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1、水塔智能水位控制系统设计THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM OF INTELLIGENT WATER TOWER专业：测控技术与仪器姓名：指导教师：申请学位级别：学士论文提交日期：2015年6月学位授予单位：天津科技大学摘 要我们的生命离不开水，供水问题是我们生活中必须面对的问题。我们生活中基本都用水塔供水，水塔水位控制系统就是为安全供水提供解决方案。水塔供水的主要问题是塔内的水需要始终保持在适当的位置，不能出现“空水”、“溢水”状况发生。传统的控水系统存在着许多问题，例如控制精度低、能耗大等缺陷。水塔智能水位控制系统的成本低，安装方便，灵敏度高，是节能环保、节约水资源，
2、方便生活的水塔水位控制的理想装置。本设计介绍的是一种用AT89C51单片机做主控元件的半导体压力传感器水塔水位测量系统。半导体压力传感器是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变的基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大、滤波，然后输入到串行的A/D转换器中进行模-数转换，模-数转换以后得到的数字信号直接送入单片机，经过单片机分析处理后根据相应的结果通
3、过继电器对水泵电机进行控制，从而进行对水位的控制，与此同时将测量结果显示出来。关键词：水位控制；单片机；压力传感器ABSTRACT We can not live without water, and water suppliment is an problem we have to face in our life. In our life, water often supplied by water tower, and the water level control system of water tower provides solutions to water suppliment
4、problem. The main issue of water suppliment of water tower is that water in the tower needs to be controlled under an appropriate level, the situation of water shortage and water overflow are not allowed to happen. Many limitations exist in traditional water control system, such as the low controlli
5、ng accuracy and high energy consumption. Due to its low cost, convenient installation and high sensitivity, thr intellectual water level control system of water tower has become an ideal device to protect environment, save water and bring convenience to life. This design introduces a water level mea
6、suring system of semiconductor pressure sensor, which uses a kind of single- chip microcomputer(SCM) called AT89C51 as its main controlling elements. Semiconductor pressure sensor is a sensing device that can transform the change of stress and strain on the object into a kind of electrical signal, g
7、enerally, the semiconductor pressure sensor cements the strain gauge on the matrix that produces mechanical strain by using a special binder, when the strain changes occur, the deformation of strain gauge of resistance occurs at the same time, then the resistance value will change, so that the volta
8、ge on thr resistance will change,too.When the strain gauge is under strain, the change of the resistance value usually very small, in most cases, this kind of strain gauge can make up strain bridge, and can be amplified and filtered by subsequent instruments, then, it will be input in a serial A/D c
9、onverter to do a transformation from model to statistics. The digital signal gained from the transformation will be transmits into SCM directly, after the anslysis and process of SCM, the electric relay will control the water pump motor according the results, so that the aim of controlling water lev
10、el can be achieved, and the measurement results will be manifested.Keywords:water level control; single-chip microcomputer; semiconductor pressure sensor目 录第一章 绪论1第一节 课题背景与研究意义1第二节 国内外研究现状及发展1第三节 本课题主要研究内容3第二章 系统总体方案设计4第一节4第二节 测量模块5一、水位测量原理分类5二、压力传感器7第二节 模数转换7一、AD转换器的分类8二、串并行AD转换器的选取8三、AD转换器芯片型号的选取8
