng)的多樣，本文討論的重點在于無線技術(shù)與液位控制技術(shù)的結(jié)合，所以選用較為簡單的水箱液位控制作為液位控制系統(tǒng)的模型。在無線傳輸方式的選擇上，基于成本和功能上的綜合考慮，選用華為生產(chǎn)的適用于GSM網(wǎng)絡的GTM900C通訊模塊作為工具，通過

32、其與水箱液位控制系統(tǒng)的結(jié)合來討論基于無線技術(shù)的液位控制系統(tǒng)的可行性、功能及應用價值。</p><p>　　無線液位控制技術(shù)的基本工作原理：首先，無線液位控制系統(tǒng)將操作者或機器的控制指令進行數(shù)字化處理（包括對信號的濾波，A/D轉(zhuǎn)化等處理），變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號；其次，對數(shù)字指令信號進行編碼處理；再次，指令信號在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進行數(shù)字調(diào)制后，通過發(fā)射天線以無線電波的方式傳遞給遠處的接收系統(tǒng)。最后，接收系統(tǒng)通過接收天線把

33、帶控制指令的無線電波接收下來，經(jīng)過解調(diào)和解碼，轉(zhuǎn)換為控制指令，發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)預先編寫的程序，對指令作出相應，同時將收集到的液位信息、動作反饋等數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡，傳回控制終端。系統(tǒng)主要由以下部分組成：</p><p><b>　　通訊系統(tǒng)</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)</b></p><p>&l

34、t;b>　　檢測系統(tǒng)</b></p><p><b>　　動作系統(tǒng)</b></p><p><b>　　其他</b></p><p>　　設計具體內(nèi)容分為以下幾個方面：</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路設計以及芯片選型；</p><p><b>　

35、　系統(tǒng)軟件設計；</b></p><p>　　單片機編程以及GTM900C的AT指令。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案設計</b></p><p><b>　　系統(tǒng)設計要求</b></p><p>　　本設計以水箱液位控制系統(tǒng)為模型，通過液位監(jiān)測傳感器檢測水位信息，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

36、將信息發(fā)送至單片機，由單片機根據(jù)設計好的程序，在顯示模塊上顯示水位信息，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，若達到警戒值則通過GTM900C模塊發(fā)送數(shù)據(jù)并報警。單片機可根據(jù)用戶設定，選擇等待遠程控制指令或根據(jù)程序，直接啟動電機對液位進行調(diào)節(jié)。</p><p>　　設計液位測量高度≤5米，測量精度10%，AC220V供電。</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖</b></p>

37、<p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，采用單片機為主控芯片，通過單片機數(shù)據(jù)地址總線及I/O端口，擴展數(shù)據(jù)存儲模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時間模塊、串口通信模塊以及A/D轉(zhuǎn)換、電機控制等外圍電路，從而實現(xiàn)系統(tǒng)所需的設計功能。系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-1。</p><p>　　圖 2-1 系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　硬件設計方案</b></p>

38、;<p>　　根據(jù)系統(tǒng)硬件需求，設計硬件選用方案，針對系統(tǒng)中的各主要部分，分別進行方案論證，主要討論單片機的選型、無線模塊設計、通信模塊設計、鍵盤模塊設計、顯示模塊設計、數(shù)據(jù)模塊設計、計時模塊設計、A/D模塊設計、傳感器模塊設計。</p><p><b>　　單片機選型</b></p><p>　　綜合考慮整個產(chǎn)品的功能需求，在各項參數(shù)指標滿足的情況下，

39、選取外部資源豐富的單片機型號。這樣，一方面可以減少外部擴展芯片的投入并減少電路板的面積，另一方面可以減少程序開發(fā)調(diào)試的難度，便于統(tǒng)一管理。</p><p>　　估計代碼工作量，選擇合理的RAM、ROM或者Flash資源。如果選擇不當，將會發(fā)生最終代碼超過單片機程序存儲器的容量，需要重新選型的麻煩[2]。</p><p>　　對于一個試驗性的電路，選用雙列直插（DIP封裝）的單片機，這樣便于

