基于单片机的水位检测与控制系统的研究与设计

江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）

第二章 系统硬件设计

2.1系统总体功能概述

该系统可看做两个方面：检测装置与控制执行。系统以AT89C51作为核心控制部件。检测装置由传感器、一片A/D转换芯片和一片数码管驱动芯片来完成液位的检测、显示和超限报警。LM1042外接的热阻探针温度的变化依赖于周围材料的热阻的大小，而空气和液体的热阻大小有很大差别，从而可以根据探针在液体中的深度不同时电阻的不同检测出液位的深度信息，由LM1042内部转换电路网络转换为与液位成线性关系的电压信号，再由12位逐次逼近型A/D转换芯片AD574A将模拟信号转换为数字信号，实现液位信息的输入，AT89C51从AD574A读取液位信息后进行数据处理和超限判断，随后将处理过的数据输出到数码管驱动芯片ICM7218的RAM中，由ICM7218实现数码管的静态显示，若液位超限则由单片机驱动蜂鸣器报警。控制执行方面，通过单片机的输出电信号控制继电器的闭合，实现对水泵的控制。

电 源 LED驱动器 数码管 AT89C51 传感器AD转换继电器水 泵各部分功能：

1. 电源部分提供+5V +15V -15V电压供系统各部分使用。 2. 传感器LM1042实现液位信息到电压信号的转换。

3

液 位 图2-1 系统总体结构图

江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）

3. AD574A将传感器输出的电压信号经A/D转换成数字信号后送到单片机。 4. AT89C51为处理器，实现液位信息的接收、数据处理、和输出到ICM7218. 5. 蜂鸣器部分在单片机检测到液位超限是由单片机驱动实现声音报警。

6. 单片机对液位数据处理后输出，由ICM7218驱动数码管显示。 7. 水泵加水电路由继电器进行控制。

2.2 核心芯片的选择

（1）单片机AT89C51

单片机是把微型计算机主要部分集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。单片机AT89C51由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 1. 主要特性：

●8位CPU

●内置4K字节可重复编程Flash ●寿命：1000写/擦循环 ●全静态工作：0HZ-24HZ ●三级程序存储器锁定 ●128*8位内部RAM ●32根可编程I/O线 ●两个16位定时器/计数器 ●5个中断源，2个中断优先级 ●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 2.管脚说明：

4

江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）

图2-2 AT89C51的引脚图

Vcc:供电电压 Vss:接地

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL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，他可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLISH 进行校验时，P0输出源码，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4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉位高，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FLISH 进行校验时，P1口作为第八地址接受。

P2口位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

5

江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）

的缘故。胖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。在给地址“1”时，他利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出器特殊功能寄存器的内容。P2口在FLISH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是八个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，他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，这是由于上拉的缘故。 P3口也作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3口管脚备选功能: P3.0 RXD (串行输入口) P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

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，地址所存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLISH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是目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器是，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:外部程序存储器的的选通信号。在有外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部存储器时，这两次有效的/PSEN信号讲

6