11、第三节控制模块8一、继电器的介绍8第四节显示模块9一、LED显示器9二、LCD显示器9第三章 系统硬件设计10第一节单片机AT89C5110一、主要特性11二、特性概述11三、管脚说明11四、内部结构14第二节压力传感器14一、性能特点15二、产品主要参数15三、工作原理16第三节A/D转换器16一、TLC0834主要特点16二、工作特点16三、引脚功能17四、AD转换器与单片机硬件接口电路18第四节LCD显示器18第五节继电器输出19第六节时钟电路20第七节 稳压电源21一、稳压电源工作原理21二、LM780521第八节 报警电路23第九节看门狗及复位23一、X2504524二、复位电路24
12、三、单片机与看门狗、复位电路图25第四章 软件设计和仿真26第一节 软件设计基本步骤26第二节 水塔水位控制主程序26第三节显示与A/D转换的数据处理27第四节中断报警程序29第五节看门狗程序30第六节 系统仿真电路图31第五章 总结33参考文献34致谢35天津科技大学2015届本科毕业设计第一章 绪论第一节 课题背景与研究意义中国水资源总量居世界第六位，但人均占有量仅为世界人均占有量的四分之一，并且在地域上分布很不平衡，长江以北的广大地区，特别是北方大、中城市大部分地区处于缺水状态，水资源短缺已成为制约我国经济发展的一个重要因素。合理的利用水资源已成为我国现在急需解决的一个重要问题。为了达到
13、水资源的合理利用，我们可以充分应用新的信息技术实现水位智能控制。在日常生产生活中，人们经常要对水位、液位进行控制。水塔水位控制系统是我国住宅小区普遍应用的供水系统。而住宅小区用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在用水高峰期和低谷期，即用水多而供水少，给水塔水位低；用水少而供水多，则给水塔水位高。为保证住宅小区用户用水量的供应，必须实现对水塔水位的智能控制。近几十年来，随着生产和科学技术的发展，自动控制技术己渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。不论当今社会经济如何飞速发展，水在人们正常生活和生产中依然起着
14、不可替代的重要作用。一旦断水，轻则给人们生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。传统的水塔供水是直接采用水泵，供水过程中只能通过人为判断水塔水位及水井水位，人为控制水泵何时工作，何时停止，这样的供水系统，不但自动化程度低、劳动强度大，工作效率低，而且安全性难以保障，因此必须对供水系统进行自动化控制的改造。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。在实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测测量水位变化，从而控制电动机的启停，保证水位正常。因此，设计一套成本低，安装方便，灵敏性好，节约水源，方便家庭和单位
15、控制水塔水位的理想控制装置具有十分重要的意义。第二节 国内外研究现状及发展目前，控制水塔水位的方法较多。其中较为常用的是由单片机控制的智能水位控制系统，它实现了水位的自动控制、实时显示、故障报警等功能，使水塔内水位保持恒定，从而提高了水塔供水系统的可靠性和稳定性。本研究课题给出了以Atmel公司AT89C5l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计。它可以实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。该系统具有良好的实时检测控制功能，具有较高的使用价值。根据测量水位的感应元件与被测水位是否接触，水位测量控制系统通常分为接触型和非接触型两大类。由
16、于接触型水位测量系统的感应元件与被测水位接触，且都存在着与被测水位相接触的测量部件大多带有可动部件，因此存在着一定的磨损且容易被水玷污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装与检修。非接触型水位测量系统的感应元件与被测水位不接触，测量部件不会受被测介质的影响，也不影响被测介质，因而其应用范围更加广泛。在水塔供水系统中，水塔必须满足两个前提：第一，保证水塔内水量，不能造成缺水现象；第二，保证水塔内蓄水不溢塔，造成水资源浪费。而现阶段的水塔智能控制系统常采用三种手段可实现上述功能。一、PLC水塔水位控制系统：利用液位传感器，量取水塔内水位的高低，并把传输的数据传往PLC（可编程
17、逻辑控制器），然后经由PLC进行数据处理、比较，最后输出控制水泵和电磁阀。系统通过PLC启动后，当水位低于水塔传感器下限液位时，电磁阀打开，开始往水塔内注水，当水位液面达到上限水位时，电磁阀关闭停止注水；当水塔水位高于水塔液位上限或低于水塔液位下限时，系统发出警报。待水位开始下降或上升后并被相应的液位传感器检测到时自动熄灭报警。若水位正常，此时水塔传感器下限液位向PLC输入一个固定值，表示现在水位高于下限水位。二、单片机智能水塔水位控制：该系统中，单片机是控制的核心模块，进行分析处理传感器检测的数据、接收或发送数据等。除此之外，该系统还包括了以差压传感器为主的信号采集模块，以水泵为主的注水启停
18、驱动模块及报警、显示模块等。首先通过传感器实时检测水塔水位，然后把水位数据传送到单片机，单片机把数据与所设定的水位上下限作比较，如果水位低于下限，则启动抽水机抽水，保证水塔的水足够，如果水位达到了上限，则及时停止抽水，防止“溢塔”而浪费水，并且水位的上下限随时可以根据实际情况由拨码开关进行调整；同时该单片机控制无线发送器把水位数据发送到中央控制室的单片机处显示，实现实时监测目的。三、光纤传感器在水塔水位检测中的应用研究：该方案的检测系统分别由中央控制式的中央监控单元和现场采集单(或数据采集单元)组成。现场采集单元对水塔的水位信号进行数据的实时采集，同时完成数据统计、存贮；中央监控单元可以定期或
19、不定期地从现场采集单元获取数据并完成图像监测、数据统计、报表、打印及个网络中，中央监控单元处于主控位置，而现场采集单元可以随时响应中央监控单元的命令。其现场采集单元由单片机8C552及采集、存储、显示、遥控和通信模块组成，每个现场采集单元可与光纤液位传感器及光纤液位报警器等16个设备相接。之所以应用CAN总线网络结构是由于CAN网络具有方便灵活、突出特性，抗干扰性、可靠性、实时性等特点。所有的光纤液位传感器及光纤液位报警器都可以通过一对双绞线串接在一起，节省了空间、简化了布线。单片机智能水塔水位控制系统结构简单，成本低，安装方便，可靠性高，灵敏性好，可实现自动控制，实时监测水位，实现了安全、充
