中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令。CPU功能，是以不同方式来执行各种指令。有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系。总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。 2. 总体设计方案及论证 2.1 总体方案设计
通过水的导电性，在水位到与未到的差别形成鲜明的高低电平并利用单片机强大的数据处理能力对收到的数据进行解码、判断，做出相应的显示处理、驱动继电器打开或关闭相应的电子阀门。
设计要求：⑴利用单片机及扬声器、水位传感器等器件设计；⑵将探测到的水位变化信号转换为电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机；⑶单片机对送入的信号进行数据处理，在LED上进行水位显示，超出水位警戒线时发出报警提示。
原始数据：水位传感器；51单片机；蜂鸣器。
主要任务：⑴根据技术要求和现有开发环境，分析设计题目；⑵设计系统实现的方案；⑶设计并绘制电路原理图；⑷画出功能模块的程序流程图；⑸使用C语言编写实现程序；⑹结合硬件调试、修改并完善程序；⑺编写项目报告。
对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现。同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率。
在设计过程中我们采用了软硬件双结合的方式，软件设计的方法简化了硬件的要求，为设计创造了条件。单片机采用的STC89C51的单片机。
水位传感器模块 STC89C51 单 片 机 模 块 单位数码管显示 状态指示灯 继电器控制端 蜂鸣器 晶振电路 复位电路 （图 1-1 系统整体方案）
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3. 硬件实现及单元电路设计
3.1 设计原理
单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。
图1 水塔水位控制原理图
水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。因此，b，c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。
当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的作状态。
当水位降到下限时，B，C棒都不能与A棒导电，因此，b，c两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。
3.2 设计方案
本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的4个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在1水位和4水位内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。
水塔水位的硬件原理图如图2所示。
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图2 水塔水位的硬件原理图
3.3 传感器模块 3.3.1 传感器的选择
此设计最重要的模块之一就是水位传感器了,因为这个模块的准确性直接决定了水位控制的准确性.如果传感器选择得不可靠,可能造成数码管所显示值非水池中的真实水位值;可能造成错误报警;错误加水或错误放水等可能.
水位的高度检测也可有多种选择,如①超声波；②电容传感器；③红外传感器；④利用水的导电性直接感应电流的\通\或\断\来判断水位是否到达了相应的水位线
方案一、使用超声波传感器。超声波具有不受被测的深度和导电性影响的特殊性，但精度不高，价格昂贵；这种产品不具有市场竞争力。再者，这种传感器与单片机的接口较复杂，需要模/数之间的转换。
方案二、使用电容式传感器。容易实现，但要求水位的变化较为缓慢，距离不能太远。
方案三、使用红外传感器，利用水面和容器的反射构成薄膜干涉，当有水时，由于水面反射光的干涉，使得红外线传感器接收不到相应的信号，由此可以探测到水位高度。但是，同样地这种传感器价格也很昂贵，而其安装起来也不太容易。
方案四、利用水的导电性,直接感应电流的\通\或\断\来判断水位是否到达了相应的水位线。这种方式不用额外的开销，而操作安装简单，其安装高度较为灵活。如下示
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意图
P23
P22 P20 P21
图 3 水位传感器示意图
VCC
3.4 系统工作原理
当水箱里的水位在低水位的时候传感器传给稳压电路一个低电平，低电平通过稳压电路里的PNP三极管、电容、电阻转换成低电平。单片机收到低电平，表示水箱里没有水了需要系统开始运作，给水箱加水，蜂鸣器报警。水位达到高水位时传感器同时传送给单片机一个低电平，红灯闪烁频率加快，蜂鸣器报警频率加快。
同理，水位从高水位下降时，水位离开高水位线时，高水位传感器探头与电源断开，传感器输出低电平给单片机。
图4 稳压电路图
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