40、手工焊接電路和調(diào)試，而不用投資去加工印刷電路板。</p><p>　　對于最終的產(chǎn)品，選擇貼片封裝的單片機，這樣，一方面可以減少電路板的面積，降低硬件成本，另一方面也可以也可以獲得更好的電磁兼容性。</p><p>　　考慮產(chǎn)品最終應用的場合，如果是野外或者需要長時間獨立供電的場合，則需要盡量選擇低功耗的單片機。</p><p>　　考察單片機開發(fā)的成本以及編程器和

41、仿真器的選擇。選擇帶仿真功能的開發(fā)工具，這樣可以減少調(diào)試的時間。如果條件有限，則選擇程序下載接口簡單的器件，這樣可以減少編程器的投資。</p><p>　　盡可能了解目前市場上各類主流單片機的情況，做好充足的市場調(diào)研工作。目前一些常用的單片機廠商如下：Atmel、Cypress、Infineon、Maxim、Silicon、NXP、Winbond、Analog Devices、TI、Freescale、Renes

42、as等。</p><p>　　根據(jù)以上因素：系統(tǒng)的實時性要求不高，因而運算速度無需很快，且系統(tǒng)規(guī)模不大，采用分時復用的方式使用總線，對I/O口的數(shù)量可以要求進一步降低。使用4路8位I/O接口即可滿足設計要求；系統(tǒng)中需要擴展外部存儲器對數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)存儲量為32KB已滿足要求，因此采用16位或準16位地址總線的單片機即可滿足設計需要[3]；由于是實驗階段，采用DIP（雙列直插）封裝的芯片便于實驗，暫不考慮實際工

43、業(yè)控制中的對外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)采用AC220V供電，且對功耗沒有具體要求，使用DC5V為芯片供電，便于系統(tǒng)外圍電路的設計；芯片支持ISP可節(jié)省仿真器的投入。</p><p>　　綜上所述，采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機滿足設計要求。</p><p>　　圖 2-2 AT89S52單片機實物圖</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能

44、CMOS工藝的8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個

45、數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止[4]。</p><p><b>　　無線模塊設計方案</b

46、></p><p>　　GSM模塊，是一個類似于手機的通訊模塊，集成了手機的若干功能于一塊小電路板上，它可以發(fā)送短消息，通話等等，模塊雖小，但它具備了很多手機的功能，它在很多應用領域中都有著廣泛的應用，GSM模塊通過使用AT指令控制，模塊可以與電腦RS232串口相連，也可以用單片機來進行控制。</p><p>　　常見的GSM模塊有：西門子的TC35i，BENQ的M22，華為的GTM

47、900-A/B/C，Wavecom 的GSM（Mo3、Mo2）,愛立信的DM10/DM20, GM22/GM25,GM47/48，中興的ZXGM18,ZXGM28，Motorola 的D10、D15等等。</p><p>　　工業(yè)及車載的高可靠性應用西門子是第一選擇，一般工業(yè)及車載應用的話，可以用Wavecom的。普通環(huán)境，建議用BenQ的。綜合考慮性能及通用性，本課程設計選用了華為公司生產(chǎn)的GTMM900C為G

48、SM模塊，它不僅擁有完整的模塊功能，良好的質(zhì)量，而且價格便宜，通用性強，推廣到工業(yè)生產(chǎn)，可直接替換成TC35i，符合本設計的要求。</p><p>　　圖 2-3 GTM900-C實物圖</p><p>　　華為GTM900C無線模塊是一款雙頻段GSM/GPRS無線模塊。它支持標準的AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應用的理想解決方案。</p

