c51單片機水位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、單片機水位控制設(shè)計目錄1 概述 22 設(shè)計的基本任務(wù)和要求 32.1 基本功能 32.2 塔水位控制原理 32.3 系統(tǒng)硬件總體方案 43 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 43.1系統(tǒng)硬件方案 43.2 核心芯片 AT89C51 單片機 53.3系統(tǒng)軟件總體方案 54.Proteus 設(shè)計與仿真 74.1元器件清單 74.2 基于單片機水位控制原理圖5 74.3 基于單片機的水位控制PCB 圖 6 84.4水位檢測的主程序 84.5 實驗仿真結(jié)果 114.6 結(jié)語 115 設(shè)計體會 12參考文獻 121 概述液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)， 它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都 有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中

2、， 有很多地方需要對容器內(nèi)的介質(zhì)進行液位控 制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值， 如在建材行業(yè)中， 玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對 窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。 液位控制一般指對某一液位 進行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度。液體的液位的自動控制,是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù) ,它是微型計算機軟件、硬件、自動控制等幾項技術(shù)緊密結(jié) 合的產(chǎn)物 ,工程作業(yè)采用的是微機控制和原有的儀表控制 ,微機控制有以下明顯優(yōu) 勢:1）直觀而集中的顯示各運行參數(shù) ,能顯示液位狀態(tài)。2）在運行中可以隨時方便的修改各種各樣的運行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù) ,可以方便的改變液位的上限、下限。3）具有水體控制

3、過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人 員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)， 這樣能有效地減少工人的疲 勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性綜合以上的種種優(yōu)點可以預(yù)見采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。 單片 機是在一塊芯片上集成了一片微型計算機所需的CPU、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機自問世以來 ,性能不斷提高和完善 ,體積小、速度快、功耗低的特點 使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。 一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差 ,干擾強 ,利用單片機 控制就能克服這些缺點 ,因此單片機在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 ,使用單片機控制 液體液位是很好的選擇。目前我國在單片機測控裝置研究、生產(chǎn)、

4、應(yīng)用中 ,取得了很大的成績 ,總結(jié)了 很多經(jīng)驗 ,但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期 ,經(jīng)調(diào)查 ,更多科研究所在這方面開展的工作 更看重的是理論和算法 ,數(shù)年來這方面的研究的論文較多 ,著重生產(chǎn)實際的很少。 在上海 ,新型的單片機測控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚 ,在生產(chǎn)過程中需要 新型的測控裝置與系統(tǒng) ,因此在不斷的努力研究與開發(fā)。上海的工程技術(shù)研究人 員更著重的是生產(chǎn)實際研究 ,對理論、算法和成果的論文較少 ;深圳在研制新型的 測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就 ,盡管與其他國家比較尚有差距 ,但是 ,深圳的 高校、研究院所的最大的特點就是實際 ,與生產(chǎn)實際應(yīng)用項目無關(guān)的問題基本不 去考慮 ,主要考慮選

5、取什么材料 ,測控什么物理量 ,優(yōu)點是什么 ,與機器設(shè)備的通訊 接口等等。2 設(shè)計的基本任務(wù)和要求2.1 基本功能本設(shè)計是采用AT89C51單片機為核心芯片，及其相關(guān)硬件來實現(xiàn)的水體液位 控制系統(tǒng),在用液位傳感器測液位的同時,CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài)，并用3位 七段LED顯示示液位高度，檢測液位數(shù)據(jù)，實施報警安全提示，當(dāng)水體液位低于用 戶設(shè)定的值時 ,系統(tǒng)自動打開泵上水 ,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時 ,系統(tǒng)自動關(guān)閉水泵或 打開排水泵。2.2 塔水位控制原理單片機水塔水位控制原理如圖 l 所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、 下限位置。在正常情況下水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同 高

6、度處，安裝固定不變的3根金屬棒A B CO用以反映水位變化的情況。其中， A棒在下限水位.B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位（底端靠近水池底部.不 能過低，要保證有足夠大的流水量）。水塔由電機帶動水泵供水。單片機控制電 機轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升.當(dāng)水位上升到上限水位時，由于水的導(dǎo)電作 用。使B、C棒均與+5 V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5 V即為。I”狀態(tài)，此 時應(yīng)停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時。B棒和A棒導(dǎo)通.而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“ r狀態(tài)。C端為“O'狀態(tài)。此時電機 帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，

