基于傳感器與單片機(jī)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

惠俊峰 賈亞娟

摘 要：本項(xiàng)目基于STC89C52RC單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)，利用其數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻式液位傳感器得到的信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的顯示，并且對(duì)測(cè)得的液位根據(jù)實(shí)際需要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的處理，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。旨在對(duì)51單片機(jī)各個(gè)資源，如外部中斷，定時(shí)計(jì)數(shù)器，輸入輸出端口的靈活運(yùn)用和掌握。在對(duì)這些資源的整合利用后，實(shí)現(xiàn)了液位測(cè)量系統(tǒng)從軟件到硬件整個(gè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)我們預(yù)期的功能。

關(guān)鍵詞：STC89C52R；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；液位控制

1 緒論

此控制系統(tǒng)中控制器將傳感器采集到的電壓信號(hào)處理以后，轉(zhuǎn)換成為液位高度，送給八段動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。控制模塊是在將得到的液位值與液位上限與液位下限比較之后，作出的相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)液位低于液位下限時(shí)，控制報(bào)警的端口啟動(dòng)報(bào)警裝；同時(shí)，控制進(jìn)水開關(guān)的裝置動(dòng)作，打開進(jìn)水開關(guān)；當(dāng)液位高于液位上限時(shí)，停止進(jìn)水，同時(shí)，控制進(jìn)水工作指示燈的端口動(dòng)作，啟動(dòng)報(bào)警裝置。當(dāng)液位在被控范圍內(nèi)，不進(jìn)水、也不報(bào)警。

2 總體方案設(shè)計(jì)

在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，最主要的就是傳感器的信號(hào)采集，AD轉(zhuǎn)換，深度轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的送顯控制部分。在最初的傳感器選擇時(shí)，有考慮過使用磁致伸縮法、核輻射法、光纖傳感器法和雷達(dá)法等液位測(cè)量方法，但是考慮到設(shè)計(jì)成本及其精度和實(shí)現(xiàn)的難易程度問題，我們最終選擇了這種易于實(shí)現(xiàn)但是又可以節(jié)約成本的電阻式傳感器，它得到的是一種0—5V的電壓信號(hào)。因此我們只需要尋找到這種電壓與液位之間的關(guān)系，那么就可以初步實(shí)現(xiàn)液位高度的獲得。首先我們要自己測(cè)得在液位一定時(shí)傳感器的電壓，描述出它的電壓與高度之間的曲線，再根據(jù)這條曲線，編寫轉(zhuǎn)換函數(shù)，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷液位與預(yù)期的液位之間關(guān)系，確定相應(yīng)的操作，即需要不需要打開進(jìn)出水開關(guān)，即只需要在水位過低時(shí)加水即可，水位過高時(shí)進(jìn)行報(bào)警。經(jīng)過論證后我確定的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 電源電路

本系統(tǒng)采用9V轉(zhuǎn)5V的電源電路為各模塊供電，具體電路如圖2所示。

3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

在基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，其核心是單片機(jī)的最小系統(tǒng)，而單片機(jī)又是最小系統(tǒng)的核心，為了方便起見，采用的單片機(jī)型號(hào)是：STC89C52RC，內(nèi)部資源有：8KB FLASH ，512B SRAM，4個(gè)8位I/O，2個(gè)TC，1個(gè)UART，帶ISP和IAP功能。是近年來流行的低端51單片機(jī)。時(shí)鐘電路采用12.00MHZ晶體，復(fù)位電路采用簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路。

3.3 ADC0804簡(jiǎn)介及與單片機(jī)接口電路

ADC0804是使用非常普遍的8位A/D轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入：數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。ADC0804與單片機(jī)接口電路，如圖3所示。

3.4 進(jìn)水控制電路

進(jìn)水控制電路是一個(gè)弱電控制強(qiáng)電的電路，由PNP型三極管驅(qū)動(dòng)繼電器，單片機(jī)通過給繼電器控制信號(hào)，來控制進(jìn)水裝置進(jìn)行相應(yīng)的操作。

3.5 報(bào)警控制電路

報(bào)警電路主要是為外界發(fā)出一段報(bào)警提示，由PNP型三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。

3.6 液位顯示部分

需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的水位高低，從實(shí)際情況看，不是必須的。為了直觀的觀察水位的變化效果，設(shè)置兩個(gè)顯示位，用數(shù)碼管即可。P0口接數(shù)碼管顯示水位高度的十位，P2口接的數(shù)碼管顯示水位高度的個(gè)位，每個(gè)數(shù)碼管需要接一個(gè)大約200Ω1000Ω的電阻起分壓作用。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大控制功能和方便通信接口，該檢測(cè)控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室某實(shí)驗(yàn)水冷卻系統(tǒng)得到成功實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、處理和報(bào)警等功能，提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)控制能力。因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測(cè)控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

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