49、><p>　　GTM900-C 在Terminal 型固定臺、Phone 型固定臺、車載臺、公用電話、電力無線抄表業(yè)務、遠程信息服務臺等方面被廣泛的應用。</p><p>　　GTM900C工作在EGSM900/GSM1800雙頻段，最大發(fā)射功率為2W，模塊接收靈敏度<-106dBm，工作電壓為3.4V～4.7V，平均待機電流為3.5mA。通過UART接口與外部CPU通信，主要實現(xiàn)無線發(fā)

50、送和接收、基帶處理、音頻處理等功能。鍵盤、LCD等外部設備由外部CPU進行處理。外接CPU主要完成對SLIC芯片的配置以及電源管理、串口通信等功能，其余的功能均由GTM900C來完成。</p><p><b>　　通信模塊設計方案</b></p><p>　　AT89S52單片機內(nèi)部有一個全雙工異步串行I/O接口，占用P3.0和P3.1兩個引腳。利用該接口，可實現(xiàn)系統(tǒng)

51、與計算機的通信、系統(tǒng)與GTM900C的通信。</p><p>　　由于不同設備間串口通信的過程中，需要采用相同的的接口標準才能通信。綜合考慮AT89S52和GTM900C的電氣性能、實驗環(huán)境，故選擇便于設計的RS-232C標準。RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修

52、改次數(shù)。RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道[6]。 </p><p>　　EIA-RS-232C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。</p><p>　　（1）在TxD和RxD上：</p><p>　?。?）邏輯1(MARK)=-3V～-15V</p><p>　?。?）邏輯0(SPAC

53、E)=+3～+15V</p><p>　?。?）在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：</p><p>　?。?）信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V～+15V</p><p>　?。?）信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓）=-3V～-15V</p><p>　?。?）以上規(guī)定說明了RS-232C標準對邏輯電平的定

54、義。</p><p>　　圖 2-4 RS-232C接口示例及MAX232芯片實物圖</p><p>　　對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V；對于控制信號；接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無效的電平低于-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意

55、義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±（3～15）V之間。</p><p>　　EIA RS-232C 與TTL轉(zhuǎn)換：EIA RS-232C 是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA RS-232C 與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元

56、件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電，額定電流為300μA，采用半雙工通

57、訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平的功能[7]。</p><p>　?。?）符合所有的RS-232C技術(shù)標準</p><p>　　（2）只需要單一 +5V電源供電</p><p>　?。?）片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生±10V電壓V+、V-</p><p>　?。?）功耗低，典型供電電流5mA

58、</p><p>　?。?）內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器</p><p>　　（6）高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。</p><p><b>　　鍵盤模塊設計方案</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，應用系統(tǒng)應設置鍵盤或按鍵。例如：為了復位用到復位鍵，

59、功能轉(zhuǎn)換用的功能鍵以及數(shù)字輸入用的數(shù)字鍵盤等。鍵盤的設置可以實現(xiàn)人機對話，借助鍵盤可以向計算機系統(tǒng)輸入程序、設置參數(shù)、鍵入操作命令、控制程序的執(zhí)行等，所以用途十分廣泛。</p><p>　　單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有全編碼鍵盤和非全編碼鍵盤兩種。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與被按鍵對應的鍵碼。此外，一般還具有去抖動和多鍵串鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多硬件，價格昂貴，一般單片機應用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵

60、盤只簡單地提供行和列矩陣，其他工作都靠軟件完成。由于非編碼鍵盤經(jīng)濟實用，目前在單片機系統(tǒng)中使用較多。</p><p>　　圖 2-5 獨立接口的陣列鍵盤</p><p>　　綜上所述，本設計實際使用按鍵的情況較少，編程、控制都可以不使用鍵盤，故采用獨立式鍵盤接口電路。</p><p><b>　　顯示模塊設計方案</b></p>

