液位控制系統(tǒng)lyx

1、XXXX大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目： 基于單片機(jī)的液位控系統(tǒng) 學(xué)生姓名： XXX 指導(dǎo)教師： XXX 二級院系： XXXXXXXXXX 專業(yè)班級： XXXXXXXXX 完成時間： 2011年X月XX日 摘要：隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機(jī)控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。而液位控制是現(xiàn)代工業(yè)業(yè)中常見的參數(shù)，有著直接觀察、容易測量的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為主控制器，設(shè)計(jì)一個對供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對象的特征，要求實(shí)時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值作比較，由單片機(jī)控制繼電器的開斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值，要求報(bào)警，

2、開啟水位控制電路，控制水泵開始抽水水，檢測液位若低于下限設(shè)定值，要求報(bào)警，開啟水位控制電路，控制水泵開始上水。現(xiàn)場實(shí)時顯示測量值，從而實(shí)現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控。比較適合用于一般的液位控制，如自來水廠蓄水槽、污水處理廠的污水槽等都需要液位檢測裝置來檢測液位。關(guān)鍵字：AT89S52 液位監(jiān)測 數(shù)碼管顯示目 錄摘要：2第一章 緒論51.1課題背景51.2研究目的和意義51.3基本章節(jié)安排6第二章 總體方案設(shè)計(jì)72.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃72.2單片機(jī)的選擇72.3顯示方式的選擇8第3章 中央控制器 AT89S52及其外圍電路的設(shè)計(jì)與分析9第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)164.1 系統(tǒng)主電路圖164.2 顯示電路設(shè)計(jì)1

3、64.3 液位采集電路設(shè)計(jì)184.5控制部分電路設(shè)計(jì)19第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2051軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境簡介2052系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖2253總體程序設(shè)計(jì)225.5液位采集程序設(shè)計(jì)24第6章 系統(tǒng)調(diào)試256.1系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)2562系統(tǒng)測試方法256.3開始測試266.4系統(tǒng)功能測試27總 結(jié)28參考文獻(xiàn)30附錄31第一章 緒論1.1課題背景現(xiàn)如今自動化、信息化程度越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也就越來越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。同時也標(biāo)志了自動控制領(lǐng)

4、域成為了數(shù)字化時代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市，自動門已經(jīng)是隨處可見，在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場、醫(yī)院、寫字樓等場所，自動門更是得到大范圍的普及使用。自動門不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的建筑增添了不少高貴典雅的氣息。1.2研究目的和意義 我國水資源嚴(yán)重短缺同時又存在嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象，兩方面因素制約了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，使社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)受到巨大挑戰(zhàn)。提高生產(chǎn)、生活用水水價以及對大型工、礦企業(yè)強(qiáng)制安裝中水處理

5、設(shè)備，都是國家不得己而為之的重大節(jié)水舉措，然而由于變送器在水位控制系統(tǒng)中普遍存在著時漂、溫漂、精確度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等一系列問題，尤其在惡劣氣候條件下的電閃、雷擊，易造成水位交送器的故障頻發(fā)，使監(jiān)控設(shè)施失控，形成跑、冒水現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了寶貴水資源的大量浪費(fèi)，僅水資源浪費(fèi)一項(xiàng)每年就占到全國用水量的40%以上，新型自動水位測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制工作正是在這一契機(jī)下應(yīng)運(yùn)而生的。1.3基本章節(jié)安排 本設(shè)計(jì)通過分析液位控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀來規(guī)劃液位控制的智能功能，從而對電動液位控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用直流電機(jī)作為執(zhí)行元件。89S52單片機(jī)作為控制芯片，通過液位采集電路，采集液位信息，通過數(shù)碼管顯示電路，實(shí)