7、都應(yīng)繼續(xù) 維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、C均為“0”狀態(tài)。此時應(yīng)啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。1水塔水位桂麗嫌理圖2.3系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用8個按鈕進行水位檢測，在現(xiàn)場的3個不同的位置，由下 至上測量水體的液位值，。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳到單片機中，在 通過3位七段LED顯示器顯示出液位的三種狀態(tài)及報警安全提示。 用LED顯示 是因為它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長等特點， 根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進行開、關(guān)水泵 ，需要是否開啟和 關(guān)閉驅(qū)動閥門的電動機。3控制系統(tǒng)方案設(shè)計3.1系統(tǒng)

8、硬件方案系統(tǒng)方案設(shè)計液位控制是利用把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C51把輸出狀態(tài)直接接到單片機的I/O接口，單片機經(jīng)過運算控制， 輸出數(shù)字信號，輸出接口接LED進行顯示,實現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與控制； 圖2即是液位控制系統(tǒng)：6圖2液位控制系統(tǒng)由上圖可觀察到傳感器通過對液面進行測量,輸出模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過AT89C51單片機的運算控制，在通過LED進行顯示,通過報警裝置進行報警，報警顯示之后再通過對閥門的開啟 實現(xiàn)對水體的液位進行調(diào)節(jié)控制，閥門的驅(qū)動設(shè)備是電動機。3.2核心芯片AT89C51單片機AT89C51 是一種帶 4K

9、 字節(jié) FLASH 存儲器(FPERoM Flash PrOgrammabIe and EraSabIe Read OnIy MemOry )的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器， 俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的 單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種

10、靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3所以。詢K)OKiIP12Kl2P13I-JjF14< *;r JLJPMPOfiPJ7K7IkrrI肥：TI常倉躍I；?MIVrFEJrrKCDFT.-IJETIcar1圖3 AT89C5引腳圖3.3系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過8個按鈕進行水位檢測的，當(dāng)水位到檢測位置其輸出端口就向單片機輸出低電平。由上至下的第一個位置為水位上限報警線，即當(dāng)水位高于此位置時，開水閥控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個位置是自動停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時，控制系統(tǒng)會 自動關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個位置是自動加水線，即

11、當(dāng)水位低于此位 置時，控制系統(tǒng)會自動接通加水電磁閥， 開始加水；第四個位置是水位下限報警 線，即當(dāng)水位低于此位置時，控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水 電磁閥可能出故障如圖4。L報警Y*j測J報警+NdsV水位過高÷>2r啟動“備用”水耳T啟動歪用泵電礁國3E啟動“主用嗦啟功臥用親耳磁詞圖4水位控制流程圖4.Proteus設(shè)計與仿真4.1元器件清單7SEG-C0M-CAT-GRNLED數(shù)碼管AT89C1單片機BUTToN按鈕CAP電容CAP-ELEC陶瓷電容CRYSTAL12兆晶振LED-RED發(fā)光二極管MOTOR-DC電機RES電阻RESPACK-8排阻4.2基于單

12、片機水位控制原理圖 5圖5水位控制原理圖CIIIhF TE<>C2IC R VSrALRPlRESf 01«UI>)CTAL14 BLITIRIIXL 1 巧m2C3RSTPSEftAiJ<TBfli«EI11IKtFIJ1 R2IK卜:=|P2IWP2.1fllF22X1P2311 23H P2Si13 P2EHA1 K.TjK15WIWXD POJ/TXD PaiMhrra P3*iTP3iHP3ST1P3J5AIRn>9D01TB10_ 111 j39DDDI3SIDDI麗JCD-»3D DLsslOD3*5DD33SDDCAl

13、PD0 ra.iA P2IQ2P31D3 P.iADi PDD RDjRD« P0.TfD7LED-RlEDE1>1ISIlTi-?84.3基于單片機的水位控制PCB圖6M4R 5.圖6水位控制PCB圖4.4水位檢測的主程序本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程 序較簡單，整個軟件部分較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序。#in CludeVreg51.h>#defi ne UChar Un Sig ned Char#defi ne Uint Un Sig ned intSbit MoR=P27;Sbit MOT=P26;Sbit LED=P20

