基于单片机的水箱液位监测控制系统设计
基于单片机的液位控制系统的设计
基于单片机的液位控制系统的设计摘要：作为许多工业生产中的重要参数之一，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。
本文主要设计利用单片机AT89S52实现对高塔进行水位的控制、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示系统的控制；同时采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况、分析工作原理。
关键词：工业生产;液位;测量;控制；0 引言液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。
液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
1 总体方案设计鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，本设计是水箱供水为模型，以单片机为基础的液位测量监控系统。
在高塔的内部设计一个水位探测传感器用来探测水位，同时系统初始化后会显示三个不同的范围，即低水位，正常水位，高水位。
低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。
它具有实时测量监控水箱液位高度并显示的功能，并根据实时水量与设置的上、下液位参数的比较，启动电机供水或停止水泵。
在启动电机与停止水泵时，实时记录时间点与电机状态。
液位测量高度≤5米，测量精度10%，AC220V供电。
2 系统电路设计2.1 AT89S52硬件设计由于单片机是液位控制系统设计的核心部分。
整个系统中的初始化（设置警戒液位的上下限，实时显示液位值以及键盘扫描等工作）、数据交换和处理都要受控于处理器，考虑到设备应具备低功耗、可靠性高和便携性等因素。
系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。
基于单片机的水温水位控制系统设计
基于单片机的水温水位控制系统设计设计基于单片机的水温水位控制系统需要考虑多个方面，包括硬件设计、传感器选择、控制算法等。
下面是一个简单的框架，供参考：1. 系统架构设计：•确定系统的功能模块，包括水温控制、水位控制、传感器接口、用户界面等。
2. 硬件设计：•选择合适的单片机，考虑到控制的实时性，通常选择性能较高的单片机，如Arduino、STM32等。
•设计电源电路，确保系统能够稳定工作。
•选择和设计合适的传感器接口电路，如温度传感器、水位传感器等。
3. 传感器选择和接口设计：•温度传感器：选择合适的温度传感器，如DS18B20，并设计接口电路进行连接。
•水位传感器：选择水位传感器，如浮球开关传感器，超声波水位传感器等，并设计接口电路。
4. 用户界面设计：•设计一个简单的用户界面，可以使用液晶显示屏（LCD）、LED 指示灯等，以显示当前水温、水位状态等信息。
•如果有需要，可以加入按键、旋钮等元件，以便用户进行设置和操作。
5. 控制算法设计：•制定水温和水位的控制算法，考虑到系统的实时性和稳定性。
•温度控制：可以使用PID（比例-积分-微分）控制算法，根据温度传感器的反馈调节加热器或冷却器的工作状态。
•水位控制：可以根据水位传感器的反馈，控制水泵的启停，以维持水位在设定范围内。
6. 通信模块设计（可选）：•如果需要，可以考虑加入通信模块，如Wi-Fi模块、蓝牙模块，使系统可以通过手机或电脑进行远程监控和控制。
7. 安全保护设计：•考虑加入安全保护机制，如过温保护、过水位保护等，以确保系统运行的安全性。
8. 软件编程：•编写单片机的控制程序，根据设计的算法进行编程。
•确保程序的鲁棒性，考虑异常情况的处理。
9. 调试和测试：•在实际硬件上进行调试和测试，确保系统稳定可靠。
10. 性能优化：•对系统进行性能优化，如功耗优化、响应速度优化等。
以上是一个基本的设计框架，具体的实现需要根据具体需求和条件进行调整。
基于单片机的水温水位控制系统设计
四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性 高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。 此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠 性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控 制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件 设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统 不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤 醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先， 单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机 对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的 