6、時顯示水位情況，根據(jù)水位的情況實(shí)現(xiàn)自動抽排水功能，最終實(shí)現(xiàn)了液位控制器的多項(xiàng)智能項(xiàng)目。主要章節(jié)分為：（1）緒論：介紹設(shè)計(jì)目標(biāo)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義目的，設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和本文的章節(jié)安排。（2）總體設(shè)計(jì)方案：給出了液壓控制器的器的總體方案設(shè)想，智能項(xiàng)目，和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃。（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹：中央控制器 AT89S52及其外圍電路的設(shè)計(jì)與分析（4）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：介紹各部分模塊電路的功能(5)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：主要介紹了各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)流程。（6）總結(jié)與展望第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃 液位控制器的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1所示。液位采集電路信號調(diào)理電路單片機(jī)指示燈顯示電路電機(jī)模擬圖2-

7、1液位控制器機(jī)構(gòu)框圖由液位判斷電路來實(shí)現(xiàn)對液位的實(shí)時檢測，經(jīng)過信號調(diào)理電路的處理，轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)控制器,并通過數(shù)碼管顯示水位,來實(shí)現(xiàn)繼電器的吸合與斷開。來模擬電機(jī)的抽放水功能。2.2單片機(jī)的選擇 20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投入市場的產(chǎn)品就有50多個系列，數(shù)百個品種。盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列單片機(jī)，直到現(xiàn)在MCS-51系列單片機(jī)仍不失為主流系列。在最近的若干年仍是工業(yè)檢測控制的主角。AT89S52采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以向下

8、兼容89CXX等51系列芯片。AT89S51/LS51單片機(jī)是低功耗的、具有4KB在線課編程Flash存儲器的單片機(jī)。它與通用80C51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲器編程。他將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器2。2.3顯示方式的選擇該系統(tǒng)可以使用液晶來顯示液位信息,也可以采用數(shù)碼管顯示，但考慮到就顯示一個液位，用液晶會增大系統(tǒng)的體積，還會增加成本。采用數(shù)碼管顯示亮度高，易于觀察，成本低，故選用數(shù)碼管顯示。第3章 中央控制器 AT89S52及其外圍電路的設(shè)計(jì)與分析3

9、.1 芯片AT89S52的性能及其參數(shù)的分析圖3-1 AT89S51單片機(jī)引腳圖AT89S52是51系列單片機(jī)的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89S51單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷

10、口，3個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89S52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器如圖3-3所示，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C52內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc51相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等5。AT89S52時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外

11、部方式，如下圖3-4 a所示。AT89S52中有一個構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英或陶 瓷震蕩器一起構(gòu)成自激震蕩器震蕩電路。外接石英晶體(或陶瓷震蕩器)及電容C1、C2接在放大器的震蕩回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有非常嚴(yán)格的要求，但電容的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，。還可以采用外部時鐘，采用外部時鐘，如圖3-4 b所示。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，既內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2懸空。由于外部時鐘信號是通過一個

12、2分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以外部時鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時間和最大低電平持續(xù)的時間應(yīng)符合技術(shù)條件的要求5。a 內(nèi)部震蕩電路 b 外部震蕩電路圖3-2 時鐘電路圖3.2 單片機(jī)時鐘電路的設(shè)計(jì)電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號。圖3-3是單片機(jī)的晶振電路。電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30PF左右，該電容的大小會影響振蕩電路頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻

13、率的范圍通常在1.212MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越快，單片機(jī)的運(yùn)行速度越快。AT89S51常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。圖3-3 單片機(jī)晶振電路圖3.3 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需要給AT89S51的復(fù)位引腳RST加上大于2個機(jī)器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可以使AT89S51復(fù)位。復(fù)位時，單片機(jī)初始化為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行錯誤（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也需要復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89S52擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。圖3-4是復(fù)位電路圖。

14、圖3-4 復(fù)位電路圖3.4 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)分析表3-1 特殊功能寄存器與初始狀態(tài)表特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*B說明：表中符號*為隨機(jī)狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄

15、存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見上表3-1所示。系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序5。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。3.5 電源電路電源是提供電壓的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供