61、<p>　　為方便觀察和監(jiān)視單片機運行情況，通常把數(shù)碼顯示器作為單片機的輸出設備，用來顯示單片機應用系統(tǒng)的鍵值輸入、中間信息以及運算結(jié)果。</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）、LCD（液晶顯示器）兩種。這兩種顯示器具有省電、成本低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐震東、壽命長等優(yōu)點。但因其顯示內(nèi)容有限，且不方便顯示圖形，因而應用具有局限性，近年來對某些要

62、求較高的單片機應用系統(tǒng)開始配置簡易的CRT接口。</p><p>　　本系統(tǒng)中僅需顯示液位高度，即數(shù)字量，采用LED顯示器已能滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　系統(tǒng)中，要求測量范圍≤5m，測量精度為10%，假設測量范圍為5m，在10%精度的要求下，其測量的有效值為5*10%=0.5m。因而采用2位LED顯示器便能滿足設計要求。</p><p>　　圖 2-6 2位

63、LED顯示器模塊</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，LED顯示器的現(xiàn)實方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。靜態(tài)顯示法的優(yōu)點是顯示程序十分簡單，顯示亮度大，由于CPU不必經(jīng)常掃描顯示器，所以節(jié)約了CPU的工作時間。但靜態(tài)顯示也有其缺點，主要是占用I/O口資源較多，硬件成本較高。所以靜態(tài)顯示法常用在顯示器數(shù)目較少的應用系統(tǒng)中。為了解決靜態(tài)顯示占用I/O口資源的缺點，在軟件上采用壓縮BCD碼輸出顯示數(shù)據(jù)，硬件上使

64、用一個8位鎖存器74LS273與兩個BCD數(shù)碼顯示譯碼驅(qū)動芯片74LS47連接，減少對系統(tǒng)資源的占用時間。由于74LS47譯碼為共陽極數(shù)碼管的碼表，因而選用8段（帶小數(shù)點）共陽極LED用于數(shù)據(jù)顯示。高位顯示米單位，低位顯示分米單位，且高位小數(shù)點常亮。單片機使用1位I/O口控制數(shù)據(jù)的鎖存。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)模塊設計方案</b></p><p>　　51系

65、列單片機劃分為如下4個存儲區(qū)：</p><p><b>　　片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)</b></p><p><b>　　片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)</b></p><p><b>　　片內(nèi)程序存儲區(qū)</b></p><p><b>　　片外程序存儲區(qū) </b></p&g

66、t;<p>　　使用AT89S52內(nèi)部256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器記錄數(shù)據(jù)是遠遠不夠的，因而需要擴展數(shù)據(jù)存儲器進行數(shù)據(jù)存儲。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器可選擇的種類繁多，常用的有隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）與閃存（FLASH）。</p><p>　　RAM是存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時將丟失其

67、存儲內(nèi)容，故主要用于存儲短時間使用的程序。</p><p>　　ROM通常指固化存儲器（一次寫入，反復讀?。奶攸c與RAM相反。ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫兩種類型。</p><p>　　閃存則是一種不揮發(fā)性（Non-Volatile）內(nèi)存，在沒有電流供應的條件下也能夠長久地保持數(shù)據(jù)，其存儲特性相當于硬盤，這項特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設備的存儲介質(zhì)的基礎。<

68、/p><p>　　NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。</p><p>　　NAND閃存的存儲單元則采用串行結(jié)構(gòu)，存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進行（一頁包含若干字節(jié)，若干頁則組成儲存塊，NAND的存儲塊大小為8到32KB），這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點在于容量可以做得很大，超過512MB容量的NAND產(chǎn)品相當普遍， NAND閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。</p>

69、<p>　　NAND閃存的缺點在于讀速度較慢，它的I/O端口只有8個，比NOR要少多了。這區(qū)區(qū)8個I/O端口只能以信號輪流傳送的方式完成數(shù)據(jù)的傳送，速度要比NOR閃存的并行傳輸模式慢得多。再加上NAND閃存的邏輯為電子盤模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在專門的存儲控制器，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞塊將無法修，可靠性較NOR閃存要差。</p><p>　　NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣

