基于51單片機的水塔水位檢測_課程設(shè)計_論文資料

1、本文由工作龍龍龍貢獻doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機查看。河北科技師范學(xué)院課程設(shè)計說明書題目:水塔水位監(jiān)測裝置機電系 09 電氣專 0426090126 張海龍馬繼偉學(xué)院(:學(xué)院(系年級專業(yè):年級專業(yè):學(xué)號:學(xué)生姓名:學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師:一、引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng),智能儀器和家用電器中得到廣泛應(yīng)用。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,單片機往往是作為一個核心部件來使用。水塔水位控制系統(tǒng)的基本要求是能夠在無人監(jiān)控的情況下自動進行工作,在水塔中的水位到達水位下限時自動啟動電機,給水塔供水;在水塔水位

2、達到水位上限的時候自動關(guān)閉電機,停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候能夠發(fā)出警報,以及時排除故障,隨時保證水塔的對外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見到的蓄水裝置,通過對其水位的控制對外供水以滿足需要,其水位控制具有普遍性。不論社會經(jīng)濟如何飛速,水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水,輕則給人民生活帶來極大的不便,重則可能造成嚴重的生產(chǎn)事故及損失,從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求,滿足及時、準確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式,勞動強度大,工作效率低,安全性難以保障,由此必須進行自動化控制系統(tǒng)的改造。從而實現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動控制有設(shè)計

3、低成本、高實用價值的控制器。該設(shè)計采用分立的電路實現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實現(xiàn)自動控制,而達到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。二、摘要水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當廣泛,比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。自動檢測水位的檢測系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)。本次課題采用單片機進行主控制,利用水的導(dǎo)電性測量水位的變化,把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號,用單片機對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理,完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。三、關(guān)鍵詞:水位單片機 A/D 轉(zhuǎn)換2四、硬件設(shè)計 4.1 總體設(shè)計方案分析課題可知應(yīng)分兩個電路來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能,一是水位控制電路,二是水質(zhì)檢測電路,并

4、且對于整個系統(tǒng)我們采用順序控制。首先進行水位控制,水位電路根據(jù)輸入不同的模擬量,轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量,經(jīng)過和設(shè)定的值進行比較,通過 P1.2 口對電機進行控制。水位控制電路完成其預(yù)定功能后,便自動轉(zhuǎn)到延時子程序,系統(tǒng)經(jīng)過一定的預(yù)定延時(本設(shè)計設(shè)定值為 10S之后,轉(zhuǎn)去執(zhí)行水質(zhì)檢測電路。檢測電路根據(jù)不同的模擬量的輸入,轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量,經(jīng)過和設(shè)定的值進行比較后,由單片機產(chǎn)生不同的驅(qū)動信號,從而使對應(yīng)的二極管發(fā)光,以顯示不同的水質(zhì)狀態(tài)。水質(zhì)檢測結(jié)束,系統(tǒng)自動返回到主程序的入口處,繼續(xù)進行水位的檢測和控制。如此往復(fù)循環(huán)達到對水塔水位的自動控制和對水塔水質(zhì)的檢測和顯示,從而滿足水位和水質(zhì)的要求。硬件設(shè)

5、計方框圖如圖 1 所示。開始水位控制延時水質(zhì)檢測圖14.2 系統(tǒng)組成水位檢測電路可以通過兩個 51 單片機的管腳來感知水位的變化,產(chǎn)生不同的邏輯組合來控制是否進水或是停止進水。輸出端可由一個端口來控制電機的運行狀態(tài),進而控制水泵的工作。水質(zhì)檢測的電路主要由 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機,從而控制水質(zhì)狀況的顯示。本次設(shè)計采用 ADC0808 芯片。用 LED 燈來顯示水位的高低。ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口,本次設(shè)計只要用其中一個,8 路模擬開關(guān)無需進行切換選通。設(shè)計通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機,進而控制電機的運轉(zhuǎn)。本次設(shè)計采用可調(diào)電阻器來控

6、制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調(diào)節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對比數(shù)字量來進行進行判斷水位的高低,不同顏色的信號指示燈顯示不同的水質(zhì)。進而通過輸出口對電機進行開關(guān)控制。4.3 ADC0808 的簡要介紹ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口,本次設(shè)計只要用其中一個,8 路模擬開關(guān)無需進行切換選通。 ADC0808 的 8 路模擬輸入 8 路數(shù)字輸出的逐次逼近法 A/D 器件。其主要技術(shù)指標和特性為: 1.分辨率為 8 位。 2.轉(zhuǎn)換時間取決于芯片時鐘頻率。本次單元電路仿真采用 640KHZ 的時鐘方波信號。 3.單一電源+5V。模擬輸入電壓范圍單極性 0-5V,雙極性± 5V 或