执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的 自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时 支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前 景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中 的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要 应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同 的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、 控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。
基于单片机的水箱控制器设计
后的数据送入单片机。单片机经过处理控制水泵
的运转以及安全报警，同时通过2位八段LED显示
器显示出液位值。
系统框图
水箱 水泵
电容 传感器
放大电路
A/D转换
单片机
显示 报警设备
传感器系统设计
当可测量液位H = 0 时，不锈钢壳体与 同轴感应电极构成的金 属圆柱形电容器之间存 在电容C0，根据文献得 到电容量为： 2 0 L C0 R1 ln R0
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
C
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6
7
8
9
0
Q
统，就可以最大限度地避免事故的发生几率，同
时也能节省资源并能有效提高生产效率。
设计方案
本设计采用筒式电容传感器采集液位的高 度。主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液 位的变化而变化，从而引起对应电容量变化这一 关系进行液位测量。模拟量送入ADC0809转换 成数字量，ADC0809与单片机相连接，把转换
基于单片机的液位控制系统的设计方案
基于单片机的液位控制系统的设计方案第1章绪论1.1 课题背景与研究意义在工农业生产中，常常需要测量液体液位。
随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。
低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。
1.2 国内外研究现状及发展液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
●接触式测量法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。
1.人工检尺法人工检尺法可用于测量油罐液位，其历史十分悠久。
它利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，这种方法具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点，但人为读数误差大、无法实现自动检测和操作。
2.电参数测量法常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等。
无论怎样，这些方法的关键是利用液位传感器将液位的相对位移量转换成为电压、电流、阻抗等便于进行电处理的物理量。
限于篇幅，下面仅简单介绍电容测量法的基本原理。
本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。
当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同。
在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量。
电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。
●非接触式测量法非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。
其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。
基于单片机的水位监测系统的设计与实现
基于单片机的水位监测系统的设计与实现一、引言水位监测在许多领域都具有重要的作用，如水利工程、环境监测、农田灌溉等。
传统的水位监测方法存在着人工操作困难、数据处理复杂等问题。
因此，设计一个基于单片机的水位监测系统以自动化地实现水位的监测和数据采集具有重要意义。
二、系统设计2.1 系统概述本水位监测系统通过使用单片机作为中心控制器，借助传感器实时采集水位信息，并通过显示屏进行实时展示。
2.2 硬件设计2.2.1 单片机选择根据任务要求，选择适合的单片机进行设计，常见的单片机有STM32系列、Arduino、Raspberry Pi等，本设计选择STM32作为中心控制器。
2.2.2 传感器选择根据实际需求，选择合适的水位传感器，常见的有浮子式水位传感器、压阻式水位传感器等。
本设计选择压阻式水位传感器。
2.3 软件设计2.3.1 程序流程编写相应的程序，实现水位数据的采集和处理，以及显示屏的控制与展示。