70、應用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。</p><p>　　NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于FLASH的管理和需要特殊的。</p><p>　　可以看出ROM的存儲復雜，不適宜實時

71、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲。</p><p>　　FLASH是一個不錯的解決方案。鑒于系統(tǒng)的復雜程度，暫時不考慮使用FLASH作為存儲單元。</p><p>　　圖 2-7 FLASH閃存芯片</p><p>　　根據(jù)設計要求，記錄某一記錄點（電機狀態(tài)改變時刻）的狀態(tài)與時間需要6字節(jié)數(shù)據(jù)，即年（2000-2099年）、月（1-12月）、日（1-31日）、時（0-23時）、分（0

72、-59分）、狀態(tài)（0或1）這些數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)長時間的工作，將會有大批量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，假若數(shù)據(jù)存儲空間不夠大，將會產(chǎn)生數(shù)據(jù)的覆蓋，從而降低了對數(shù)據(jù)分析的準確性。因此選用32K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，可以記錄大于5000項記錄點數(shù)據(jù)，考慮到水箱上水與耗水的頻繁程度不高，5000項數(shù)據(jù)已基本滿足后期數(shù)據(jù)處理的需求。在實際應用中，系統(tǒng)設計在不掉電的工作環(huán)境下；軟件上，上位機軟件對數(shù)據(jù)提取后即可保存在PC機中，5000項數(shù)據(jù)進行時間上的緩沖是充足的。為節(jié)

73、省CPU的工作時間，且由于RAM存儲速度快、使用方便等特點，從而可以忽略了RAM掉電數(shù)據(jù)丟失的缺點。</p><p><b>　　計時模塊設計方案</b></p><p>　　通過單片機的定時器，可以設計時間功能，然而單片機自身的產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)大大占用了系統(tǒng)的資源，降低了工作效率，甚至影響了其他功能的實現(xiàn)，因此在本設計方案中，采用了外部芯片提供時間信號，用以系統(tǒng)記錄時間

74、信息。</p><p>　　目前市場上的時鐘芯片很多，如DS1302/DS1307/HT1380/HT1381/PCF8563等。</p><p>　　DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日期、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通

75、過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線(1) RES（復位），(2) I/O（數(shù)據(jù)線），(3) SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM的讀、寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。</p><p>　　圖 2-8 DS1302計時模塊</p><

76、;p>　　DS1302是由DS1202改進而來，增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。它廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領域。其主要的性能指標如下：</p><p>　　（1）實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日期、星期、月、年的能力，有閏年調(diào)整的能力。</p><p>　?。?

77、）31*8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM。</p><p>　?。?）串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少。</p><p>　?。?）寬范圍工作電壓2.0~5.5V。</p><p>　?。?）工作電流2.0V時，小于300nA。</p><p>　?。?）讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。</p&g

78、t;<p>　?。?）8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝。</p><p>　?。?）簡單3線接口。</p><p>　?。?）與TTL兼容VCC=5V。</p><p>　?。?0）可選工業(yè)級溫度范圍－40至＋85攝氏度。</p><p>　　（11）與DS1202兼容。</p><p>

79、　?。?2）在DS1202基礎上增加的特性：</p><p>　?。?3）對VCC1有可選的涓流充電能力；</p><p>　?。?4）雙電源管用于主電源和備份電源供應；</p><p>　?。?5）備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入；</p><p>　　（16）附加的7字節(jié)暫存存儲器。</p><p>

80、　　綜上所述，選用DS1302時間芯片完全滿足設計的需求。</p><p><b>　　A/D模塊設計方案</b></p><p>　　A/D器件和芯片是實現(xiàn)單片機數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件。A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，首先碰到的就是如何選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設計要求的問題。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件需要考慮器件本身的品質(zhì)和應用的場合要求。基