16、應(yīng)器，它提供計(jì)算機(jī)中所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響計(jì)算機(jī)的工作性能和使用壽命。有條件的可以使用電源模塊來為系統(tǒng)供電。由于該系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)要求用12V電源供電，而單片機(jī)的需要5V供電，所以需要加個穩(wěn)壓芯片這里采用LM7805進(jìn)行穩(wěn)壓處理。把12V穩(wěn)降至5V來供給單片機(jī)及各芯片的使用。經(jīng)測試12V完全滿足各器件的運(yùn)行要求。調(diào)整管放大電路保護(hù)電路采樣電路基準(zhǔn)電源啟動電路+-U0UI圖3-5 三端集成穩(wěn)壓器7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)此設(shè)計(jì)的電源電路是由7805集成穩(wěn)壓器，橋式整流，濾波電容及電源指示燈組成的。電源電路的核心元件是7805，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。(1)調(diào)

17、整管調(diào)整管接在輸入端與輸出端之間，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時，調(diào)整自身的集-射壓降使輸出電壓保持不變。在7805三端集成穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管由兩個三極管組成的復(fù)合管充當(dāng)，這種結(jié)構(gòu)只要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。(2)放大電路放大電路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。放大倍數(shù)愈大，則穩(wěn)定性能愈好。在7805三端集成穩(wěn)壓器中，放大管也是復(fù)合管，電路組態(tài)為共射接法，并采用有源負(fù)載，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。(3)基準(zhǔn)電源基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路輸出電壓的穩(wěn)定性。在7805中，采用一種能帶

18、間隙式基準(zhǔn)源，這種基準(zhǔn)源具有低噪聲，低溫漂的特點(diǎn)，在單片式大電流集成穩(wěn)壓器中被廣泛應(yīng)用。(4)采樣電路采樣電路由兩個分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一部分送到放大電路的輸入端。(5)啟動電路啟動電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時，使調(diào)整管,放大電路和基準(zhǔn)電源等建立起各自的工作電流，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時啟動電路被斷開，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。(6)保護(hù)電路在7805中，已將三種保護(hù)電路集成在芯片內(nèi)部，它們是限流保護(hù)電路，過熱保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路6。圖3-6 電源電路電源電路如圖3-6所示，此電源電路能輸出穩(wěn)定的+5V電壓，可以給整機(jī)電路上電，所以在電路中起到至關(guān)重要的作用。其中7805三端

19、集成穩(wěn)壓器的1腳為輸入，3腳為輸出，2腳為接地。作用是將由橋式整流電路，整流濾波后得到的直流輸入電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的直流+5V輸出電壓，為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容CJ3，我所選用的電容容量為100uF。同時，在輸出端接上電容CJ2，以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，CJ2的容量為100uF。兩個電容應(yīng)直接接在穩(wěn)壓器的引腳處。在穩(wěn)壓管的輸入端還要接二極管，方向如圖3-8所示，起到對7805集成穩(wěn)壓器的一種保護(hù)作用。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主電路圖圖4.1系統(tǒng)總電路圖4.2 顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中壓力大小采用4位LED數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具

20、有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。八段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆畫段，另一個小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。如圖4.2所示。本次設(shè)計(jì)采用共陽極極接法。LED顯示方式有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示接口電路，動態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的8個筆劃段a-h同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時

21、，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM端。也就是說我們可以采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。圖4.2 七(八)段LED顯示器本設(shè)計(jì)P2.0、P2.1、P2.2、P2.3信號一起組成位選通的位選信號，P0.0P0.7信號一起組成段碼選通的段選信號，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對應(yīng)的

22、地址，再選通某一個LED，逐步完成四個LED的顯示。由于采用4位共陽數(shù)碼管。用單片機(jī)吸收電流驅(qū)動，列掃描驅(qū)動使用三極管，按每段6mA電流算，全顯示字型“8”時，每個數(shù)碼管需6mA8=48mA。由于四位數(shù)碼管的驅(qū)動電流相同，4組需192mA，因此設(shè)計(jì)中采用功率三極管S9012驅(qū)動。由于單片機(jī)每個段碼輸出口需吸收48mA電流，因此在電路設(shè)計(jì)中要在P0口加一個上拉電阻。其顯示驅(qū)動電路如圖4.3所示。圖4.3顯示電路4.3 液位采集電路設(shè)計(jì)圖4.4液位采集電路液位檢測電路的的檢測原理，首先先將一根VCC線放到水底如圖4.4所示，然后將A、B、C三根線分別放入水中，當(dāng)水位到A點(diǎn)時A1為高電平，B1和C1