2.3.2 数据处理在采集到的水位数据基础上，进行数据处理，如滤波、校正等，提高数据稳定性和准确性。
三、系统实现3.1 硬件实现根据设计要求，搭建硬件电路，将单片机和水位传感器进行连接，确保各部件正常工作。
3.2 软件实现编写相应的程序，通过单片机的IO口进行数据采集和处理，实时展示水位信息。
四、系统测试与结果分析4.1 测试方法利用水箱进行模拟测试，逐步调整水位并记录数据，验证系统的功能和准确性。
4.2 测试结果分析测试结果，对比设定和测量值，检验系统的准确性和稳定性。
4.3 结果分析对测试结果进行分析，讨论系统的优缺点，并提出改进和优化方案。
五、总结与展望5.1 总结通过本次设计与实现，成功搭建了基于单片机的水位监测系统，实现了水位数据的自动采集和实时展示。
5.2 展望进一步完善系统功能，并结合互联网技术，实现远程监测和数据云端存储，为水位监测提供更便捷的解决方案。
六、参考文献1.《单片机技术与应用》，杨文胜，电子工业出版社，2018年。
(完整版)基于单片机的液位监测系统的设计(完美版)
目录一、概述 (1)二、系统设计方案的确定 (1)2.1功能需求分析 (1)2.2系统设计方案的选择 (1)三、部分电路的设计 (2)3.1传感器 (2)3.2单片机电路设计 (3)3.2.1 AT89C51功能及引脚分布 (3)3.2.2 振荡方式的选择 (5)3.2.3 复位电路的设计 (5)3.3AD转换电路的设计 (6)3.3.1 ADC0809主要信号引脚的功能 (6)3.3.2 ADC0809和AT851单片机的连接 (7)3.3.3 转换数据的传送 (8)3.4键盘输入电路的设计 (9)3.4.1 按键去抖 (9)3.4.2 键盘扫描方法 (10)3.5数显输出电路的设计 (11)3.6报警及控制电路的设计（略） (12)四、软件设计部分 (12)4.1原理图的绘制 (12)4.2流程图的设计 (12)五、心得体会 (12)参考文献 (13)附录 (13)基于单片机的液位检测系统的设计一、概述随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛使用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。
经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合使用所学知识的潜能。
另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛使用。
通过对模型的设计可很好的延伸到具体使用案例中。
本设计基于AT89C51单片机，包括测量电路部分、AD转换部分、键盘输入控制部分、液位实时数显输出部分以及液位控制部分（原理图中不涉及），还可在此基础上添加报警器（不涉及）。
本设计只是概念性设计了电路部分，并不涉及具体的数值设定，未经过实际使用检测。
二、系统设计方案的确定2.1 功能需求分析（1）要求能够实现较高精度的测量（2）以单片机AT89C51为基础，设计外围电路。
（3）电路设计，包括AD转换模块、数显模块、键盘输入模块（4）对测量电路的各种精度指标进行测试（非线性误差、重复性、滞后、灵敏度、抗侧向能力大小、温变对灵敏度的影响等指标）。
两个基于单片机的液位控制系统设计介绍
两个基于单片机的液位控制系统设计介绍基于单片机的液位控制系统设计一集成芯片LM1042是用于检测液位的专用的集成电路，内部集成了所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路，具有很强的功能。
LM1042使用热阻探针技术来测量非可燃性液体液面高度，能提供一正比于液位高度的输出，可进行单次或重复测量，所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路都集成在LM1042芯片内部。
此外该芯片可采用线性输入或其它传感器信号作为输入信号。
LM1042液位检测器可以选择热阻或线性信号作为输入，具有集成有热阻探针的控制电路，LM1042液位检测器在复位时切换，延时功能可避免瞬态信号的影响，另外LM1042液位检测器具有探针短路、集成芯片LM1042是用于检测液位的专用的集成电路，内部集成了所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路，具有很强的功能。
LM1042内部电路框图LM1042使用热阻探针技术来测量非可燃性液体液面高度，能提供一正比于液位高度的输出，可进行单次或重复测量，所有控制热阻探针、检测热阻探针的短路和开路所需的监控电路都集成在LM1042芯片内部。
此外该芯片可采用线性输入或其它传感器信号作为输入信号。
LM1042液位检测器可以选择热阻或线性信号作为输入，具有集成有热阻探针的控制电路，LM1042液位检测器在复位时切换，延时功能可避免瞬态信号的影响，另外LM1042液位检测器具有探针短路、开路检测功能。
总体方案简介测量部分：液位传感器采用LM1042液位检测器，并在端口接ADC0809的一个模拟量通道。
ADC0809和并行口扩展芯片8155直接相连，ADC0809的A、B、C均接地来选择第一路模拟通道。
键盘部分：鉴于键盘并不常用，所以上下限的输入采用中断方式。
一个接中断口1，另一个接至定时计数器0，把定时计数器0扩展为外部中断口。
显示部分：该部分由液晶显示器1602实现液位的显示，液晶显示器上显示液位的值。