20、足、自动化的供水，因而得到了广泛的应用。第三节 本课题主要研究内容水塔智能水位控制系统是一个完整的液位控制系统，它包括采样、处理、控制等部分组成，课题将研究整个系统的设计思想、基本结构框架、主要硬件设计与软件程序这几部分问题。水塔智能水位控制系统对水位的监控具有严格的要求，所以如何设计水塔水位的检测将是本次设计的关键因素。第二章 系统总体方案设计第一节本课题对水塔智能水位控制系统的设计使用是以AT89C51单片机为核心，由测量模块、控制模块、显示模块、电源模块、时钟复位等组成。整个系统组成框图如图2-1所示。报警模块模数转换单片机压力传感器压力信号显示模块电源模块继电器控制水泵电机图2-1 系
21、统组成框图在我们水位控制过程中，首先由安装在塔底的压力传感器感应到水塔的水位变化，然后将水位信号转换成电信号，信号传送到调理电路后，由调理电路进行滤波、放大，输出变化后的直流电压信号，然后输入到串行A/D转换器中进行模-数转换，模-数转换后得到的数字信号直接送入单片机，经单片机分析处理后根据相应的结果通过继电器对水泵电机进行控制，从而进行对水位的控制，单片机将信号处理后，输出到显示模块，并由显示模块显示出来。水塔智能水位控制系统的测试控制流程如图2-2所示。开始初始化设定报警值设定上下限值AD数据采集是否正常范围是否超报警下限是否超报警上限下限报警上限报警显示采集数据继电器控制水泵图2-2水塔
22、智能水位控制系统测试控制流程图第二节 测量模块水位测量早期大多采用机械原理,但近些年由于电子技术发展迅速，逐步应用了机电一体化，并且发展了许多新的测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善、功能有了很大的提高。根据水位测量所涉及的水位存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，水位计类型的选用也不同。在进行水位测量前，必须充分了解水位测量的工艺特点，以此作为水位计设计过程中的参考因素。一、水位测量原理分类随着工业自动化的发展，发展了许多新的测量原理，一批具有智能控制功能、可实现非接触测量、精度高、稳定性好的水位计相继问世，并应用到越来越多的工业测量领域，如基于超声波、雷达、
23、光纤等技术的水位测量仪。不同水位计可分为如下几种：1 直读水位计：如图2-3所示直读式水位检测方法：是一种直接用与被测容器连通的玻璃管或玻璃板来显示容器中的水位高度，它是最原始但仍应用较多的一种水位检测仪表;另外，利用浸入式刻度钢皮尺直接检测水位高度的人工检尺法也是应用较广泛的水位计量方法，尤其是在大型油罐储油量的检测中，也可把它用作现场检验其他检测仪表的参考手段。其精度一般为2mm的人为误差。此种方法有检测简单、直观、成本低的优点，但检测程有限，且不适于恶劣环境中的检测。图2-3 直读水位计2电容式液位传感器：依据电容感应原理，当被测介质浸汲测量电极的高度变化时，引起其电容变化。它可将各种物
24、位、液位介质高度的变化转换成标准电流信号，远传至操作控制室供二次仪表或计算机装置进行集中显示、报警或自动控制。3超声波水位计：超声波水位仪是非接触检测中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。可实现非接触检测、检测范围宽、并且检测不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的适用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒水位等的水位检测中。我国从九十年代初开始，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位检测中，以及油、浆等水位的水位检测中。超声水位检测技术在越来越多的领域发挥其重要作用。4雷达水位计：雷达水位计发明于60年代，通常采用
25、调频雷达原理，利用同步调频脉冲技术，将微波发射器和接收器安装在罐顶，向液面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时，由于来回传播时间的延迟，发射频率发生了改变。将两种信号混合处理，所得信号频正比于罐顶到液面之间的距离。雷达水位计特别适用于高粘度或高污染的产品，如沥青等。雷达水位计的检测精度较高，而且无需定期维修和重新定标，但是安装比较复杂且价格不菲。 5射线水位计：核辐射放出的射线(如丫射线等)具有较强的穿透能力，且穿过不同厚度的介质有不同的衰减特性，核辐射式水位计正是利用这一原理来检测水位的。核辐射式水位计的核辐射源用点式或狭长型结构安装在油罐的外面，狭长型核辐射源检测元件也安装在油罐外面
26、，可实现对水位动态变化的检测。除利用核辐射射线来检测之外，还可采用中子射线来检测水位。射线水位计安装非常方便，检测精度较高。因为它没有任何部件与被测物体直接接触，特别适用于传统检测仪表不能解决的检测问题。6激光水位计：其检测原理类似于超声波水位计，只是采用光波代替了超声波。发射传感器发射出。光，照射到被测液面，在液面处发生反射，接收传感器接收反射光，将从发射至接收的时间换算成水位。激光的光束很窄，在水位计中通过光学系统转换成约20mm宽的光束，这样即使被测物面很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光水位计非常适用于开口很狭窄的容器以及高温、高粘度的检测对象。而缺点是对液面的波动很敏感，大罐内的油
27、苏汽，水气等微粒对检测不利，且光学镜头必须定期保持清洁。二、压力传感器压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。本次设计中将压力传感器安装于水塔的底部，根据流体的性质，传感器检测的压力大小只与水塔中水位的高度成正比，而与水塔的截面积无关。压力传感器与智能数字仪表或计算机系统组成的控制系统可精确控制液位的高度，并可以实时显示各测点液位
28、的数值，所以压力传感器是当今应用较为广泛的一种，也是自动化工程的宠儿。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。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、V-F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
29、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
30、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
