基于傳感器與單片機的綜合設計實驗

惠俊峰 賈亞娟

摘 要：本項目基于STC89C52RC單片機的開發系統，利用其數據處理功能實現對電阻式液位傳感器得到的信號的處理，實現對液位的顯示，并且對測得的液位根據實際需要對被控對象進行相應的處理，達到自動控制的目的。旨在對51單片機各個資源，如外部中斷，定時計數器，輸入輸出端口的靈活運用和掌握。在對這些資源的整合利用后，實現了液位測量系統從軟件到硬件整個的系統設計過程，實現我們預期的功能。

關鍵詞：STC89C52R；傳感器；A/D轉換；液位控制

1 緒論

此控制系統中控制器將傳感器采集到的電壓信號處理以后，轉換成為液位高度，送給八段動態數碼管顯示。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，作出的相應的動作。當液位低于液位下限時，控制報警的端口啟動報警裝；同時，控制進水開關的裝置動作，打開進水開關；當液位高于液位上限時，停止進水，同時，控制進水工作指示燈的端口動作，啟動報警裝置。當液位在被控范圍內，不進水、也不報警。

2 總體方案設計

在這個系統的設計中，最主要的就是傳感器的信號采集，AD轉換，深度轉換，單片機的送顯控制部分。在最初的傳感器選擇時，有考慮過使用磁致伸縮法、核輻射法、光纖傳感器法和雷達法等液位測量方法，但是考慮到設計成本及其精度和實現的難易程度問題，我們最終選擇了這種易于實現但是又可以節約成本的電阻式傳感器，它得到的是一種0—5V的電壓信號。因此我們只需要尋找到這種電壓與液位之間的關系，那么就可以初步實現液位高度的獲得。首先我們要自己測得在液位一定時傳感器的電壓，描述出它的電壓與高度之間的曲線，再根據這條曲線，編寫轉換函數，將轉換后的數據送數碼管顯示。再根據得到的數據判斷液位與預期的液位之間關系，確定相應的操作，即需要不需要打開進出水開關，即只需要在水位過低時加水即可，水位過高時進行報警。經過論證后我確定的系統框圖如圖1所示。

3 硬件電路設計

3.1 電源電路

本系統采用9V轉5V的電源電路為各模塊供電，具體電路如圖2所示。

3.2 單片機最小系統

在基于單片機的應用系統中，其核心是單片機的最小系統，而單片機又是最小系統的核心，為了方便起見，采用的單片機型號是：STC89C52RC，內部資源有：8KB FLASH ，512B SRAM，4個8位I/O，2個TC，1個UART，帶ISP和IAP功能。是近年來流行的低端51單片機。時鐘電路采用12.00MHZ晶體，復位電路采用簡單的RC復位電路。

3.3 ADC0804簡介及與單片機接口電路

ADC0804是使用非常普遍的8位A/D轉換器，由于其片內有輸入：數據寄存器，故可以直接與單片機接口。ADC0804與單片機接口電路，如圖3所示。

3.4 進水控制電路

進水控制電路是一個弱電控制強電的電路，由PNP型三極管驅動繼電器，單片機通過給繼電器控制信號，來控制進水裝置進行相應的操作。

3.5 報警控制電路

報警電路主要是為外界發出一段報警提示，由PNP型三極管驅動蜂鳴器發出報警。

3.6 液位顯示部分

需要實時顯示當前的水位高低，從實際情況看，不是必須的。為了直觀的觀察水位的變化效果，設置兩個顯示位，用數碼管即可。P0口接數碼管顯示水位高度的十位，P2口接的數碼管顯示水位高度的個位，每個數碼管需要接一個大約200Ω1000Ω的電阻起分壓作用。

4 結論

該系統設計是基于在單片機嵌入式系統而設計的，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統在實驗室某實驗水冷卻系統得到成功實踐，實現水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。因此，該系統在農村水塔，城市水源檢測控制等領域有著廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]陳海宴.51單片機原理及其應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.3.

[2]李廣弟.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.6.

[3]王思明.單片機原理及應用[M].北京：科學出版社，2012.9.