基于51单片机水位检测系统设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析...........................................................................................................1

2设计方案遴选...........................................................................................................1

2.1单片机的选择...............................................................................................1

2.2压力传感器的选择.......................................................................................2

2.3系统框图设计...............................................................................................2

3产品硬件设计...........................................................................................................3

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计..............................................................3

3.2压力传感器设计...........................................................................................3

3.3LCD1602液晶显示模块电路........................................................................3

4产品软件设计...........................................................................................................4

4.1主程序流程图...............................................................................................4

4.2APP程序设计................................................................................................5

4.3产品程序清单...............................................................................................6

5产品调试及使用说明...............................................................................................6

5.1产品调试.......................................................................................................6

5.2产品使用说明...............................................................................................6

6产品设计技术标准...................................................................................................7

参考资料.......................................................................................................................7

附录1元器件清单..............................................................................................8

附录2电路原理图..............................................................................................9

附录3PCB设计图...............................................................................................9

附录4产品实物图..........................................................................................10

附录5产品装配图............................................................................................10

附录6程序代码................................................................................................11

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基于51单片机水位检测系统设计与制作

1产品功能分析

液位监控器的应用虽然非常广泛，但是现在工业领域专用性，研究领域高

精度的液位监控器的价格非常贵，对于民用产品来讲成本高，资源浪费。所以

我们的设计应更加注重于对基础基本传感器应用，由最低的成本，获得我们最

大的需求。日常生活中，水位检测可以融入我们的生活给我们带便利。生活中

很常见，没水的时候把水阀打开忘记关掉，等回来的时候已经满屋是水，在农

村生活中自来抽水系统等完全可以用，也不需要太高的精度，为我们的生活带

来一定的便利。

2设计方案遴选

液位监控器的应用虽然非常广泛，但是现在高精度的液位监控器的价格非

常贵，实现民用还有一定的难度。所以我们的设计应更加创新利用更小的成本

设计生产出更好的传感器。

2.1单片机的选择

方案一：采用ARM7作为主控器件，虽然速度很快，资源很多，但价格比较

高，资源浪费，缺乏市场竞争力。

方案二：采用SST89C52作为主控器件，虽然该款单片机较便宜，运行速度

较慢，但是运行速度相对而言足够系统运行并有富余，也可以对单片机操作，

来完成系统的功能设置，且电机的控制可以增加简单的外围电路设计。单片机

就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以

充分发挥其资源、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能。

综上所述，为简化外围电路设计，提高市场竞争力，我们选择方案二。

1

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2.2压力传感器的选择

方案一：采用桥式压力传感器

桥式压力传感器是通过应变片的应力变形，当有应力变形时，传感器会

输出电压，随着中立重力的加大输出电压会出现线性变化。由于桥式压力传

感器，应力变形很小，输出的电压变化幅度小、电压值小。且体积小，结构

比较简单，动态效应也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好，

滞后和蠕变小，频率效应高，便于生产，成本也低。

方案二：采用分立元件搭建一个压力传感模块

采用压敏电阻和外围电路搭建一个压力传感器，通过放大电路对压敏电

阻的电压放大，有普通的AD采集。该方案容易受到外界干扰，有时甚至检

测不到，还要用到AD采样和电压比较器来处理，这样加大了电路设计的难

度。这样的灵敏度不够，误差大，功耗大，增加了开发成本。

比较以上两种方案，方案一占有很大的优势。这样不但能准确完成测

量，而且能避免电路的复杂性，因此拟选择方案一。

2.3系统框图设计

采集

压力传感器ADC0832

水位

STC89c52

单片机

按键

LCD1602显示

根据设计内容要求，经仔细分析计算，充分考虑各种因素，制定整体制作

方案。整体方案以AT89C51为控制核心，对各传感器采集数据进行综合分析，

2

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作出相应的处理，保证精确稳定、快速的完成设计任务。系统方框图如图所示。