31、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、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
32、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
33、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“”，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
34、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：57和510；每种点阵又分为1行、2行和4行三类，没行有8、16、20、40、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
35、置液态的晶体，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
36、。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：1、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。2、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。3、体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液
37、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。4、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57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AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and 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
38、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MCS-51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MCS-51 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：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32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
39、，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3-1所示。图3-1AT89C51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
40、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
41、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。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3-1所
42、示。表3-1 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
43、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（0000H-FFFFH），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、内部结构如图3-2
44、所示为AT89C51内部结构图，其重要包括中央处理器CPU、内部数据存储器、内部程序存储器、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制电路、时钟电路等几部分组成。图3-2 AT89C51内部结构图第二节压力传感器压力传感器型号：PY201该传感器采用进口扩散硅感压芯体，全不锈钢结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性，适用于介质压力微弱的负压压力场合的测量与控制。主要适用于河流、地下水位、水库、水塔及容器等的液位测量与控制。此类传感器通常也称为：投入式液位传感器、投入式水位变送器、水库水位遥控传感器、水塔水位监控变送器、污水池水位控制传感器、污水净化池液位变送器、储水罐水位传感器、储水池
45、水位变送器、储油罐油位变送器、油箱油油位传感器、油井油位变送器、地下水井水位传感器、矿井水位变送器、水塘大坝水位监控传感器、消防水箱水位变送器、消防水池水位变送器、装水容器液位传感器、水缸水位变送器。一、性能特点A、采用进口扩散硅感压芯片；B、选进的贴片工艺，具有零点、满量程补偿，温度补偿；C、高精度和高稳定性放大集成电路；D、全封焊结构、抗冲击、耐疲劳、可靠性高；E、输出信号多样化（有电流型、电压型）；F、结构小巧，安装方便；G、电气连接采用特殊灌封工艺，配套3芯导气屏蔽电缆，防护等级达国家IP68标准二、产品主要参数被测介质： 液体（弱腐蚀性）压力类型： 表压量 程： 00.1M1M3M5
46、M10M20M50M100M200M500M （水位高/深度,最小量程为0.1米）输 出：420mA（二线制）、05VDC、010VDC、0.54.5VDC（三线制）综合精度： 0.25%FS、0.5%FS供 电： 24V Dc绝缘电阻： 1000 M/100VDC负载电阻: 电流输出型：最大800电压输出型：大于50K介质温度：-2085环境温度：-2085储存温度：-4090相对湿度： 095% RH密封等级：IP68过载能力： 150%FS响应时间：5mS稳 定 性：0.15%FS/年振动影响：0.15%FS/年（机械振动频率20Hz1000Hz）电气连接：5芯导气屏蔽电缆全密封；压力连接：投入式连接螺纹材料：304不锈钢三、工作原理将压力传感器安装在水塔底部，水塔内水位液面与底部形成一定压力，水位液面越高，压力越大；水位液面低，压力越小。第三节A/D转换器将水塔水位测量出的信号送给单片机进行比较之前，还需要将测量到的模拟信号转换成数字信号（AD转换）。本设计采用的转换器为A/D转换器TLC0834。一、TLC0834主要特点