23、低電平，三極管導(dǎo)通A2變?yōu)楦唠娖?，此時繼電器動作抽水并伴隨報(bào)警聲，當(dāng)水位到達(dá)B點(diǎn)時，此時A1和B1為高電平，C1為低電平，A2，B2，都為高電平，此時狀態(tài)良好，當(dāng)水位到C點(diǎn)時，此時A1、B1、C1都為高電平，A2、B2、C2都為低電平繼電器動作，電機(jī)放水并伴隨報(bào)警聲。4.5控制部分電路設(shè)計(jì) 控制驅(qū)動電路主要電動機(jī)、繼電器及相應(yīng)的元件構(gòu)成，它根據(jù)液位檢測電路的實(shí)際需要控制電機(jī)的啟動、停止，從而能自動地控制液位的高度。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，系統(tǒng)硬件組態(tài)完后，根據(jù)I/O地址分配和功能要求便可以進(jìn)行軟件編程。軟件編程是系統(tǒng)完全控制的一個重要部分。系統(tǒng)軟件

24、程序主要完成初始化工作，輸入輸出控制，子程序主要完成數(shù)據(jù)采集處理的功能包括采集的液位數(shù)據(jù)與給定的液位值的比較，是否需要報(bào)警，以及處理完成顯示部分與調(diào)節(jié)閥的信號輸出。在該系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)中，第一部分主要是對流程圖的介紹，其中包括了對誰位的檢測，對水泵的控制和開關(guān)，以及水泵是否正常工作的報(bào)警。通過對水體液位進(jìn)行的簡易方便的操縱，可以準(zhǔn)確得控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，第二部分是系統(tǒng)工作編程內(nèi)容，由于全部編程比較多，只取重要的水位檢測主程序段和部分控制程序。51軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境簡介Keil C51的V8. xx是目前世界上最好的51單片機(jī)的匯編和C語言的開發(fā)工具。它支持匯編、C語言以

25、及混合編程，同時具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。在此次設(shè)計(jì)中采用開發(fā)環(huán)境的正是此項(xiàng)。1、創(chuàng)建項(xiàng)目：執(zhí)行Project|NewVision Project菜單命令，將新創(chuàng)建一個項(xiàng)目。為項(xiàng)目建一個單獨(dú)的文件夾，然后選擇子文件夾并鍵入項(xiàng)目的名稱。在項(xiàng)目創(chuàng)建之前，需要為新建的項(xiàng)目選擇一個CPU。在命名項(xiàng)目名稱后，彈出的對話框，其中顯示的是器件數(shù)據(jù)庫，用戶只要選擇所需要的MCU就可以了。選擇AT89S52之后，右邊一欄是對這個單片機(jī)的基本的說明，然后單擊確定按鈕。2、添加配置啟動代碼：啟動文件STARTUP.C中包含了目標(biāo)啟動代碼，可在每個project中加入這個文件。 3、項(xiàng)目設(shè)置：Vision 3

26、允許用戶為目標(biāo)硬件設(shè)置選項(xiàng)，可以通過工具條圖標(biāo)打開，也可以用鼠標(biāo)右擊項(xiàng)目窗口中的Files標(biāo)簽頁中的Target1，在右鍵菜單中選擇Options for Targe1命令： Output：定義Keil工具的輸出文件，并定義生成處理后的執(zhí)行用戶程序；Listing：定義Keil工具輸出的所有列表文件；C51：設(shè)置C51編譯器的特別工具選項(xiàng)；A51：設(shè)置匯編器的特殊工具選項(xiàng)；BL51 Locate：定義不同類型的存儲器和存儲器的不同段位置；BL51 Misc：其他的與連接器相關(guān)的設(shè)置，如警告或存儲器指示；Debug：Vision 3的Debugger設(shè)置；Utilities：文件及其Group的

