水塔水位控制系統(tǒng)課程設計報告(共10頁)

1、北京理工大學珠海學院課程設計課程設計（C）學 院： 信息學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 201 年 月 日北京理工大學珠海學院北京理工大學珠海學院課程設計任務書2011 2012 學年第 1 學期學生姓名： 專業(yè)班級： 自動化 指導教師： 工作部門： 信息學院 一、課程設計題目 水塔水位控制系統(tǒng)二、 課程設計內(nèi)容：1、硬件設計（1）用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中P1.0接水位下限傳感器，P1.1接水位上限傳感器，P1.2輸出經(jīng)反相器后接光電耦合器，通過繼電器控制水泵工作，P1.3輸出經(jīng)反相器后接LED，當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P1.4輸出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當

2、出現(xiàn)故障時報警。（2）用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。其中A電級置于水位10CM處，接5V電源的正極，B級置于水位15CM處，經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.0口，C電級置于水位的20CM處，經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.1口。（3）設計一個單片機至水泵的控制電路。要求單片機與水泵之間用反相器、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。2、軟件設計（1）根據(jù)功能要求畫出控制程序流程圖。（2）根據(jù)控制程序流程圖編寫80C51匯編語言或C51程序。三、功能要求：1、水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵,水塔水位上升至上限水位則關閉水泵。2、水塔水位在上、下限

3、水位之間時，水泵保持原狀態(tài)。3、供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警。四、調(diào)試1、在Kerl-uvision上單步調(diào)試，觀察累加器寄存器存儲器的運行之間是否正常。2、將程序下載到仿真儀上，進行模擬仿真，檢查程序工作是否正常。撰搞人教研室主任院長簽名 日期2010.10.63、將模擬水塔、傳感器、控制電路和水泵聯(lián)成一個完整的系統(tǒng)，進行整機調(diào)試，觀察系統(tǒng)工作是否正常。摘要 供水是一個關系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，自動控制水位已經(jīng)成為了這個領域的發(fā)展方向。本水塔水位控制系統(tǒng)是以80C51單片機為核心設計的系統(tǒng)，首先單片機循環(huán)采集傳感器的信號并經(jīng)過處理，然后再發(fā)出相應的控制信號，信號經(jīng)過N

4、PN三極管放大，以及光電耦合，最后使繼電器吸合，達到弱電控制強電的效果，讓電機運轉或停止。同時，在出現(xiàn)故障時，單片機產(chǎn)生報警信號，控制LED燈的閃爍和蜂鳴器的啟動。關鍵詞：上限 下限 報警目錄一、課程設計題目 水塔水位控制系統(tǒng)2二、課程設計的要求1三、課程設計用儀器和器件1四、課程設計的內(nèi)容11、水塔水位控制原理12、硬件設計23、 軟件流程4五、課程設計心得體會4六、參考文獻4附錄：源代碼5一、課程設計的目的 計算機控制系統(tǒng)課程設計是計算機控制系統(tǒng)課程與實驗結束后的一門綜合性實踐課。所選題目水塔水位控制緊密結合所學的主要內(nèi)容，加深鞏固所學知識，同時對所學內(nèi)容進行擴展，有一定的深度和廣度，能充

5、分發(fā)揮學生的能動性和想象力。通過電路設計、安裝、調(diào)試等一系列環(huán)節(jié)的實施，提高學生的計算機控制應用系統(tǒng)的設計能力。二、課程設計的要求1、水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵上水。2、水塔水位上升至上限水位時，關閉水泵。3、水塔水位在上、下限水位之間時，水泵保持原狀態(tài)。4、供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警。三、課程設計用儀器和器件硬件：1、塑料桶一個(25-30cm) 2、塑料尺30cm 一個 3、微型水泵 一個 4、塑料管2米 5、光電耦合器4N25 一個 6、12V微型繼電器(TWTMP-53) 一個 7、電路板（6*4cm）一塊 8、薄銅片2cm*10cm *o.5mm 一塊 9、直流穩(wěn)壓電源一臺

6、、PC機一臺、XL1000/XL2000仿真儀一臺。 10、其它：導線2米、二極管一個、PNP三極管一個、4.7K電阻2個、 300歐電阻2個，12針排針 1片。軟件 ：keil軟件四、課程設計的內(nèi)容1、水塔水位控制原理 圖1 水塔水位檢測原理圖水塔水位控制原理圖見圖(1)，圖中兩條虛線表示正常工作情況下水位升降的上下限，在正常供水時，水位應控制在兩條虛線代表的水位之間。B測量水位下限，C測量水位上限，A接+5V，B、C接地。在水塔無水或水位低于下限水位時，B、C為斷開，B、C兩點電位為零(低電平“0” )，需要水泵供水，單片機輸出低電平，控制電機工作供水。水位上升到B點，B接通，B點電位變?yōu)?/p>

7、高電平“1”，C開關仍斷開，C點仍為低電平，維持現(xiàn)狀水泵繼續(xù)供水。當水位上升到C點時，C接通。這時B、C均接通，B、C兩點都為高電平，表示水塔水位已滿，需水泵停止供水，單片機輸出高電平，電機斷電停止供水。水塔水位開始下降，水位在降到B點之前，B點電位為高、C點電位為低，單片機輸出控制電平維持不變，仍為高。當水位降到B點以下，B、C兩點電平都為低時，單片機輸出控制電平又變低水泵供水。2、硬件設計 圖2 水塔水位控制硬件圖（1） 如圖：用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中P1.0接水位下限傳感器；P1.1接水位上限傳感器；P1.2輸出經(jīng)Q0電流放大后接光電耦合器，接通繼電器，帶動電機控制水

8、泵工作；P1.3輸出經(jīng)反相器后接LED，當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P1.4輸出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。（2）用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。其中A電極置于水位10cm處，接5V電源的正極；B電極置于水位15cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.0口；C電極置于水位20cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.1口。（3）兩個水位信號由P1.0和P1.1輸入，這兩個信號共有四種組合狀態(tài)。如表1所示。其中第三種組合（b=1、c=0）正常情況下是不能發(fā)生的，但在設計中還是應該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。C(P1.1)B(P1.0)操作00電機運轉01維持原狀10故障報警1

9、1電機停轉表1 水塔水位信號狀態(tài)表（4）光電耦合器4N25 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、等等。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。 圖2 光電耦合器4N25引腳圖（5）繼電器 繼電器是一種電控制。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之

10、間的互動關系。通常應用于自動化的控制中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。 3、 軟件流程P1.0=0？P1.1=1？P1.1=0？初始化延時1s延時0.2s，蜂鳴器報警啟動報警 CPL P1.4 P1.3=1停機 P1.2=1停機 P1.2=1開始NYYNNY圖3 軟件流程圖源代碼：見附錄五、課程設計心得體會這次的課程設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面、系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、計算機控制系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。在這個課程的過程中，給我留下最深

11、印象的是，一個系統(tǒng)的設計和焊接或許很容易，但是在不能實現(xiàn)其功能時如何檢查出錯誤才是一門真正的藝術，這里凝聚了我們所學的所有技能。與此同時我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎，這將是我求職道路上一筆重要的財富。六、參考文獻1李全利. 單片機原理及接口技術. 北京：高等教育出版社，2009.2盛珣華，李潤梅. 計算機控制系統(tǒng). 北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2007.附錄：源代碼#include <reg52.h>sbit b=P10;sbit c=P11;sbit d=P12;sbit led=P13;sbit fly=P14;void delay(void) /誤差 0us unsigned char a,b,c;