3产品硬件设计

该系统以STC89c52单片机为控制核心设计的水位检测装置，该系统主要有

单片机最小系统、按键模块、1602液晶显示模块、压力传感器模块、电磁继电

器驱动模块和ADC0832组成。STC89c52系列单片机内部自带资源丰富、运算速

度较快，适用于强干扰和要求速度较高的场合。以电磁继电器开环控制和压力

传感器闭环实现对该系统的控制，达到系统的稳定可靠

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计

STC89C52RC是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，

基于Intel标准的8052，指令代码完全兼容传统的8051系列单片机，12时

钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。

3.2压力传感器设计

压力传感器是通过膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产

生应力。四个电阻在应力的作用下，阻值产生变化，电桥失去平衡，输出相应

的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。所以通过8位AD芯片ADC0832和简

单的外围电路组成的采集模块一起使用，是电路简化，操作方便，易于固定、

控制，称量值精度高。我们选用D3B压力传感器。

3.3LCD1602液晶显示模块电路

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模

块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显

示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图就是1602的内部显示地

址。

3

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点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128

列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成。显示屏

上64×16个显示单元与显示RAM区的1024字节相对应，每一字节的内容与显示屏

上相应位置的亮暗对应。

例如显示屏第一行的亮暗由RAM区的000H~00FH的16字节的内容决定，当

（000H）=FFH时，屏幕左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH

时，屏幕右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）

=00H…，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，在屏幕的顶部显示一条由8条亮线和

8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式

LCD，常用16×1，16×2，20×2和40×2等的模块。一般的LCD1602字符型液晶

显示器的内部控制器,大部分为HD44780，能够显示英文字母、阿拉伯数字、日

文片假名和一般性符号。

4产品软件设计

4.1主程序流程图

系统程序图设计如下：

4

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开始

程序初始化

按键按下Y

N

设置最大值/最小值

读取ADC采集值

数据处理

大于最大值小于最小值

YY

NN

停止水泵工作驱动水泵

1602显示

结束

4.2APP程序设计

5

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4.3产品程序清单

水位检测程序清单

reg51.h

LCD1602intring.h

主程序

main

c51.ceeprom52.h

定义IO口初始化1602

5产品调试及使用说明

5.1产品调试

板子做好以后，就把所有的元件焊上去了，这样对于没有调试过的板子，

就很难找到原因。.所以焊接的顺序很重要，应该是应该按功能划分的器件进行

焊接，顺序是功能部件的焊接--调试(OK)--另一功能部件的焊接，这样容易找到

问题的所在。

5.2产品使用说明

把USB电源线插上，然后打开电源开关。（此时液晶上显示水位、第二行

显示模式（模式包括手动跟自动模式，按设置按键2可以切换模式））

6

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在手动模式下，按第三个设置按键可以直接打开和关闭水泵

按第一个设置按键可以调整水位上限和下限值。

设置数值后打开自动模式，水泵跟传感器开始工作

如果水位小于低位值，则蜂鸣器开始报警并且加水，对应指示灯亮、一旦水位

高于高位值，蜂鸣器报警并停止加水且对应指示灯亮。

如果水位在高位值跟低位值中间则蜂鸣器停止警报，当水位低于低位值时开始

抽水，抽水到高于高位值时停止抽水。

抽水满一次后，需要水位低于低位值后再抽水。

在用水过程中，水位在低位值跟高位值中间是不抽水工作的。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

参考资料

[1]高慧芳等.单片机原理及应用技术[M].北京：科学出版社，2010.

