水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、.課題名稱 ：水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).專業(yè) .專注.專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：姓名：.專業(yè) .專注.水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要基于單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì) ,實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制 、具有自動(dòng)保護(hù) 、自動(dòng)聲光報(bào)警功能的控制系統(tǒng) 。本控制系統(tǒng)由 A/D 轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分 、數(shù)碼顯示部分 、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 、電機(jī)控制部分等構(gòu)成 。 同時(shí)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的論述 。 在設(shè)計(jì)中對(duì)水塔水位控制原理進(jìn)行分析 ,選用 AT89C51 單片機(jī)作為控制水塔水位的處理芯片 ,由 AT89C51 的 P1 口直接來控制 .設(shè)計(jì)方案采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法 ,結(jié)合程序流程圖 ,編寫程序代碼 ,最后

2、利用 KEIL 公司的 u Vision3 軟件及偉福仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) ,達(dá)到單片機(jī)自動(dòng)控制水塔水位變化的目的 .關(guān)鍵詞：單片機(jī)，水塔水位控制原理 ， AT89C51，偉福仿真軟件.專業(yè) .專注.目錄前言 .1第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .21.1設(shè)計(jì)要求 .21.2方案設(shè)計(jì) .2第2章硬件電路設(shè)計(jì) .32.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) .32.2系統(tǒng)原理 .4第3章水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì).53.1水位檢測電路 .53.2水位顯示電路 .53.3電機(jī)控制電路 .63.4振蕩電路和復(fù)位電路.73.5聲光報(bào)警電路 .7第4章軟件程序設(shè)計(jì) .84.1系統(tǒng)主程序流程圖.84.2編寫 C 程序 .9第5章 硬件制作

3、與調(diào)試.10結(jié)論 .11附錄 .12仿真總圖.12源代碼 .13.專業(yè) .專注.前言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，在我們的生活中起到了重要的作用，而水基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)使水塔水位自動(dòng)保持在一定的位置，通過對(duì)其水位的控制對(duì)外供水，以滿足需要 。 塔里面的水位控制是一個(gè)水塔發(fā)揮作用的關(guān)鍵。該系統(tǒng)使用水位傳感器對(duì)水塔水位進(jìn)行檢測并將檢測到的信號(hào)傳給單片機(jī)來進(jìn)行處理，通過調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間來增大或者縮小占空比，并編寫程序加以控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速 。最后 ，使用液晶屏顯示當(dāng)前水位狀態(tài)以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)通過了報(bào)警模塊來實(shí)現(xiàn)了過低水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警、過低警戒水位自動(dòng)處

4、理、正常水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警以及正常水位處理。本系統(tǒng)適應(yīng)在不同的用水場合下的用水速度需要，節(jié)省工作時(shí)間 ，提高了整體工作的效率，實(shí)現(xiàn)水塔水位的自動(dòng)控制。液位控制是工業(yè)控制中的一個(gè)重要問題，針對(duì)液位控制過程中存在大滯后 、時(shí)變 、非線性的特點(diǎn) ，為適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的控制要求，人們研制了種類繁多的先進(jìn)的智能控制器，模糊 PID 控制器便是其中之一 。 模糊 PID 控制結(jié)合了 PID 控制算法和模糊控制方法的優(yōu)點(diǎn)，可以在線實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)的調(diào)整 ，使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，過渡過程時(shí)間大大縮短，超調(diào)量減少 ，振蕩次數(shù)少 ，具有較強(qiáng)的魯棒性和穩(wěn)定性，在模糊控制中扮演著十分重要的角色 。.專業(yè) .專注.第1