27、特別選項(xiàng)。4、Target標(biāo)簽：單擊Target標(biāo)簽，其中各參數(shù)設(shè)置如下：1）Xtal(MHz)：設(shè)置單片機(jī)的工作的頻率，默認(rèn)值是24.0MHz。2）Use On-chip ROM(0x00x1FFF)： Flash ROM。單片機(jī)的EA引腳接高電平，則一定需要選中這個選項(xiàng)。3）Memory Model：變量存儲空間。5、Output標(biāo)簽：1）Select Folder for Objects：選擇編譯之后的目標(biāo)文件存儲在哪個目錄。2）Name of Executable：設(shè)置生成的目標(biāo)文件的名字。3）Create Executable：生成omf以及hex文件。4）Create Hex Fi

28、le：要生成hex文件一定要選中該選項(xiàng)。5）Create Library：生成lib庫文件。6、Listing標(biāo)簽：Keil C51在編譯之后除了聲稱目標(biāo)文件之外，還生成*.lst、*.m51的文件。用戶可以在Listing標(biāo)簽中設(shè)置*.lst、*.m51文件的各種選項(xiàng)。7、C51標(biāo)簽：用戶通過C51標(biāo)簽來設(shè)置C51編譯器的特別的工具選項(xiàng)。8、A51標(biāo)簽：A51標(biāo)簽用來設(shè)置匯編器的特別工具選項(xiàng)，如宏處理和條件匯編等。9、BL51 Locate標(biāo)簽：BL51是具有代碼分段功能的連接器/重定位器，它組合一個或多個目標(biāo)模塊成一個MCS-51的執(zhí)行程序。此連接器處理外部和全局?jǐn)?shù)據(jù)，并將可重定位的段分配

29、到固定的地址上。連接器自動選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行庫并連接那些用到的模塊。也可以在命令行上輸入相應(yīng)的目標(biāo)模塊的名字的組合來運(yùn)行本連接器。10、BL51 Misc標(biāo)簽：Misc標(biāo)簽是對BL51 Locate標(biāo)簽的補(bǔ)充設(shè)置。11、Debug 標(biāo)簽：該標(biāo)簽對Vision 3的調(diào)試器進(jìn)行設(shè)置。12、項(xiàng)目編譯：項(xiàng)目一旦設(shè)置完成，就可以開始編譯。單擊調(diào)試工具條上的圖標(biāo)，編譯項(xiàng)目中所有的源文件并生成應(yīng)用。當(dāng)應(yīng)用中有語法錯誤時，Vision 3將在Output Window的Build標(biāo)簽頁顯示這些錯誤和告警信息。雙擊一個信息將打開此信息對應(yīng)的文件并定位到語法錯誤處。在編譯項(xiàng)目時，會在輸出窗口中出現(xiàn)錯誤信息，單擊其中一

30、條錯誤信息，將在源代碼窗口中出現(xiàn)錯誤的地方出現(xiàn)一個小箭頭。13、列表文件（C語言）：如果在對話框中選中了C Compiler Listing選項(xiàng)下的各種復(fù)選框和Assembler Listing 選項(xiàng)下的各種復(fù)選框，Vision 3在編譯時將產(chǎn)生C語言和匯編語言的列表文件，該文件中包含了源代碼文件中的各種指示信息，這些信息對分析源代碼非常重要。14、列表文件（匯編語言）：在Vision 3中，集成的A51宏匯編譯器是一個8051 MCU系列的宏匯編器。它把匯編語言翻譯成機(jī)器代碼。A51匯編器允許用戶定義程序中的每一個指令，在需要極快的運(yùn)行速度、很小的代碼空間、精確的硬件控制時使用。因此用戶可以