81、本上，可以根據(jù)以下幾個方面的指標選擇一個A/D器件。</p><p>　　圖 2-9 ADC0804芯片</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定，應該從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動態(tài)平滑性這兩個方面進行考慮。從靜態(tài)精度方面來說，要考慮輸入信號的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號數(shù)字化時產(chǎn)生誤差的主要部分。量化

82、誤差與A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，9~12位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器，13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。10位以下的A/D芯片誤差較大，11位以上對減小誤差并無太大貢獻，但對A/D轉(zhuǎn)換器的要求卻提得過高。因此，取10位或11位是合適的。由于模擬信號先經(jīng)過測量裝置，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才進行處理，因此，總的誤差是由測量誤差和量化誤差共同構(gòu)成的。A/D轉(zhuǎn)換器的精度應與測量裝置的精度相匹配。也就是說

83、，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著地擴大測量誤差；另一方面必須根據(jù)目前測量裝置的精度水平，對A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)提出恰當?shù)囊蟆?lt;/p><p>　　目前，大多數(shù)測量裝置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D轉(zhuǎn)換器的精度取0.05% ~ 0.1%即可，相應的二進制碼為10~11位，加上符號位，即為11~12位。當有特殊的應用時，A/D轉(zhuǎn)換器要求更多的位數(shù)，這時往往可采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案。&

84、lt;/p><p>　　（2）A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。</p><p>　　確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時，應考慮系統(tǒng)的采樣速率。例如，如果用轉(zhuǎn)換時間為100us的A/D轉(zhuǎn)換器，則其轉(zhuǎn)換速率為10KHz。根據(jù)采樣定理和實際需

85、要，一個周期的波形需采10個樣點，那么這樣的A/D轉(zhuǎn)換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號。把轉(zhuǎn)換時間減小，信號頻率可提高。對一般的單片機而言，要在采樣時間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計數(shù)等已經(jīng)比較困難了。</p><p>　　（3）采樣/保持器</p><p>　　采集直流和變化非常緩慢的模擬信號時可不用采樣保持器。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器

86、。如果信號頻率不高，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間短，即采樣高速A/D時，也可不用采樣/保持器。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換器量程</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換時需要的是雙極性的，有時是單極性的。輸入信號最小值有的從零開始，也有從非零開始的。有的轉(zhuǎn)換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉(zhuǎn)換精度。在使用中，影響A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置；雙基準電壓；A/D

87、轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。</p><p><b>　?。?）滿刻度誤差</b></p><p>　　滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。</p><p><b>　?。?）線性度</b></p><p>　　實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。</p>&

88、lt;p>　　ADC0804是單路8位逐次比較型雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間小于 。量化間隔：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　絕對量化誤差：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><

89、b>　　相對量化誤差：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　在液位傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下，ADC0804是完全滿足設計誤差要求的。</p><p><b>　　傳感器模塊設計方案</b></p><p>　　液位控制是一項很重要

90、的功能，在工業(yè)應用中有各種不同的液位控制系統(tǒng)，涵蓋了很多種制程。有些制程會涉及到液體以外的其它介質(zhì)，如干粉和化學原料。介質(zhì)的種類如此廣泛，沒有一種單一的設備能滿足所有的應用。</p><p>　　浮球控制 - 有一個浮球會隨著液位的改變而上下運動，按照預先設定的點來進行開關(guān)切換。</p><p>　　探頭型 - 我們會在下面的內(nèi)容中介紹這種測量電導率或電容方法。</p>

91、<p>　　鋼棒電容型 - 一根懸浮在液體中的鋼棒，電容的測量值會隨著水位的變化而變化。</p><p>　　超聲波型 - 傳感器直接向被測量液體的表面發(fā)出高頻聲波脈沖，利用已知的溫度、空氣中聲波的速度、脈沖反彈回傳感器的時間來確定液位。</p><p>　　微波雷達探測型 - 原理同超聲波類似，只不過是利用高頻電磁能來代替聲能。</p><

