課程設(shè)計-單片機水塔水位控制[1]

1、目錄第一章 系統(tǒng)整體設(shè)計說明1第二章 整體設(shè)計方案2第三章 設(shè)計系統(tǒng)方框圖與工作原理33.1工作原理：33.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:4第四章 硬件設(shè)計及說明54.1硬件設(shè)計說明:54.2水位控制硬件設(shè)計：54.3故障及水質(zhì)監(jiān)測硬件設(shè)計：64.4 水位顯示硬件設(shè)計原理圖：7第五章 軟件設(shè)計與說明（包括流程圖）85.1 軟件設(shè)計：85.2 軟件設(shè)計流程圖：10第六章 調(diào)試步驟、使用說明12第七章 設(shè)計總結(jié)13參考文獻14附錄14第一章 系統(tǒng)整體設(shè)計說明現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)

2、域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認識自然、改造自然的有力工具?，F(xiàn)代的廣義智能檢測系統(tǒng)應(yīng)包括一切以計算機（單片機、PC機、工控機、系統(tǒng)機）為信息處理核心的檢測設(shè)備。因此，智能檢測系統(tǒng)包括了信息獲取、信息傳送、信息處理和信息輸出等多個硬、軟件環(huán)節(jié)。從某種程度上來說，智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展水平表現(xiàn)了一個國家的科技和設(shè)計水平。本課題研究的內(nèi)容是“水塔水位控制系統(tǒng)”。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當廣泛，而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室。然后

3、主控室再開動電機進行給排水。很顯然上述重復性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)，我所設(shè)計的就是這方面的課題。 水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本設(shè)計采用單片機進行主控制，在水水塔上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用單片微機對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報警及顯示水位等功能。第二章 整體設(shè)計方案本設(shè)計用80C51單片機為核心，由于單片機I/O管腳能夠使

4、用的只有P0口，而設(shè)計的要求是利用引腳輸入信號并對信號進行處理，并且要輸出水位顯示，故障報警，污水報警，啟動停止水泵等功能，這樣一來我們只用單片機的P1引腳是遠遠不夠的，（單片機的P1,P2和P3的部分引腳不能用來信號的輸入輸出）因此我利用8255A對其引腳進行擴展， 通過8255A的PC口進行信號的輸入并利用8255A的PA口連接兩個數(shù)碼管來顯示實際水位，當水位在不同的位置時利用程序控制將在數(shù)碼管上顯示這段時間的水位。并利用延時子程序來延時，延時時間1S，每間隔1S系統(tǒng)將進行一次水位檢測，當水位低于下限水位時將通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機，通過單片機來控制水泵工作，同樣當

5、水位上升到上限水位時將通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機，通過單片機的P1.6口來控制停止水泵工作，當處于上下線之間是保持原有狀態(tài)，并且此設(shè)計我還設(shè)計故障報警和水質(zhì)檢測，當檢測到故障時通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機，再由單片機的P1.5和P1.7口輸出信號到發(fā)光二極管，通過二極管和水質(zhì)有問題時我通過發(fā)光二極管來顯示，同時停止系統(tǒng)工作。水位顯示我設(shè)計的是動態(tài)的，因此在設(shè)設(shè)計時我要設(shè)計一個延時子程序，延時時間2ms，通過延時子程序經(jīng)過一段時間間隔后，再調(diào)用顯示子程序。通過這種反復調(diào)用來實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描。第三章 設(shè)計系統(tǒng)方框圖與工作原理3.1工作原理：我們可

6、以設(shè)置水位的上下限，在正常情況下，應(yīng)保持水位在上下限之間。為此，在水塔內(nèi)的不同高度安裝3根金屬棒，以感知水位變化情況。其中，A棒處于下限水位，B處于上限水位，G浮球在上下水位之間，它可以在水面上浮動。水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉(zhuǎn)動，以達到水位控制之目的。供水時，水位上升，當達到上限時，由于水的導電作用，G棒連通+5V。因此，A、B兩端均為1狀態(tài)，這時應(yīng)停止電機和水泵的工作，不再給水塔供水。當水位降到下限時，A、B棒都不能與G棒導電，因此A、B兩端均為0狀態(tài)。這時，應(yīng)啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水。當水位處于上下限之間時，G棒與A棒導通，因此B棒不能與G棒導通，A端為1狀態(tài)，B端

7、為0狀態(tài)。這時，無論是電機已在帶動水泵給水塔供水，水位在不斷上升，或者是電機沒有工作，用水使水位在不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)。為了滿足本次課程設(shè)計的要求，我們還要顯示上下限水位之間的幾個數(shù)值，其電路的接法和A棒和B棒一樣，都是接一個電阻然后接地，然后將端口接到單片機上，通過單片機與顯示器連接，以顯示不同的水位值。由于本次課程設(shè)計不需要動態(tài)顯示所以只需要一個顯示器即可。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:該方案以單片機為核心，配以一定的外圍電路和軟件，以實現(xiàn)水塔水位控制的功能。它由硬件部分和軟件部分組成。系統(tǒng)設(shè)計方案的硬件電路設(shè)計框圖如下圖1所示。圖3.1 第四章 硬件設(shè)計及說明4.1硬件設(shè)計說明:此