31、利用Vision 3的集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行匯編語言代碼的編譯和調(diào)試。在匯編語言列表文件中，宏匯編編譯器報(bào)告所有必要的信息，如變量名、函數(shù)名、行數(shù)以及Vision 3調(diào)試器或其他仿真器用來詳細(xì)調(diào)試和分析程序所需要的信息。52系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖通過軟件控制單片機(jī)的功能是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)使程序的可讀性好、修改及完善方便。軟件設(shè)計(jì)包括主程序、水位采集、按鍵掃描子程序、延時子程序、中斷服務(wù)子程序、顯示子程序、報(bào)警程序等等。水位采集子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)單片機(jī)處理之后，經(jīng)顯示子程序可以顯示出來。延子程序時MC

32、S-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的89S52單片機(jī)的工作頻率為12MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個機(jī)器周期的時間為12*（1/12M）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間。中斷服務(wù)子程序用來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)掃描。顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖5.1所示。開始初始化液位檢測報(bào)警電路顯示程序處理53總體程序設(shè)計(jì)本軟件流程圖設(shè)計(jì)簡易合理，方便易于操控，能夠針對水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進(jìn)行控制，水位運(yùn)行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善，同時大大提高了控制的抗干擾能力

33、，保證了工業(yè)水體液位方面作業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行。下圖即為水位檢測主程序流程圖。 圖5.2總程序流程圖5.5液位采集程序設(shè)計(jì) 當(dāng)液位在A點(diǎn)以下時紅燈連續(xù)亮并且發(fā)出頻率較高的報(bào)警聲顯示00，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)A液位B時，顯示A0，繼電器1吸合，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)B液位C時，顯示OB，電機(jī)不轉(zhuǎn)；液位在C點(diǎn)及以上時，綠燈連續(xù)亮并且發(fā)出報(bào)警聲，顯示C0，電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖5.4液位采集子程序流程圖第6章 系統(tǒng)調(diào)試6.1系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 利用Altium designer6.9軟件來進(jìn)行原理圖的繪制，先將原理圖做出，然后將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的PCB圖，布繪制過程中要注意布置線要求：銅箔厚度為00 5mm、寬度為11. 5mm時，通過2A的

34、電流，溫度不會高于3，因此導(dǎo)線寬度為1. 5mm (60mil)可滿址要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0. 020.3mm(0.812mil)導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻利擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使問距至58mm。62系統(tǒng)測試方法在水塔中經(jīng)常要根據(jù)水面的高低進(jìn)行水位的自動控制，同時進(jìn)行水位壓力的檢測和控制。本液位器具有水位檢測、報(bào)警、自動上水和排水（上水用電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬，下水用電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬）。該控制器主要由89S52單片機(jī)，A、B、C三點(diǎn)水位檢測電路、數(shù)碼顯示電路、報(bào)警電路

35、和電源電路組成。由三路“傳感器”（三根插入水中的導(dǎo)線）檢測液位的變化，由89S52控制液位的顯示及電泵的抽放水。 三路液位檢測都采用簡單的三極管檢測電路檢測液位變化，將電平信號分別送入單片機(jī)。實(shí)際檢測時，從P3焊接出四根導(dǎo)線，分別將接A、B、C和VCC的導(dǎo)線放入水杯（模擬水塔）中，位置如圖6.2所示。當(dāng)液位在A點(diǎn)以下時紅燈連續(xù)亮并且發(fā)出頻率較高的報(bào)警聲顯示00，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)A液位B時，顯示OA，繼電器1吸合，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)B液位C時，顯示OB，電機(jī)不轉(zhuǎn)；液位在C點(diǎn)及以上時，綠燈連續(xù)亮并且發(fā)出報(bào)警聲，顯示OC，電機(jī)反轉(zhuǎn)。6.3開始測試1整個電路安裝焊接之后，開始調(diào)試。硬件電路的檢查。先斷電觀察有無