92、;p>　　流體靜壓型 - 利用一個壓力傳感器來測量感應器頭上被測液體的液體靜壓和大氣壓之間的壓差。壓力的改變相應轉(zhuǎn)換成4-20mA的輸出信號。</p><p>　　壓差型 - 原理類似流體靜壓型，但是此處的被測液體除了靜壓還有動壓?？梢詼y量壓力的微小改變，并與輸出信號范圍成比例。典型應用是測量鍋爐的蒸汽汽包中的水位，或者是再沸器中冷凝水的液位。</p><p>　　磁體型

93、 - 在被測液體的水箱中，一個浮球或錐體沿著不銹鋼的探棒上升或下降。浮球與水箱外面的開關(guān)由于磁性互相影響，并且向控制器發(fā)回信息。</p><p>　　扭矩型 - 扭矩變送器測量一個運動的浮球軸產(chǎn)生扭矩的變化。</p><p>　　對于應用而言，使用正確的液位控制很重要，因此在選型之前需要向技術(shù)員尋求一些專業(yè)的建議。</p><p>　　探討上面所有的控制形式

94、各自的優(yōu)缺點已經(jīng)超出了本論文內(nèi)容的范圍，水箱液位控制系統(tǒng)應用中，常用的是浮球和探頭型的液位控制。浮球型的動作是完全自作用的，無需過多的解釋，下面對采用電導率和電容性的探頭的液位控制系統(tǒng)做進一步的討論。</p><p>　　液位控制的方法主要有三種：</p><p>　　非調(diào)節(jié)的開/關(guān)液位控制</p><p>　　最終的控制設備可能會是一臺水泵或閥門，控制的是這些設備

95、的開/關(guān)。</p><p>　　通常碰到的開/關(guān)液位控制系統(tǒng)主要有兩種形式：浮球控制型和電導率探頭型。浮球型的液位控制依靠液體表面上浮球的運動來直接控制閥門的動作，或者驅(qū)動電子開關(guān)。電導率探頭會有幾根探棒，這些探棒被切割成不同的長度，這些就是控制的設定點。</p><p>　　可調(diào)的開/關(guān)液位控制</p><p>　　同樣，最終的控制設備可能會是一臺水泵或閥門，控制

96、的是這些設備的開/關(guān)。</p><p>　　用來調(diào)整控制點的一種方法是電容探頭。探頭會監(jiān)測液位，控制點由控制器來設定。電容型探頭不需要切割以滿足所需的液位，當然，整個探頭的長度必須充分滿足整個控制范圍。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)型液位控制</b></p><p>　　控制設備會是一個閥門，調(diào)節(jié)至從全開到全關(guān)中的某個點，其作用是對液位進行

97、監(jiān)控。調(diào)節(jié)型的液位控制不能使用一個電導率探頭。在這種應用中電容探頭是一個理想的選擇。</p><p>　　在這種形式的系統(tǒng)中，水泵可以連續(xù)運轉(zhuǎn)，閥門允許適量的液體通過。同樣地，最終控制設備也可以是一個變頻水泵。轉(zhuǎn)速可以在一定的范圍內(nèi)進行設定。</p><p>　　圖 2-10四探頭型的液位感應器 圖2-11電容式的液位感應器</p><p>

98、;　　報警 — 常用于這些警告：</p><p>　　高位報警，用于當水箱的溢流或者熱流體的溢出會造成人員危險。</p><p>　　低位報警，用于水箱液位太低，造成水泵空轉(zhuǎn)損壞、制程供水不足造成危險。</p><p>　　在擾動系統(tǒng)中浮球和探頭的安裝在某些水箱和容器中，可能會存在擾動，這樣會造成信號失真、不具有代表性。如果這些狀況可能存在（或已經(jīng)存在），建議浮球或

