基于单片机的水泵清洗设备设计 精品.docx
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基于单片机的水泵清洗设备设计精品
基于单片机的水泵清洗设备设计
作者：
任广禄
摘要
清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动,人类从远古时期就开始从事这种劳动.由于传统清洗操作简单,或只是作为一道工序依附于生产过程中,没有引起广泛关注.进入21世纪,人们生活已经从温饱阶段进入到舒适时代,对于清洗产品越来越多的需求,加速了新产品研发步伐;同时,制造业的高速发展,也促进了清洗设备、等企业的快速进步，现在对于清洗设备的也有了很高的要求，自动控制和控制显示发展也有了飞速的发展，清洗设备现在在人们生活中已经占据着很大的地位，但是清洗设备的改进还在不断地发展，能够把清洗设备自动化并能够显示工作状态也有了进一步的发展。
基于单片机的功能控制和液晶显示也越来越多，在本次设计中主要应用以AT89C52单片机为控制核心，通过控制的的命令来反映要执行的动作，并通过RT12864M液晶显示器显示正在运行的工作状态。
关键词：
AT89C52；RT12864M；清洗
ABSTRACT
Cleaningisapracticewithpeople'slivesverycloseworkingrelationship,thebeginningofmankindfromancienttimesinthisworkduetothetraditionalcleaningissimple,orsimplyasaprocessdependentontheproductionprocesshasnotcausedwidespreadconcern.Intothe21stcentury.,people'sliveshavebeencomfortablefromthestageintotheeraoffoodandclothing,cleaningproductsforthegrowingdemand,acceleratethepaceofnewproductdevelopment;thesametime,therapiddevelopmentofthemanufacturingsector,alsocontributedtothecleaningequipment,suchasthecompany'srapidprogress,nowForcleaningequipmentalsohavehighdemands,thedevelopmentofautomaticcontrolandcontroldisplayhasalsobeenrapiddevelopmentofcleaningequipmenthasbeeninpeople'slivesnowoccupiesagreatposition,butimprovementsareconstantlycleaningequipmentdevelopment,toautomatethecleaningequipmentandworkingconditionshasalsobeenabletoshowfurtherdevelopment.Microcontroller-basedcontrolandLCDdisplayfeaturesmoreandmore,inthisdesign,themainapplicationforthecontroloftheAT89C52microcontrollercore,bycontrollingtheordertoreflecttheactiontoperform,andthroughRT12864MLCDdisplayistheworkofrunningstate.
KeyWords:
AT89C52;RT12864M;Cleaning
1引言
1.1基于单片机控制的正反转水泵清洗设备的设计的目的、意义
清洗设备现在在人们生活中已经占据着很大的地位，但是清洗设备的改进还在不断地发展，能够把清洗设备自动化并能够显示工作状态也有了进一步的发展。
其目的就是能够使人们能够更轻松的完成清洗工作，通过设定好一定的功能和显示的状态来帮助人们更有效的完成一项任务，而不用一直在去手动去做一些重复的动作。
清洗设备目前已经在国内大量的使用，很多清洗设备的制造公司在这方面上都有了一定的基础地位。
1.2国内外在泵清洗设备上面的大力发展
国际极具影响力的分别在美国和法兰克福一年一届的泵与清洗设备制造商展览会是世界工业清洗行业的盛会！
二展会每年均由来自40多个国家的800家展商组成，面积达50000平米左右。
我国是一个工业制造大国，泵与工业清洗设备的应用领域日益扩大，在机械制造、金属加工、食品、纺织、交通、船舶、建筑、电器、电子、医药、化工等工业领域应用占全球工业清洗市场最大份额。
世界的工业清洗设备制造商也日益增多，从通用型向专用型发展。
在工业生产中，以降低工业清洗成本为目的，提高产品质量和提高劳动生产率是开发市场和立足市场的积极措施。
清洗设备应用到了各大领域，主要
清洗设备如：
高压水射流设备、小型清洗机、、热水清洗机、专用清洗生产线（装置）、干冰清洗设备、超声波清洗设备（金属及零部件清洗、印刷线路板清洗、显象管部件及液晶显示器清洗、光学部件清洗、精密部件清洗、电子元件清洗设备、）、化学清洗设备、水基清洗、锅炉容器内壁清洗设备、发动机及带电清洗、机器人清洗、工业清洗剂等清洗设备与技术；道路清洗车、下水道清洗车、船舶除锈成套设备、干气喷砂机、无气喷涂机、除漆成套装置、清罐机等；及其相应配套的喷头、喷嘴、旋转喷头、三维旋转喷头、平面清洗器、爬壁机器人、快速接头、水切割刀头、往复与旋转密封、各种磨料、过滤器、微型离心泵、金属软管、超高压软管、喷枪、喷杆、气动调亚阀、专用执行机构等产品。
1.3本论文主要设计的主要内容
在本次论文中主要做了以下下内容:
（1）通过研究和分析泵清洗设备在国民生活中的地位和现在的大力发展，并做了本次的设计，主要对水泵正反转清洗设备控制和显示的设计：
手动：
按手动上，水泵进行清洗，碰到后限开关，水泵停止。
按手动下，水泵进行反清洗，碰到前限开关，水泵停止。
自动：
定时器用五个编码开关设定，有2~18小时9个时间选择。
清洗分三个状态，用三个编码开关设定。
单程清洗：
判断当时的位置，进行一个方向的清洗。
双程清洗：
判断当时的位置，进行一个往返清洗。
连续运行：
判断当时的位置，连续进行清洗。
设定一个压力开关，当压力到了，定时器为0，根据清洗状态，马上进行清洗。
（2）通过对设备的了解和分析，选择了AT89C52这款单片机[1]，主要考虑了它结构比较简单，容易控制，价格比较合适，性能也比较好，并学习了它的工作原理和引脚特点和功能应用。
还选择了RT12864M这款液晶显示器[9]，它的显示简单控制并且自带字库，性能比较好，以及对它的工作原理也做了详细的了解，能够做到控制显示。
（3）熟悉并掌握了keil程序编译软件的应用。
（4）学习了Proteus7仿真软件的基本原理及使用方法。
（5）完成本设计软件程序的编写、硬件电路的设计和原理图的绘制，以及电路的焊接、调试及显示功能。
实现了控制显示功能。
（6）对本设计做了整体的调试，给出了调试中出现问题的解决方法。
2系统框图及工作原理
2.1系统整体框图
以单片机AT89C52为核心，控制键给控制信号，有电机作为执行，并有液晶显示，通过电源给单片机提供电源，单片机采集按键的信号通过程序逻辑来反映要执行的动作，执行动作有液晶和电机来反映。
如图2-1所示：
图2-1硬件结构
软件控制部分，通过单片机采集来的信号，进行判断，来采取要执行的动作。
如图2-2所示：
图2-2软件控制
2.2各模块工作原理
1、单片机模块
AT89S52[3]是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
2、LCD显示模块
模块采用RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块[10]，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM），主要显示设备动作的状态。