5、章設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)要求在 Proteus中畫出原理圖或使用實(shí)物，編制程序 ，實(shí)現(xiàn)以下功能：(1) 使用 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位 ；(2) 使用按鍵模擬水位開關(guān) ；(3) 可以設(shè)定水位上 、下限 ，到達(dá)或超過水位上限時(shí) ，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；到達(dá)或超過水位下限時(shí) ，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng) 。(4) 設(shè)置聲光報(bào)警系統(tǒng) ，當(dāng)水位過低或滿水位時(shí) ，相應(yīng)報(bào)警指示燈閃爍，并發(fā)出報(bào)警聲 。1.2 方案設(shè)計(jì)本方案采用單片機(jī)AT89C51作為我們的控制芯片,主要工作過程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水 ;當(dāng)水位在高水

6、位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍 。 單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測量的一種新技術(shù)。此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會(huì)產(chǎn)生誤判的情況,由于AT89C51單片機(jī)有四端口， 20 引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。.專業(yè) .專注.第 2 章硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路，按鍵電路 ，電動(dòng)機(jī)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，液晶顯示電路組成。出主控芯片電路外，其他的都是外圍功能性電路 。 蜂鳴器和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理基本相同，都為三級(jí)管驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路為平常的獨(dú)立按鍵電路，液晶電路參考設(shè)計(jì)手冊(cè)即可。電路設(shè)計(jì)框圖如圖2.1 所示 。水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)

7、計(jì)：圖 2.1水位控制系統(tǒng)總框圖.專業(yè) .專注.2.2 系統(tǒng)原理當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測器沒被+5V 的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的 P1.7 口，輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1 口單片機(jī)經(jīng)過分析，在 P3.2口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈閃爍 ，同時(shí)在P3.1 口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 ；P3.0出來一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵加水 ；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí) ，水泵加水 ，在 P3.2引腳出來一個(gè)低電平 ，使紅燈滅 ；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的低水位探測線被導(dǎo)通，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的P1.0口，單

8、片機(jī)經(jīng)過分析，在 P3.3引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮 ，在 P3.1口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 ； P3.0 輸出一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵停止加水。采用單片機(jī)AT89C51 作為我們的控制芯片,主要工作過程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍，同時(shí)報(bào)警 ;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水,當(dāng)水位在高水位時(shí) ,單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍 ，同時(shí)報(bào)警 。.專業(yè) .專注.第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)的單片機(jī)選用AT89C51芯片，在 Proteus平臺(tái)下進(jìn)行硬件仿真。硬件電路設(shè)計(jì)分為水位檢

9、測、水位顯示 、聲光報(bào)警 、電機(jī)控制 、振蕩電路和復(fù)位電路幾個(gè)部分。3.1 水位檢測電路本檢測電路采用 DIPSW-8 組開關(guān)來做水位監(jiān)測觸發(fā) 。 水位檢測部分是用單片機(jī) P1.0 P1.7 連接的 8 個(gè)按鈕分別代表低水位 ，水位 1、水位2 、水位 3、水位 4 、水位 5 ，水位 6，和滿水位 。 水位檢測電路如圖 3.1 所示圖 3.1水位檢測電路3.2 水位顯示電路采用一片LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由單片機(jī)P0.0 P0.7 和 P2.0 口輸出段碼 ，進(jìn)行水位顯示數(shù)字0 7 分別代表低水位、水位 1 、水位 2、水位3 、水位 4，水位 5 和水滿時(shí)的水位標(biāo)志。水位顯示電路如圖3.2

10、 所示.專業(yè) .專注.圖 3.2水位顯示電路3.3 電機(jī)控制電路加水時(shí) ，電機(jī)正常工作。為確保水塔內(nèi)不能沒有水，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)水位0 的時(shí)候就開始供水，電機(jī)工作 。電機(jī)控制部分，采用了三極管放大來控制電機(jī)的工作，由單片機(jī)P3.0口進(jìn)行控制。電機(jī)控制電路如圖3.3 所示 。.專業(yè) .專注.圖 3.3電機(jī)控制電路3.4 振蕩電路和復(fù)位電路圖3.4振蕩電路和復(fù)位電路.專業(yè) .專注.3.5 聲光報(bào)警電路本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈D1 亮表示是低水位狀態(tài)，蜂鳴器報(bào)警；黃燈 D2 發(fā)亮 ，水泵停止加水，蜂鳴器報(bào)警 。原理圖如圖3.5圖 3.5聲光報(bào)警電路.專業(yè) .專