36、斷路和短路現(xiàn)象；檢查元件足否安裝正確，有無損壞；檢查電路部分是否有虛焊、脫焊現(xiàn)象；榆查電源系統(tǒng)等，然后接通電源，用萬用表等測試工具測試電路的通斷情況；檢查芯片、按鍵、數(shù)碼管等元器件能否正常工作等。2軟件的調(diào)試檢查。首先對程序進(jìn)行調(diào)試，沒有芯片的支持，系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行，而一個程序是否能正常運(yùn)行，首先要檢查它的語法上有沒有錯誤，檢查程序語法的錯誤。利用Keil uVision4軟件對程序進(jìn)行調(diào)試。首先將程序在程序編輯器中編輯，因?yàn)樵谡{(diào)試時沒有實(shí)驗(yàn)箱，所以在調(diào)試時只能看有沒有錯誤，即只能對程序進(jìn)行編譯連接，如果有編譯連接錯誤，將鼠標(biāo)指向窗口內(nèi)的錯誤提示信息，雙擊左鍵，光標(biāo)將自動跳到編輯窗口源程序文

37、件發(fā)生錯誤的地方，對程序進(jìn)行修改。在修改正確之后就可以產(chǎn)生一個HEX文件，該文件就是程序的代碼文件。將程序燒入電路，按功能要求對電路進(jìn)行調(diào)試，并反復(fù)對程序進(jìn)行修改調(diào)試，以達(dá)到基本功能要求。然后把程序燒制程序成功之后，開始進(jìn)行硬件調(diào)試。導(dǎo)通電源之后，數(shù)碼管不顯示，6個燈全亮現(xiàn)象，在老師的指導(dǎo)下找到了問題，復(fù)位電路有虛焊點(diǎn)，造成一直復(fù)位狀態(tài)，單片機(jī)不工作。在調(diào)試監(jiān)測水壓功能時發(fā)現(xiàn)根本無法實(shí)現(xiàn)，接著對水壓傳感器接口進(jìn)行電平測試，測得該口的VCC總處于低電平電平，最后檢查檢查主電路，發(fā)現(xiàn)電路板上有斷線。把所有問題都處理好，系統(tǒng)運(yùn)行正常，很好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各個功能。6.4系統(tǒng)功能測試 (1)測試在lOc

38、m-40cm范圍內(nèi)任務(wù)設(shè)定水箱的上、下水位，當(dāng)水箱的水位下降到設(shè)定水位時，繼電器1吸合水泵電機(jī)可自動起動運(yùn)轉(zhuǎn)工作，給水箱補(bǔ)水；當(dāng)水箱的水位上升到設(shè)定水位高度時，繼電器2吸合水泵電機(jī)倒轉(zhuǎn)可自動放水。 (2)測試在設(shè)定報(bào)警的液位上下限值，當(dāng)水管水位降到或升到設(shè)定的報(bào)警水位時，能發(fā)山報(bào)警聲，同時能起動水泵和排水閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。 (3)測試用數(shù)碼管顯示器件顯示水位高度，分辨率1ccm。(4)測試當(dāng)水泵電機(jī)工作時如果無水泵出或水管液位不變化報(bào)警?？?結(jié)本設(shè)計(jì)是采用一個單片機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行根據(jù)水位大小自動抽水放水的液位控制器設(shè)計(jì)與制作，它具有全集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低價格等優(yōu)點(diǎn)，是一個值得

39、推廣的一種方法。在設(shè)計(jì)本作品時，我通過查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書館搜集到的資料，再加上指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)與資料提供，設(shè)計(jì)出了這一套根據(jù)水壓大小自動抽水放水的液壓控制系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，基本完成了任務(wù)書的要求，但是由于設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)尚淺，對課題的研究經(jīng)驗(yàn)還不成熟，使得在技術(shù)的解決與運(yùn)用上顯得粗糙了一些，在某些技術(shù)關(guān)鍵上的敘述不能達(dá)到詳細(xì)、精辟。但是這個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)卻不缺乏自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，特歸納為以下幾點(diǎn)： 該產(chǎn)品的互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡單易懂，體積小。 該系統(tǒng)能用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件，所以用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)向硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開發(fā)軟件自動完成的。 設(shè)計(jì)過程中可以對有關(guān)