3、电机设备模块
通过对控制命令的读取来执行要运行的动作。
3系统硬件组成原理
3.1系统核心单片机的发展
3.1.1单片机的简介
单片机[4]是一种集成电路芯片。
它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
所以说，一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能。
单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。
诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。
是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。
3.1.2单片机发展概述
1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管—晶体管—集成电路—大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。
特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。
1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机[8]，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。
它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。
在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。
到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。
80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个新的平台．
3.2单片机AT89S52芯片的选择及基本组成和主要特点
MCS-52[2]以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。
ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash（非易失闪存技术）EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C52的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。
3.2.189C52单片机的基本组成
1）一个8位的89C52微处理器。
2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果等。
3）片内4程序存储器FlashROM，用以存放程序、一些原始数据和表格KB。
4）4个8位并行I/O端口P0～P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。
5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
6）具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。
7）一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。
8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许震荡频率为24MHz
9）89C52单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。
在这里我们选用的是ATMEL公司生产的AT89S52型单片机。
如图3-1所示为AT89S52的引脚结构图，为双列直插封装方式。
图3-1AT89C52管脚
3.2.2MCS-52系列单片机的主要特点
1）可靠性高:
因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。
2）系统软件（如:
程序指令，常数，表格）固化在ROM中，不易受病毒破坏。
3）许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。
4）便于扩展：
片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的（总线，并行和串行的输入/输出）管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。
5）实用性好：
体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化。
3.2.3单片机的控制部分电路图
如图3-2所示为单片机控制部分电路图。
图3-2单片机控制
3.3液晶显示器的介绍
3.3.1LCD显示器的工作原理
（1）被动矩阵式LCD工作原理
TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同[15]，不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别。
下面以典型的TN-LCD为例，向大家介绍其结构及工作原理。
在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板，外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。
彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。
每一个像素是由三种颜色的单元（或称为子像素）所组成。
假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有3840×1024个晶体管及子像素。
每个子像素的左上角（灰色矩形）为不透光的薄膜晶体管，彩色滤光片能产生RGB三原色。
每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液晶分子（液晶空间不到5×10-6m）。
在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。
另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。
其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。
在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。
最后再封装成一个液晶盒，并与驱动IC、控制IC与印刷电路板相连接。
在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。
而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。
当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。
因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态，结果在显示屏上出现黑色。
当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白色。
为了达到在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光源。
（2）主动矩阵式LCD工作原理
TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN-LCD上夹层的电极改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。
TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处。
TFT-LCD液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。
当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。
由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。
但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。
3.3.2LCD的主要技术参数及分类
（1）对比度
LCD[13]制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到350:
1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。
相对CRT显示器轻易达到500：
1甚至更高的对比度而言。
只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度，由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。
（2）亮度
LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。
因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。
最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。
四灯管设计分为三种摆放形式：
一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。
六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。
（3）信号响应时间
响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。
要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。
人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。
动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。
人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张，这也是电影每秒24帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。
按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。
这样，对于液晶显示器来说，响应时间40ms就成了一道坎，低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。
要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒60帧的速度。
（4）可视角度
LCD的可视角度是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取向层之后，输出的光线便具有了方向性。
也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色，甚至只能看到全白或全黑。
为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术，到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：
TN+FILM、IPS（IN-PLANE-SWITCHING）和MVA（MULTI-DOMAINVERTICALalignMENT）。
TN＋FILM这项技术就是在原有的基础上，增加一层广视角补偿膜。
这层补偿膜可以将可视角度增加到150度左右，是一种简单易行的方法，在液晶显示器中大量的应用。
不过这种技术并不能改善对比度和响应时间等性能，也许对厂商而言，TN+FILM并不是最佳的解决方案，但它的确是最廉价的解决方法，所以大多数台湾厂商都用这种方法打造15寸液晶显示器。
IPS（IN-PLANE-SWITCHING，板内切换）技术，号称可以让上下左右可视角度达到更大的170度。
IPS技术虽然增大了可视角度，但采用两个电极驱动液晶分子，需要消耗更大的电量，这会让液晶显示器的功耗增大。
此外致命的是，这种方式驱动液
晶显示器晶分子的响应时间会比较慢。
MVA（MULTI-DOMAINVERTICALalignment[16]，多区域垂直排列）技术，原理是增加突出物来形成多个可视区域。
液晶分子在静态的时候并不是完全垂直排列，在施加电压后液晶分子成水平排列，这样光便可以通过各层。
MVA技术将可视角度提高到160度以上，并且提供比IPS和TN+FILM更短的响应时间。
这项技术是富士通公司开发的，目前台湾奇美（在大陆奇丽是奇美的子公司）和台湾友达获得授权使用此技术。
优派的VX2025WM即是此类面板的代表作,水平,垂直可视角度均为175度,基本无视觉死角,并且还承诺无亮点;可视角度分为平行和垂直可视角度，水平角度是以液晶的垂直中轴线为中心，向左和向右移动，可以清楚看到影像的角度范围。
垂直角度是以显示屏的平行中轴线为中心，向上和向下移动，可以清楚看到影像的角度范围。
可视角度以“度”为单位，目前比较常用的标注形式是直接标出总水平、垂直范围，如：
150/120度，目前最低的可视角度为120/100度（水平/垂直），低于这个值则不能接受，最好能达到150/120度以上。
3.3.3RT12864MLCD的选用及主要性能与特性
通过以上我们对LCD的了解后我选择了RT12864M这款液晶显示器，并简单介绍下这款显示器。
1、简单概述
RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块【11】，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
主要技术参数和显示特性:
电源：
VDD3.3V~+5V（内置升压电路，无需负压）；
显示内容：
128列×64行
显示颜色：
黄绿
显示角度：
6：
00钟直视
LCD类型：
STN
与MCU接口：
8位或4位并行/3位串行
配置LED背光
多种软件功能：
光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等
2、外形尺寸
外观尺寸：
93×70×12.5mm视域尺寸：
73×39mm。
外形尺寸，如图3-3所示：
图3-3外形尺寸
3、模块引脚说明
如表3-1所示：
表3-1模块引脚
引脚号
引脚名称
方向
功能说明
1
VSS
—
模块电源地
2
VDD
—
模块的电源正端
3
VO
—
LCD驱动电压输入端
4
RS（CS）
H/L
并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号
5
R/W（SID）
H/L
并行的读写选择信号；串行的数据口
6
E（CLK）
H/L
并行的使能信号；串行的同步时钟
7
DB0
H/L
数据0
8
DB1
H/L
数据1
9
DB2
H/L
数据2
10
DB3
H/L
数据3
11
DB4
H/L
数据4
12
DB5
H/L
数据5
13
DB6
H/L
数据6
14
DB7
H/L
数据7
15
PSB
H/L
并/串行接口选择：
H-并行；L-串行
16
NC
—
空脚
17
/RET
H/L
复位低电平有效
18
Vout
负压输出
19
升级会员 