11、注.第 4 章軟件程序設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限 ，實(shí)時(shí)顯示液位值以及按鍵掃描等工作。主程序流程圖如圖4.1 所示圖 4.1 系統(tǒng)主程序流程圖.專業(yè) .專注.4.2 編寫 C 程序根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，在 keilC51中編寫相應(yīng)程序，并檢索 、編譯。查找編寫程序中的錯(cuò)誤，并改正 ，最終得到正確的程序。 并生成 HEX文件 。 在仿真調(diào)試時(shí)使用。 編寫的 C 程序見附錄 4.2表 1元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)R1金屬10KQ1NPNPN2222膜，0.25wC1CAP20pFLS1SPEAKER1VC2CA

12、P20pFD1LED-RED2VC3CAP-ELEC10uFD2LED-YELLOW12VX1CRYSTALMMOTOR顯示器7SEG-MPX2DSW1DIPSW-8.專業(yè) .專注.第 5 章硬件制作與調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與原件清單，設(shè)計(jì)電路圖 ，在 proteus 軟件里繪制電路圖 ，并進(jìn)行仿真調(diào)試檢測程序及電路圖中的錯(cuò)誤，最終得到正確的電路圖。調(diào)試成功后電路運(yùn)行情況：單擊仿真運(yùn)行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻 。按下低水位按鈕時(shí)，在 LED 顯示器上顯示 “0 ”， 低水位報(bào)警 ，低水位報(bào)警指示燈紅燈亮，蜂鳴器響 ，電機(jī)工作給水塔加水；按下水

13、位 1 按鈕時(shí)，顯示水位為 “1 ”， 低水位報(bào)警指示燈紅燈滅，電機(jī)工作給水塔加水；按下水位 2按鈕時(shí) ，顯示水位為 “2 ”；按下水位3 按鈕時(shí) ，顯示水位為 “3 ”；按下水位 4 按鈕時(shí) ，顯示水位為 “4”，水塔控制工作正常運(yùn)行；按下水位 7按鈕時(shí) ，顯示水位為 “7 ”，高水位報(bào)警 ，黃燈亮 ，蜂鳴器響，電機(jī)停止工作 。 總體電路圖見附錄一 。.專業(yè) .專注.結(jié)論該自動(dòng)系統(tǒng)才用自帶存儲(chǔ)空間的8051 單片機(jī)芯片，造型袖珍 ，線路簡單 ，運(yùn)行效率高 。 與外部的聯(lián)系小，減少了外部干擾對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行影響，具有很好的穩(wěn)定性。在內(nèi)部干擾中，由于所有運(yùn)算都有單片機(jī)芯片內(nèi).專業(yè) .專注.部自己完成

14、，減少了數(shù)據(jù)傳輸損耗的可能性，對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算傳輸可靠性高。其次 ，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了以前學(xué)過的專業(yè)課知識(shí)，如：proteus仿真 、 C 語言 、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過去我從未獨(dú)立應(yīng)用過他們 ，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。最后 ，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改 、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)中遇

15、到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。.專業(yè) .專注.附錄仿真總圖.專業(yè) .專注.源代碼#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar codeshuzu=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80;uint n,m;/*延時(shí)程序 *void delay()uint i,j;for(i=0;i<12;i+)for( j=0;j<120;j+);.專業(yè) .專注.sbit k7=P17;sbit k6=P16;sbit k5=P15;sbit k4=P14;sbit k3=P13;sbit k2=P12;sbit k1=P11;sbit k0=P10;sbit dj=P30;sbit fmq=P31;sbit led1=P32;sbit led2=P33;/*主程序 *voidmain()led1=0;led2=0;while(1)i