[2]ISDSeriesSingle-ChipVoiceDeviceDataBook.WinbondInc.,2000

[3]宋戈,黄鹤松，员玉良，蒋海峰.51单片机应用开发范例大全[M]，北京：人民邮电出版社，2010：

P193-P205

[4]王竹便.录音技术及技巧浅议[J].科技情报开发与经济.2005

[5]孟宪超.数码录音笔原理及应用[J].信息时代导刊.2004

[6]韩改宁,李永锋.基于AT89C52单片机的语音录放系统实现[J].成阳师范学院,2009,17(9)：116-

117

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附录1元器件清单

名称型号标志r数量实物图片

蜂鸣器BellB11

电容10ufB21

电容220ufC11

电容30pfC2,C32

电容104C61

二极管

DIODEC101

电源接口电源接口

5VD21

微动开关SW-AJJ14

5MM红色发光

LEDJ32

二极管

排针

Header4K1,K2,K3,K41

三极管9012L1,L22

电阻1KP14

电阻10kP21

电阻3KP31

排阻10KQ4,Q61

电源开关自锁开关R2,R10,R161

继电器接口2PR111

晶振12MR261

5V水泵抽水水泵RX11

继电器JSW11

水位传感器D3B压力传感器U11

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单片机STC89C52U21

单片机插座40PY11

模式转换芯片ADC0832CCN1

IC插座8P1

液晶LCD16021

附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

附录4产品实物图

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附录5产品装配图

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附录6程序代码

#include<reg52.h>//头文件

#include<intrins.h>

#include"eeprom52.h"//STC89C52EEPROM程序文件

#defineucharunsignedchar//宏定义

#defineuintunsignedint

#defineLCD1602_datP0//LCD1602数据口宏定义

sbitLCD1602_rs=P2^5;//LCD1602控制数据IO口

sbitLCD1602_rw=P2^6;

sbitLCD1602_e=P2^7;

sbitbeep=P1^3;//蜂鸣器IO

sbitled_1=P1^4;//LED指示灯IO

sbitled_2=P1^6;

sbitkey_1=P3^0;//系统控制按键IO口

sbitkey_2=P3^1;

sbitkey_3=P3^2;

sbitalarm_1=P2^0;//控制继电器IO口

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sbitADC0832_CS=P1^2;//ADC0832控制IO口使能口

sbitADC0832_CLK=P1^1;//时钟IO口

sbitADC0832_DIO=P1^0;//数据输入输出IO口

uintsum;//10次AD值的综合变量

ucharRH,RH_H=12,RH_L=8,state,ms,cs;//当前水位，水位上限，下限，设

置项变量，50ms变量，cs为计次数变量，

bitbeep1,zt,s1;//报警标志位，工作模式标志位，闪烁标志位

unsignedintA_D()//ADC0832读值程序

{

unsignedchari;

unsignedchardat;

ADC0832_CS=1;//一个转换周期开始

ADC0832_CLK=0;//为第一个脉冲作准备

ADC0832_CS=0;//CS置0，片选有效

ADC0832_DIO=1;//DIO置1，规定的起始信号

ADC0832_CLK=1;//第一个脉冲

ADC0832_CLK=0;//第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平

ADC0832_DIO=1;//DIO置1，通道选择信号

ADC0832_CLK=1;//第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别

输入两位数据用于选择通道，这里选通道RH0

ADC0832_CLK=0;//第二个脉冲下降沿

ADC0832_DIO=0;//DI置0，选择通道0

ADC0832_CLK=1;//第三个脉冲

ADC0832_CLK=0;//第三个脉冲下降沿

ADC0832_DIO=1;//第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1

ADC0832_CLK=1;//第四个脉冲

for(i=0;i<8;i++)//高位在前

{

ADC0832_CLK=1;//第四个脉冲

ADC0832_CLK=0;

dat<<=1;//将下面储存的低位数据向右移

dat|=(unsignedchar)ADC0832_DIO;//将输出数据DIO通过或运算储存

在dat最低位

}

ADC0832_CS=1;//片选无效

returndat;//将读书的数据返回

}

/********************************************************************

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*名称:delay()

*功能:小延时。

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voiddelay(uintT)//延时函数

{

while(T--);

}

/********************************************************************

*名称:LCD1602_write(ucharorder,dat)

*功能:1602写如数据函数

*输入:输入的命令值

*输出:无

********************************************************************

***/

voidLCD1602_write(ucharorder,dat)//1602一个字节处理

{

LCD1602_e=0;

LCD1602_rs=order;

LCD1602_dat=dat;

LCD1602_rw=0;

LCD1602_e=1;

delay(1);

LCD1602_e=0;

}

/********************************************************************

*名称:LCD1602_writebye(uchar*prointer)

*功能:1602写入数据函数指针式

*输入:输入的命令值

*输出:无

********************************************************************

***/

voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer)//1602字符串处理

{

while(*prointer!='\0')

{

LCD1602_write(1,*prointer);

prointer++;

}

}

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/********************************************************************

*名称:LCD1602_cls()

*功能:初始化1602液晶

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voidLCD1602_cls()//1602初始化

{

LCD1602_write(0,0x01);//1602清屏指令

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x38);//功能设置8位、5*7点阵

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x0c);//设置光标不显示开关、不显示光标、字

符不闪烁

LCD1602_write(0,0x06);

LCD1602_write(0,0xd0);

delay(1500);

}

/********************************************************************

*名称:show()

*功能:LCD1602液晶显示程序

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voidshow()