8、設(shè)計也可以用PROTEUS來進行仿真，我們可以在此軟件中仿真有點繁瑣，我的硬件仿真是在試驗臺上進行的，但基本接線與下圖2一樣，由于試驗臺上沒有水泵，我就用發(fā)光二極管來代替水泵，通過二極管是否發(fā)光來顯示出水泵是否工作。用80C51設(shè)計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中PC0接水位上限傳感器；PC1接水位下限傳感器；PC4輸出后接光電耦合器，用來檢測水的質(zhì)量，P1.6輸出后通過繼電器控制水泵工作；P1.5輸出后接LED，當出現(xiàn)故障是LED發(fā)亮；P1.7輸出后接LED，當水出現(xiàn)渾濁時LED發(fā)亮。4.2水位控制硬件設(shè)計：用導電片、導線等設(shè)計一個水塔水位傳感器。其中A電極置于水位2m處經(jīng)4.7K下拉電阻接82

9、55A的PC1口， B電極置于水位12m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC0口，C電極置于水位4m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC2口，D電極置水位6m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC4口，E電極置于水位8m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC5口并將它們?nèi)拷拥?。再設(shè)計一個導電浮球G并在浮球上接+5V電壓。設(shè)計一個單片機至水泵的控制電路。要求單片機與水泵之間要用光電耦合器和繼電器控制，計算出LED限流電阻，接好繼電器的續(xù)流二極管。硬件仿真圖如下： 圖4.14.3故障及水質(zhì)監(jiān)測硬件設(shè)計：利用光電傳感器測出水的渾濁度并轉(zhuǎn)換成電壓與標準水質(zhì)所得電壓做與比較，通過PC3口接入單片機

10、。利用發(fā)光二極管來顯示。硬件仿真圖如下：圖4.24.4 水位顯示硬件設(shè)計原理圖：利用單片機與8255A連接，將顯示水位信號通過8255A的PA口送到數(shù)碼管進行顯示。而我們通過單片機的P1.0和P1.1來控制兩個LED管硬件仿真圖如下：圖4.3第五章 軟件設(shè)計與說明（包括流程圖）5.1 軟件設(shè)計：一個應(yīng)用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是單片機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬

11、件資源和軟件資源，采用MCS51匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進行軟件編程。這個系統(tǒng)程序由主控程序、延時子程序，顯示子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個系統(tǒng)程序的運行和跳轉(zhuǎn)。流程圖如圖5所示。包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報警等。 軟件設(shè)計的具體步驟如下： 當水位低于A時，由于極棒A和G、B和G之間被空氣絕緣，PC1和PC0得到低電平，全置0，單片機控制電路使P3.0置零，繼電器吸合，啟動水泵向水塔灌水； 當水位高于A低于B時，PC1置1，PC0置0，繼電器常開觸電自保，因此升到A以上時，繼電器并不立即釋放，電極仍然供水； 當水位達到B時，PC0 、PC1均置1，單片機控制電路使P3.

12、0置1，繼電器釋放，水泵停止工作； 用水過程中，水位降到B以下，PC0置0，PC1置1，維持原狀，電機不工作，直到降到A以下，如此循環(huán)往復。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由P1.8置零，輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管D1進行光報警。用水過程中，當光電傳感器檢測到水質(zhì)有問題時，此時由P1.7口置零，輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管D2進行光報警。若水泵工作則停止工作。5.2 軟件設(shè)計流程圖： 流程圖1：下圖2主要實現(xiàn)的是控制水泵是否工作，故障檢測，水質(zhì)檢測的功能。圖5.1如下圖3是顯示水位的子程序設(shè)計流程圖，我們可以通過下面的子程序來顯示水位，此時若水位低于A導電片下我將其LED顯示水位為00，這是水泵工作

13、，若水位低于C導電片下我將其LED顯示水位為02，若水位低于D導電片下我將其LED顯示水位為04，若水位低于E導電片下我將其LED顯示水位為06，若水位低于B導電片下我將其LED顯示水位為08，若水位高于和等于B導電片時我將其LED顯示水位為12，停止水泵工作。圖5.2第六章 調(diào)試步驟、使用說明1)硬件的調(diào)試機器故障排除硬件的調(diào)試在上電后的工作是不是正常，主要包括不插單片機的調(diào)試和插上單片機的檢測。2) 無單片機的調(diào)試無單片機調(diào)試主要檢查電路工作是否正常，調(diào)試數(shù)碼管是否點亮，顯示數(shù)據(jù)是否正確，具體步驟如下：A：打開電源，將輸出電壓調(diào)到5伏，然后關(guān)閉電源。B：將電路板的火線與電源正極相連，地線與