14、;code UChar tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void delay (uint n) while(n-);void LED_SHOW()if(P1=0xfe)P0=tab8;LED=0;MOR=0;MOT=1;if(P1=0xfd)P0=tab7;LED=0;MOR=0;MOT=1;if(P1=0xfb)P0=tab6;LED=1;MOR=1;MOT=1;if(P1=0xf7)P0=tab5;LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xfd) P0=tab4;LED=1;MOR=1;MOT=1; i

15、f(P1=0xef) LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xdf) P0=tab2;LED=0;MOR=1;MOT=0;if(P1=0xbf) P0=tab1;LED=0;MOR=1;MOT=0;if(P1=0x7f)P0=tab0;LED=0;MOR=1;MOT=0;void main()while(1)LED_SHOW();4.5 實驗仿真結(jié)果根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應(yīng)的程序在 Pro-teus 軟件環(huán)境下實際仿 真，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能成功實現(xiàn)了水位檢測、電機故障檢測、處理和報警 等功能，具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已

16、成功運用于某實驗水冷卻系統(tǒng)。4.6 結(jié)語該系統(tǒng)設(shè)計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的， 充分利用單片機強大控制功能 和方便通信接口， 該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗水冷卻系統(tǒng)得到成功實踐， 實 現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。 進一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計， 可為實時實現(xiàn)遠(yuǎn)端控制， 因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔， 城市水源檢測控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。5 設(shè)計體會設(shè)計過程中我遇到了很多的困難， 因為知識是不連貫的， 所以需要準(zhǔn)備很多 方面的知識去融合， 去聯(lián)系。 由于在學(xué)習(xí)的時候更注重的是書面上的東西， 而本 次課程設(shè)計更多的是鍛煉了我的動手動腦能力， 讓我有機會把

17、課上學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn) 化為可以在實際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。本次課程設(shè)計的系統(tǒng)主要介紹了水體的液位檢測控制，介紹了 AT89C51 單 片機和其它一些單片機在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用， 介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中 的電路圖，利用 LED 來進行信號的輸出顯示 ,我設(shè)計的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化 ,系統(tǒng) 精度高，具有良好的人機交互功能 ,并設(shè)有液位報警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通 過自動調(diào)節(jié)控制液位并實現(xiàn)水體的液位報警。 液位控制在設(shè)定值上正常運行不需 要人工干預(yù)，操作人員勞動強度小。通過本次課程設(shè)計， 我了解到自己的知識應(yīng)該充分利用在實踐上， 在實踐中 把書本上的知識固化成自己的能力。 在設(shè)計系統(tǒng)的時候也有很多的

18、想法， 但是有 一些想法被否定了， 最終完成設(shè)計的時候優(yōu)先考慮了在課程上學(xué)習(xí)到的知識， 并 且和單片機、 電子電路的知識結(jié)合起來。 這次設(shè)計之后， 我感覺到自己在自動化 專業(yè)上的學(xué)習(xí)應(yīng)該還有很長的路走， 自動化是一個很有前途的行業(yè)， 它涉及了生 產(chǎn)生活的多個方面， 對人們的影響可想而知， 所以， 學(xué)好自動化專業(yè)的知識不僅 僅是對自己能力提升和自我價值的實現(xiàn)， 更是一件很有意義， 可以讓自己有所感 觸，有所收獲的事業(yè)。在最后，我很感謝所有傳授我知識的老師， 和關(guān)心幫助我的同學(xué)， 也很 榮幸自己可以和自動化結(jié)下不解之緣 參考文獻1 王文琦 .工業(yè)鍋爐的檢測與控制技術(shù)成都 :四川科學(xué)技術(shù)出版社 ,1986.2 王驥程 .化工過程控制工程北京:化學(xué)工業(yè)出版社 ,1981.3 謝自美 .電子線路設(shè)計、實驗與測試.華中科技大學(xué)出版社， 2003.4 楊國志,王立峰,楊東光, .實用電子制作實例 .福建科學(xué)技術(shù)出版社， 2000.5 金偉正 .單線數(shù)字溫度傳感器的原理及用 電子工業(yè)出版社， 2000.6 王永平，