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摘要液位监测系统在很多的地方都会用到，例如在工厂的生产当中，液位控制是否得当就会影响生产产品的质量和美观，在生活当中，我们离不开水的利用，常常需要对水箱或水塔水位的监测，液位监测系统也与我们的生活息息相关，它关系着我们生活的品质和效率，所以我们要对液位进行连续的监测和控制。
本文的设计的是利用AT89C51单片机实现对水箱液位监测，通过分析领域条件下，在其系统中通过液位变送器获取信息（4-20mA），其采集电流太小而不容易测量，所以需要用放大电路对其放大，通过处理后，由模数转换变换为二进制数传入单片机，它可以对数据进行实时的处理。
并在本文的软件设计当中介绍了本次系统的电路原理图和软件编写时所需的流程图，然后通过显示电路把采集到的液位高度值显示给我们。
最后通过Keil C51软件编写出本次系统所需要的程序，同时在Proteus软件里进行仿真，实现了对液位监测。
通过该设计的运用，满足了间接测量，自动的控制及其管理的目的。
关键词：单片机；液位控制；Proteus仿真AbstractLiquid level monitoring system are used in many places, such as in the production of the factory, liquid level control properly will affect the production of products, the quality and appearance, in the life, we can use of water, often need to the water tank or water tower water level monitoring, liquid level monitoring system is closely related with our life, it relates to the quality and efficiency of our lives, so we have to continuously monitor and control the liquid level.The design is implemented by AT89C51 SCM of water level monitoring, through the analysis of field conditions and in the system through the liquid level transmitter (20mA) to obtain information, the current collection is too small and not easily measured, so it is necessary to amplifier circuit for amplifying the, through processing, by the modulus transform as a binary number of incoming MCU, it can real time of data processing. And in the design of software in this article introduced flow chart of the system circuit schematic diagram and software compiling, and through the display circuit the collected liquid height values are shown to us.At last, the program of the system is written by C51 Keil, and the simulation is carried out in the Proteus software, and the liquid level monitoring is realized. Through the application of this design, it can meet the indirect measurement, and the purpose of the control and management.Keywords：SCM; liquid level control; Proteus simulation目录第一章绪论 (1)1.1课题研究目的及意义 (1)1.2国内外研究及发展现状 (1)1.3课题研究方案 (2)第二章液位检测技术及工作原理 (4)2.1液位检测技术的概述和传感器种类 (4)2.2传感器选型及其工作原理 (5)第三章系统的硬件电路设计 (7)3.1单片机 (7)3.2前置放大器电路 (8)3.3A/D转换器电路 (9)3.4晶振 (11)3.5看门狗电路 (12)3.6键盘电路 (13)3.7显示电路 (14)第四章软件设计 (16)4.1软件结构流程图 (16)4.2显示计算 (17)4.3P ROTEUS仿真及结果 (17)第五章总结 (19)参考文献 (20)谢辞.......................................... 错误!未定义书签。
