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

        2018-10-21 22:50:17惠俊峰賈亞娟
        科技風(fēng) 2018年20期
        關(guān)鍵詞:傳感器

        惠俊峰 賈亞娟

        摘 要:本項(xiàng)目基于STC89C52RC單片機(jī)的開(kāi)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(guò)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??刂颇K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(kāi)關(guān)的裝置動(dòng)作,打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)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(guò)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(wèn)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(xiàn),再根據(jù)這條曲線(xiàn),編寫(xiě)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(kāi)進(jìn)出水開(kāi)關(guān),即只需要在水位過(guò)低時(shí)加水即可,水位過(guò)高時(shí)進(jìn)行報(bào)警。經(jīng)過(guò)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(jiàn),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(lái)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(guò)給繼電器控制信號(hào),來(lái)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。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳海宴.51單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.3.

        [2]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.6.

        [3]王思明.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2012.9.

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