{

if(state==0)//当前水位及工作模式显示

{

LCD1602_write(0,0x80);LCD1602_writebyte("Waterlevel:");//当前水位

LCD1602_write(0,0x80+12);

if(RH>9)LCD1602_write(1,0x30+RH/10%10);

elseLCD1602_writebyte("");

LCD1602_write(0,0x80+13);

LCD1602_write(1,0x30+RH%10);

LCD1602_write(0,0x80+14);

LCD1602_writebyte("cm");

LCD1602_write(0,0xC0);LCD1602_writebyte("State:");//工作模式

LCD1602_write(0,0xC0+6);

if(zt==0)

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{

LCD1602_writebyte("Manul");

}else

{

LCD1602_writebyte("Auto");

}

}else//水位上下限设置界面

{

LCD1602_write(0,0x80);

LCD1602_writebyte("Water_H:");//水位上限

LCD1602_write(0,0x80+8);

if(state==1&&s1==1)//通过闪烁标志为达到闪烁的效果

{

LCD1602_writebyte("");

}else

{LCD1602_write(0,0x80+8);

if(RH_H>9)LCD1602_write(1,0x30+RH_H/10%10);

elseLCD1602_writebyte("");

LCD1602_write(0,0x80+9);

LCD1602_write(1,0x30+RH_H%10);

}

LCD1602_write(0,0x80+10);

LCD1602_writebyte("cm");

LCD1602_write(0,0xC0);

LCD1602_writebyte("Water_L:");//水位下限

if(state==2&&s1==1)//通过闪烁标志为达到闪烁的效果

{

LCD1602_write(0,0xC0+8);

LCD1602_writebyte("");

}else

{

LCD1602_write(0,0xC0+8);

if(RH_L>9)LCD1602_write(1,0x30+RH_L/10%10);

elseLCD1602_writebyte("");

LCD1602_write(0,0xC0+9);

LCD1602_write(1,0x30+RH_L%10);

}

LCD1602_write(0,0xC0+10);

LCD1602_writebyte("cm");

}

}

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/********************************************************************

*名称:key()

*功能:按键控制程序实现系统各个控制功能

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voidkey()

{

if(!key_1)//设置按键设置功能：切换显示及设置的选项

{

delay(888);//按键去抖

if(!key_1)//再次判断按键

{

while(!key_1)show();//按键判断是否释放

state=(state+1)%3;//执行按键功能切换设置项

}

}

if(!key_2)//切换设置项值的大小及非设置模式下切换系统工作模式

按键

{

delay(888);//按键去抖

if(!key_2)//再次判断按键

{

while(!key_2)show();//按键判断是否释放

if(state==1)//执行按键功能切换设置项

{

if(RH_H<100)RH_H++;//设置上限值

SectorErase(0x2000);//保存上限值保存到单片机中EEPROM

byte_write(0x2000,RH_H);

}elseif(state==2)

{

if(RH_L<RH_H-1)RH_L++;//设置下限值

SectorErase(0x2200);//保存下限值保存到单片机中EEPROM

byte_write(0x2200,RH_L);

}else

{

zt=!zt;//切换系统的工作模式自动手动

alarm_1=1;//关闭继电器

}

}

}

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if(!key_3)//切换设置项值的大小及手动模式下切换系统工作状态

‘开关’

{

delay(888);//按键去抖

if(!key_3)//再次判断按键

{

while(!key_3)show();//按键判断是否释放

if(state==1)//执行按键功能切换设置项

{

if(RH_H>RH_L+1)RH_H--;

SectorErase(0x2000);//保存上限值保存到单片机中EEPROM

byte_write(0x2000,RH_H);

}elseif(state==2)

{

if(RH_L>0)RH_L--;

SectorErase(0x2200);//保存下限值保存到单片机中EEPROM

byte_write(0x2200,RH_L);

}else

{

if(zt==0)

{

alarm_1=!alarm_1;//手动模式切换系统的工作状态

}

}

}

}

}

/********************************************************************

*名称:proc()

*功能:系统处理程序部分

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voidproc()

{

if(zt==1)//zt==1为自动模式如果系统在自动模式下

{

if(RH>=RH_H)//如果当前水位值达到水位上限值则

{

alarm_1=1;//关闭继电器

led_1=0;//显示对应的指示灯

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}else