第一章绪论在现代化的生产中的每个生产细节中都会运用到对水位高低的监测，随着技术的发展，我们对它的精度要求也越来越高了，而且还要适应于不一样的环境里面，例如高温、高压、强腐蚀等环境，其中它的精度也影响着工业生产的质量，所以液位监测控制系统对于我们工业生产当中起着很大重要的作用，对这个系统的研究也慢慢的得到我们重视。
液位的监测和控制是以物理学、控制理论、电子技术、硬件所结合的一门自动化技术，也是随着适应现代工业生产而运应而生的产物。
自从计算机技术在二十世纪九十年代在我国得到很快的发展之后，性能不断提高，计算机技术也广泛的运用于我国工厂的生产里面，使我们国家的工业生产省出很多人力和生产出的产品更加优质，同时随着科学技术的发展，一些高精度的液位变送器也随之出现，增强了我们对液体的测量水平。
例如本文介绍的单片机技术在大规模集成电路的发展后，单片机技术变得更加的完美，它具有强大的应用手段、低成本、体积小等特点，其强大的性价比和便宜的控制手段吸引着越来越多的客户，计算机的发展也提供给我们更多的控制方式，同时也提高了控制的效率和精度。
1.1 课题研究目的及意义本课题来自于现实的生产当中，液位是各个行业生产中很重要的被控参数。
在实际生产中，监测与控制的精度直接关系着我们的生产水平、成本、经济收益和设备的安全系数。
那么，对液位监测系统的研究和开发在生产当中就显得非常的重要和关键。
本课题是基于单片机实现对水箱里水的高度的控制，不仅对于工厂各种环境有着很好的适应性，而且还能进行远距离传输，随时对液位进行计算机控制，这样很大程度上减小人工方法的失误，同时也提高在工厂生产过程里的安全性和效率，而且也能对液位这个参数也能进行了精确且智能的监测。
1.2 国内外研究及发展现状液位监测控制系统在我国虽然起步比较晚，但是随着我国经济的快速发展，国家增加了各个基础行业的金钱投入，相应的技术也得到了很大的发展。
例如在上海星伸仪表有限公司生产的UYB-2000系列射频电容物位计，不仅测量液体变化的精度达到错误!未找到引用源。
，而且探头的对温度、压力适应范围也非常的大，同时其变送器在工作当中能够正常使用在电导率不低于10-3s/m的工作环境当中，其功能非常的强大。
另外在上海自动化仪表五厂所生产的UYZ-5002电容式液位变送器、RF-9400型物位计也相当的出色，量程精度能够达到0.3～0.5%，通过并达到国际测试的各项指标，在国际上取得承认。
目前，我们国家的变送器的市场集中度较高，主要技术都聚集在北上广等发达城市，但是在整个市场来说占主导地位的是以美国DREXELBROOK公司、日本松岛等公司为代表的国外品牌产品，据统计，全世界的工厂正在使DREXELBROOK公司的液位传感器达到三万多个。
与这些发达国家相比，他们起步早，资金雄厚，在早期积累了很多各个方面的经验，例如在美国，在早期就投入大量的资金和人力，现在生产出的变送器不仅功能完善、性能可靠、自动化程度高，而且相对国内精度高上许多。
在美国的DREXEALBROOK公司研发Universall液位变送器精度达到0.1%，量程达到3000pF，并且能够通过通信协议与其他的变送器仪表组成网络，实现整体的控制[1]。
近些年来，经过一些科研人员的不懈努力，技术得到不断的提高和成本的下降，使我国的产品在国际上市场的份额也越来越高，从2005年的19%左右提高到41%左右。
同时我国经济的飞速发展，刺激着工业自动化的增长，给变送器行业提供了更大的舞台。
液位检测控制技术在未来的工业发展当中一定会朝着高精度、集成化的发展，除了能消除粉尘、强腐蚀等恶劣环境对检测的影响外，还要能实现通讯协议更加齐全、稳定性越来越高等。
1.3 课题研究方案研究方案如图1-1所示，在这个系统中用到的是以AT89C51单片机为控制基础，其外围有信号采集、处理、显示等组件。
其具体的研究方案为液位变送器在0-10m内进行连续测量，并且要求测量精度达到±0.5%。
当液位发生变化时，液位变送器可将液位的变化线性的转成4-20mA的直流信号送入前置运算放大电路中，经过前置运算放大电路对直流信号进行处理，使4-20mA的电流线性的转变为0-5V的电压，然后通过A/D转换器把液位变送器采集到的数据转化成系统可识别的二进制数字。
并在系统中设计复位、晶振、键盘以及显示等电路与单片机相连接，其中复位电路是在运行故障时进行复位，使系统恢复正常的工作，在整个系统的工作当中需要晶振提供工作时所需的脉冲信号。
经过一系列的计算之后，把变送器采集到的液位高度以数字的方式表现到LED显示屏中，其中键盘电路可以在系统的运行当中设置参考液位值，并能够实现功能的切换和加减的操作，从而达到对水高度变化的连续监测，并把监测到的高度数值显示到显示数码管上。
图1-1 系统结构框图第二章液位检测技术及工作原理2.1 液位检测技术的概述和传感器种类液位检测是对被测液体的变化量进行监测，它应用于各个行业当中，其液位都是不可或缺的参数，液位高度及变化要被记录下来，以保证生产当中的安全和产品的质量，所以在企业当中，需要对液位的监测及控制。
目前，为了适用于各种环境和需求的精度，国内外研究出很多方法和产品，大致有以下的几种方法：（1）压力式液位传感器压力式液位传感器是采用静压测量的原理，它的测量方法可以分为差压法和压力法，差压法是适用于在密闭的容器中，因为在密闭的容器中或多或少都会保留住气体，那么这些被保留在容器里的气体的压力会随着液位的变化发生改变，然而在敞口的容器中，大多都是采用压力法，不同的液位会给传感器正面不同的压力，受到的压力会被导气不锈钢管传入正压室，其中大气压被传入负压室，以此来背面受到的压力就会被消除。