99、探頭安裝在保護套內(nèi)。它們對于感應的水位具有一定減弱的作用。</p><p>　　對于三種控制方法的選擇，主要依據(jù)是生產(chǎn)應用，本文討論的是模型化的方案，因此，選擇較為復雜，應用范圍較廣的調(diào)節(jié)型液位控制的方案進行詳細介紹。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)型液位控制</b></p><p><b>　　簡介：</b></

100、p><p>　　調(diào)節(jié)型液位控制系統(tǒng)由一個電容探頭和相應的控制器組成，控制器可以提供調(diào)節(jié)輸出信號，一般為4~20mA。這些輸出信號對不同設備的影響包括：調(diào)節(jié)控制閥、驅(qū)動變頻水泵。</p><p><b>　　優(yōu)點:</b></p><p>　　由于探頭和控制器僅僅是提供一個輸出信號給相應的設備，而不是給設備提供動力，因此在使用中沒有口徑的限制。<

101、;/p><p>　　可以提供水箱內(nèi)穩(wěn)定的液位控制。</p><p><b>　　缺點:</b></p><p>　　要比電導率探頭液位控制系統(tǒng)昂貴。</p><p>　　要比電導率探頭液位控制系統(tǒng)復雜。</p><p>　　必須要一直有電源供給。</p><p>　　不適合于“

102、單獨”操作。</p><p><b>　　可能耗電量大。</b></p><p>　　圖 2-12 調(diào)節(jié)型的水箱液位控制系統(tǒng)的整體布置圖</p><p><b>　　控制器選擇</b></p><p>　　由于設計中沒有規(guī)定水泵電機的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路

103、上的設計差異較大，因此在此僅作理論演示。</p><p>　　選用繼電器作為啟動控制單元的元件。</p><p><b>　　注意點:</b></p><p>　　為了在調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時防止給水泵過熱，需要安裝回流管道以保證最小量的水能通過水泵。</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和

104、被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　圖 2-13 繼電器</p><p>　　繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　（1）額定工作電壓。是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，

105、也可以是直流電壓。</p><p>　?。?）直流電阻。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。</p><p>　?。?）吸合電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。</p><p>

106、　　（4）釋放電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。</p><p>　?。?）觸點切換電壓和電流。是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。</p><p>　　根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設計的演示性，選用額定工

107、作電壓120VAC/24VDC，工作電流3A，控制電壓5VDC的小型繼電器。</p><p><b>　　硬件電路設計</b></p><p>　　單片機AT89S52硬件設計</p><p>　　AT89S52引腳定義及功能介紹如圖3-1</p><p><b>　　。</b></p>

108、<p>　　圖3-1 AT89S52引腳及網(wǎng)絡標號</p><p><b>　　電源引腳</b></p><p>　　VCC（Pin40）：正電源引腳。正電源接4.0～5.0V電壓，正常工作電壓為+5V。</p><p>　　GND（Pin20）：接地引腳。</p><p>　　P0口：P0端口即P0.0～

109、P0.7，占據(jù)Pin39～Pin32共8個引腳。P0端口具有兩個功能，既可以用作雙向數(shù)據(jù)總線口，也可以分時復用輸出低8位地址總線。P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時

110、，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1端口即P1.0～P1.7，占據(jù)Pin1～Pin8共8個引腳。P1端口一般用做通用I/O端口，是8位準并行的，具備4個TTL負載的驅(qū)動能力。P1端口可以用做位處理，既各位都可以單獨輸出或輸入數(shù)據(jù)。P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使

111、用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下所示：</p><p>　　在FLASH編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p><b>　　引腳號第二功能：</b></p><p

112、>　　P1.0/T2 （定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出</p><p>　　P1.1/T2EX （定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）</p><p>　　P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.7 SCK （在系統(tǒng)編程用）&l

113、t;/p><p>　　P2口：P2端口即P2.0～P2.7，占據(jù)Pin21～Pin28共8個引腳。P2端口可以用作通用I/O端口，或者在擴展外部存儲器時用作高8位地址線。P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