40、軟件進(jìn)行各種仿真，且系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級，所以有不同的功能可以實(shí)現(xiàn)。 可以從以前的組合設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向真正的自由設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)的移植性好，效率高?？蛇m合大規(guī)模的現(xiàn)場操作。 因?yàn)檎麄€系統(tǒng)可集成在一個芯片上，因此體積小，外圍電路簡單、功耗低，可靠邊性更高。在軟件上，充分利用了AT89C52的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了信息的快速處理和控制、顯示功能，能精確監(jiān)測。更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動化，高效率。 由于本人的水平有限，設(shè)計(jì)當(dāng)中，難免會有不少的缺點(diǎn)和不足之處，懇請教導(dǎo)老師批評并改正。致 謝通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使自己大學(xué)四年以來所學(xué)的理論知識和實(shí)踐做到了有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步深化鞏固了自己的專業(yè)知識，同時也讓我深深體會到要想有更

41、好的發(fā)展，必須要通過自身不斷的學(xué)習(xí)，才能為將來打下更加堅(jiān)定的基礎(chǔ)。 在完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)之際，首先感謝我的導(dǎo)師 插入老師的名字老師對我在學(xué)業(yè)上的悉心指導(dǎo)，某某老師淵博的理論知識、 熱心負(fù)責(zé)、無私的奉獻(xiàn)精神深深地感動了我，某某老師幫助解決了畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問題，使我能順利完成此次設(shè)計(jì)，在這里，再一次對于某某老師的指導(dǎo)和幫助致以誠摯的謝意！ 同時，學(xué)院各級領(lǐng)導(dǎo)、老師以及身邊的同學(xué)也給予了熱情關(guān)心和幫助。在此感謝學(xué)校四年的培養(yǎng)，同時對關(guān)心和幫助過自己的領(lǐng)導(dǎo)、老師以及同學(xué)表示衷心的感謝！最后，感謝評審老師在百忙中抽出時間對我的論文進(jìn)行評審指正，謝謝！參考文獻(xiàn)1 蔡美琴,張為民,何金兒.MCS-51系列

42、單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M高等教育出版社,20092 毛謙敏，洪潭元,肖艷萍.單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)M國防工業(yè)出版社，社,20053 雷思孝,馮育長.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社,20054 何宏,龔?fù)?志宏.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.國防工業(yè)出版社,20065 張樹江,王成安.模擬電子技術(shù)M.大連理工大學(xué)出版社,20096 劉峰,孫艷萍.電力電子技術(shù)M.大連理工大學(xué)出版社,20077 陳小忠，黃寧.單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序M.人民郵電出版社，2005：2-88 Charles K.Alexander,Matthew N.O.Sandiku.Fundamentals of elec

43、tric circuitM.清華大學(xué)出版社,2009:78-82 9 Janice Mazidi.8051 Microcontroller and Embedded SystemsM.Prentice Hall,2009:82-8410 Brian W.Kernighan.The C Programming LanguageM.Prentice Hall PTR,2009：69-71附錄程序清單/*=液位控制程序=*/#include /頭文件#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned intuchar discount;uint

44、 getdate;uchar disbuf4=0xc0,0xc0,0xc0,0xc0;uchar code FFW4=0x01,0x02,0x04,0x08;/ 正轉(zhuǎn)數(shù)組uchar code REV4=0x08,0x04,0x02,0x01; / 反轉(zhuǎn)數(shù)組uchar code dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0x88,0x83,0xc6;/共陽數(shù)碼管段碼表 /*端口定義*/sbit W0=P27; /數(shù)碼管位選端口定義sbit W1=P26;sbit W2=P25;sbit W3=P24; /繼電器端口定義/sbit M1=P10; /抽水電機(jī)控制口/sbit M2=P11; /排水電機(jī)控制口sbit BEEP=P17;sbit A1=P20; /水位測量端口定義sbit B1=P21;sbit C1=P22;bit MOTOR_Z=0;/電機(jī)正轉(zhuǎn)控制標(biāo)示位bit MOTOR_F=0;/電機(jī)反轉(zhuǎn)控制標(biāo)示位uchar num;uchar num1=0;/* 延時子程序*/void delayms(u