7、± 10V。本次課程設(shè)計由于只有一個模擬輸入量,且電壓變化都為正值,故采用單極性電源接法。 4.啟動轉(zhuǎn)換控制方式為脈沖式(正脈沖,上升沿使內(nèi)部所有寄存器清“0”,下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。主要管腳說明:4CLK:為時鐘信號輸入端,決定 A/D 轉(zhuǎn)換的速度,轉(zhuǎn)換一次為 64 各時鐘周期。 ALE:地址鎖存允許信號,高電平有效。當此信號有效時,A、B、C 三位地址信號被鎖存,譯碼選通對應(yīng)模擬通道。 START:為啟動轉(zhuǎn)換信號,正脈沖有效。此信號通常與系統(tǒng)信號相連,控制 AD 轉(zhuǎn)換器的啟動。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,高電平有效,表示一次 AD 轉(zhuǎn)換已完成?？勺鳛橹袛嘤|發(fā)信號,也可用程序查詢

8、的方法檢測轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 OE:輸出允許信號,高電平有效,可與系統(tǒng)讀選通信號 RD 相連。當計算機發(fā)出此信號時,ADC0808 的三態(tài)門被打開,此時可通過數(shù)據(jù)線讀到正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 DC0808 的邏輯結(jié)構(gòu)及引腳功能如圖 2 所示START CLK EOCIN7IN08 路模擬開關(guān)控制與時序比較器SAR三存態(tài)輸緩出沖器鎖D7D0ADDA ADDB ADDC ALE地址鎖存與譯碼樹狀開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VccGNDREF(+REF(-OE54.4 水位檢測電路模擬量由模擬通道 IN1 輸入,通過對可調(diào)電阻的調(diào)節(jié),模擬輸入不同的電壓量。數(shù)字量的輸出端與單片機的 P0 口相連接。單片機可通過對 P0 口數(shù)據(jù)

9、的采集和處理,發(fā)出相應(yīng)的控制信號。P3.0 口和 P3.6 口通過邏輯或非門后,輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過邏輯或非門后,輸出端接 OE 端。通過對 PO 的信號和設(shè)定的數(shù)值比較,得出水位的高低而通過 P1.2 口對電機進行控制。同時 P0 口的信號轉(zhuǎn)入 P2 口,通過 LED 燈的顯示來顯示水位的高低,燈光的不同來表示水塔的水位狀態(tài)。電路連接圖如圖 3 所示。圖34.5 水質(zhì)檢測電路水質(zhì)檢測電路主要由 ADC0808 實現(xiàn),通過 A/D 轉(zhuǎn)換對比來判斷水質(zhì)的6好壞。模擬量由模擬通道 IN0 輸入,通過對可調(diào)電阻的調(diào)節(jié),模擬輸入不同的電壓量。數(shù)字量

10、的輸出端與單片機的 P0 口相連接。單片機可通過對 P0 口數(shù)據(jù)的采集和處理,發(fā)出相應(yīng)的控制信號。P3.0 口和 P3.6 口通過邏輯或非門后,輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過邏輯或非門后,輸出端接 OE 端。由于只需采用一個模擬輸入通道(IN0,故可將模擬通道地址選擇端都就地,這樣,轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量便全部為 IN0 口的模擬量的對應(yīng)值。輸出端為 P1.5、P1.6、P1.7,分別接一發(fā)光二極管,用以顯示不同的水質(zhì)的狀態(tài)。電路連接圖如圖 4 所示。圖47五、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

11、件的支持,尤其是微機應(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(fù)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。以下為設(shè)計的具體程序5.1 水位控制程序通過對水位控制電路圖的分析,做出以下水位控制程序流程圖如圖 5 所示。8圖 5 水位控制程序流程圖由以上流程圖,可以得出水位控制程序清單如下: ORG 0000H AJMP ORG MAIN 0030HSJMP LOOP ORG 0050H9SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SU

12、BB A,#0F4H JNC D1 MOV A,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP A,P0 ;檢測轉(zhuǎn)換是否完成 ;等待轉(zhuǎn)換完成5.2 水質(zhì)檢測程序通過對水質(zhì)檢測電路圖的分析,做出以下水質(zhì)檢測程序流程圖如圖 6 所示。1011;調(diào)用延時子程序SETB P3.6 WAIT: JB P2.7,DONE SJMP WAIT DONE: CLR P3.0 CLR P3.7 MOV A,P0 CLR C SUBB

13、A,#0AAH JNC DONE1 MOV A,P0 SUBB A,#55H JNC DONE2 SETB P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 SJMP MAIN DONE1: SETB P1.7 CLR P1.6 CLR P1.5 SJMP MAIN DONE2: SETB P1.6 CLR P1.5 CLR P1.7 SJMP MAIN DELAY: MOV R5,#5 DL1: DL2: MOV R6,#10 MOV R7,#1012;轉(zhuǎn)換結(jié)束則轉(zhuǎn) ;未結(jié)束則等待;讀取數(shù)據(jù);與設(shè)定值比較大小 ;大則轉(zhuǎn);與設(shè)定值比較大小 ;大則轉(zhuǎn) ;控制紅燈亮;控制綠燈亮;控制黃燈亮;延時子程序