14、負極相連。C：打開電源，用萬用表檢測電路板是否有輸出電壓，如果有就是好的，沒有就要檢測是否有短路。D：電路檢查完后，關(guān)閉電源，用一根導線與電源負極相連，然后打開電源，用導線的另一端逐個與P0、P2口的管腳接觸，看數(shù)碼管顯示是否正確。調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法：（1）上電后，用導線一端接低電平，另一端逐一連接P0、P2管腳，數(shù)碼管顯示不正常，檢測后發(fā)現(xiàn)管腳有短路現(xiàn)象，將短路管腳重新焊接后，顯示正常。（2）反復調(diào)試幾次后，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，有時沒反應(yīng)。仔細分析后，覺得是穩(wěn)壓管有問題，拆除后直接接5V電壓源，問題解決。（3) 有單片機的調(diào)試加上單片機，目的是看單片機能否正常工作，有效地控制顯示數(shù)據(jù)

15、。編寫一個小程序，燒入芯片中加點調(diào)試。將編好的程序進行編譯，即將*.ASM文件轉(zhuǎn)化為*.BIN文件，然后燒入片子。程序的編譯和燒入將在以后介紹。把單片機AT89C51接入底座插入底座，加電，看各位顯示是不是正確。 用復位鍵看顯示是否正確，如果穩(wěn)定，表示調(diào)試成功。調(diào)試過程中遇到的問題：上電后，用示波器檢測30腳，發(fā)現(xiàn)沒有時鐘頻率輸出，仔細分析發(fā)現(xiàn)30腳沒接高電平，重新焊接后，輸出漂亮的時鐘脈沖。第七章 設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計我們設(shè)計的是水塔水位控制。整個設(shè)計過程就是一個不斷熟悉和掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計方法的過程。這個過程又似一個探索與發(fā)現(xiàn)的過程，在這個過程中，我們會不斷的發(fā)現(xiàn)新問題，從而需要不斷的去探

16、索，去尋求解決問題的方法與途徑，而每一次成功解決問題都會給我們以無比的鼓勵和愉悅。這個過程能夠給我們一個很好的鍛煉，不僅只是專業(yè)知識更好的掌握，更重要的是可以培養(yǎng)我們的興趣、思維能力和動手能力。作為一名電氣工程專業(yè)的學生，單片機的課程設(shè)計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學的東西應(yīng)用到實際中。雖然自己對于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這倆個星期認真的學習，在老師和同學的幫助和講解下，漸漸對這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動學習并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認為這個收獲應(yīng)該說是相當大的。一開始我們從老師那領(lǐng)來課

17、題，回去后找參考書，上網(wǎng)找資料，把程序輸?shù)杰浖性俜抡妫l(fā)現(xiàn)很多程序都是不完整的，這讓我們傷透了腦筋。看著別的小組都弄得有模有樣了，可是我們連這個課題程序都沒有弄好。最后反復推敲仿真結(jié)果還是很不盡人意。程序接線什么的都沒改好了，使用電腦軟件調(diào)試沒有問題，可是就是無法達到預(yù)期想要的結(jié)果。無奈之下不得不求助于老師，經(jīng)過老師給我們分析講解程序的各個環(huán)節(jié)設(shè)計。經(jīng)過大家一起努力，終于完成了設(shè)計。應(yīng)該說這是通過我們小組成員的共同努力和動腦完成的，雖然內(nèi)容并不是很復雜，但是我們覺得設(shè)計的過程相當重要，學到了很多，收獲了很多。參考文獻1、教材單片微型計算機技術(shù) 劉國榮 編 機械工業(yè)出版社2、單片微型計算機原理

18、、應(yīng)用及接口技術(shù) 張迎新 編 國防工業(yè)出版社3、單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 房小翠 編 國防工業(yè)出版社4、單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 何立民 編 北航出版社5、單片機原理及接口技術(shù) 曹琳琳編 國防科技大學出版社附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B系統(tǒng)程序清單org 0000hsjmp mainorg 0030hmain: mov dptr, #0cfa3h mov a, #89h movx dptr, a mov dptr, #0cfa2h movx a, dptr jnb acc.3,lp1 jb acc.0,one jb acc.1,three clr P1.6 setb p1.5 setb p1.7 aca

19、ll main1back: acall delay1 sjmp mainlp1: clr P1.5 setb P1.6 acall main1lp2: sjmp mainone: jb acc.1, two clr P1.7 setb P1.6 setb p1.5 acall main1four: ajmp maintwo: setb P1.6 setb p1.5 acall main1 ajmp backthree:clr P1.6 setb p1.5 setb p1.7 acall main1 ajmp back ;延時2msdelay: mov r6,#10dl1: mov r5,#48

20、 dl3: nop nop djnz r5,dl3 djnz r6,dl1 ret;延時1Sdelay1: mov r6,#4dl1: mov r5,#251dl2: mov r4,248dl3: nop nop djnz r4,dl3 djnz r5,dl2 djnz r6,dl1 Ret ;顯示水位main1: jb acc.1,return1 mov r1, #0 mov a, r1 acall dir retreturn1: jb acc.2, return2 mov r1, #02 mov a, r1 acall dir retreturn2: jb acc.4, return3 mov r1, #04 mov a, r1 acall dir retre