14、DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R5,DL1 RET END5.3 使用說明與注意事項該電路設(shè)計比較簡單,功能穩(wěn)定,適合于實際的水塔水位控制中使用。作為一個很實用的自動控制裝置,為了工作人員的操作的方便,下面對其使用方法與注意事項作如下簡單描述:使用水質(zhì)和水位檢測和調(diào)節(jié)功能是一個完全自動的過程,不過仿真電路是需要人為改變輸入量的變化,在水位的輸入量就是通過浮標來改變輸入量電壓的大小,通過 A/D 轉(zhuǎn)換,利用浮力原理使浮標帶動觸頭工作,進而影響直流接觸器動作,控制交流接觸器工作,實現(xiàn)水塔無水時自動開啟水泵電動機,水滿時自動關(guān)閉的自動控制目的,整個由單片機來實現(xiàn)對電機的調(diào)節(jié)。

15、本次設(shè)計中的電機調(diào)節(jié)電路簡單的接了個 5V 的直流電機來實現(xiàn)控制。水質(zhì)檢測系統(tǒng)的輸入量是由一個能夠接受發(fā)光二極管的感光器來完成的。感光器對不同的水質(zhì)會感應(yīng)處不同的電壓信號,這些不同的模擬電信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換。由單片機驅(qū)動相應(yīng)的水質(zhì)指示燈,從而達到檢測水質(zhì)的目的。綠燈表示水質(zhì)為“良”,黃燈表示水質(zhì)為“中”,當指示器為紅色時,水質(zhì)等級為“差”,為保證人們的飲水安全,工作人員應(yīng)立即停止供水再進行檢查確定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水質(zhì)檢測不是同時進行的,因為在軟件上有一定的時間差,不過在水塔水位和水質(zhì)檢測這種對時間的精確度要求不高的場合,時間差可以忽略不計,一般它不會影響到系統(tǒng)的安全性

16、能和時間特性。13六、心得體會隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,單片機被廣泛應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域,社會需要大量掌握單片機技術(shù)的人才,單片機的使用方法應(yīng)該是我們熟練掌握的內(nèi)容,水塔水位的單片機控制系統(tǒng)水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應(yīng)用。通過這次的課程設(shè)計,理論加上實踐,我掌握了 80C51 單片機的基本工作原理和基本編程方法,熟悉了 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 的功能和使用方法,還可以根據(jù)需要對單片機進行擴展。在此過程中我還熟悉了單片機的軟硬件開發(fā)環(huán)境,提高了綜合演練單片機的編程能力,并且親身體驗了單片機的開發(fā)成果。此次課程設(shè)計之后,我對單片機知識點了解了更多,腦海中能把一個個分離

17、的知識模塊聯(lián)系成整體,讓后對其進行分析與比較。在單片機課程中的部分知識學(xué)會了融會貫通,也讓我深刻認識到“學(xué)以致用”的重要性。七、參考文獻1.單片機原理與應(yīng)用王迎旭主編機械工業(yè)出版社張洪潤易濤編2. 單片機應(yīng)用技術(shù)教程(第三版清華大學(xué)出版社3.單片機初級教程張迎新杜小平樊桂花雷道振編北京航空航天大學(xué)出版社 4.51 系列單片機應(yīng)用與實踐教程周向紅主編北京航空航天大學(xué)出版社 5.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版閻石主編高等教育出版社14八、附錄8.1 源程序清單ORG D5 D6 0000HEQU 33H ;顯示緩存區(qū) 33H-34H EQU 34HAJMP ORGMAIN 0030HSJMP LOOP

18、ORG 0050HMAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H ;與最高位比較15;檢測轉(zhuǎn)換是否完成 ;等待轉(zhuǎn)換完成A,P016;與最低位比較;電機停轉(zhuǎn);電機轉(zhuǎn)動;水位顯示;水質(zhì)檢測ACALL SETB SETB WAIT1: JB SJMP DONE: CLR CLR MOV CLR SUBB JNC MOV SUBB JNC SETB CLR CLR SJMP A1: SETB CLR CLR SJMP A2: SETB CLR CLR SJMP DELAY:DELAY P3.0 P3.6 P1.1,DONE WAIT1 P3.0 P3.7 A,P0 C A,#0AAH A1 A,P0 A,#55H A2 P1.5 P1.6 P1.7 MAIN P1.7 P1.6 P1.5 MAIN P1.6 P1.5 P1.7 MAI