綜合應(yīng)用開發(fā)實驗報告

1、綜合應(yīng)用開發(fā)實驗報告題目：水塔水位控制班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師用MCS-51單片機(jī)構(gòu)成的水塔水位控制摘要：設(shè)計一種基于單片機(jī)水塔水位檢測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)水位檢測、電機(jī) 故障檢測、處理和報警等功能，實現(xiàn)超高、低警戒水位報警，超高警戒水位處理。 介紹電路接口原理圖，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計流程圖和匯編程序，并用Proteus軟 件仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。 關(guān)鍵詞：仿真，控制系統(tǒng)，水位檢測，單片機(jī)。0引言水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢 塔”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機(jī)控制 實現(xiàn)自動運行，

2、使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實際供水過程 中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應(yīng)采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電 壓，測量水位變化，從而控制電動機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以Atmel 公司的AT89C51單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設(shè)計，實現(xiàn)水 位的檢測控制、電機(jī)故障檢測、處理和報警等功能，并在Pmteus軟件環(huán)境下實 際仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。1設(shè)計說明本設(shè)計為一個實際應(yīng)用系統(tǒng)的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系統(tǒng) 中，檢測信號來自插入水中的3個金屬棒，以感知水位變化情況。工作正常情況 下，應(yīng)保持水位在某一范

3、圍內(nèi)，當(dāng)水位變化發(fā)生故障的時候，及時關(guān)斷電機(jī)電源， 發(fā)出聲、光報警信號。（1）完成單片機(jī)硬件的設(shè)計，包括：CPU、存儲器（外擴(kuò)ROM、RAM）、 輸入/輸出接口（外擴(kuò)并行I/O 口）以及總線連接部分（附控制電路原理圖）；（2）完成控制軟件的設(shè)計（附控制軟件清單）；2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1水塔水位控制原理單片機(jī)水塔水位控制原理如圖1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)控制在上下限的范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不 同高度處，安裝固定不變的2個浮子開關(guān)A、B，用以反映水位變化的情況。其 中，A開關(guān)在上限水位，B棒在上、下限水位之間，不能超過下限水位（底端靠 近水池底部，不

4、能過低，要保證有足夠大的流水量）。水塔由電機(jī)帶動水泵供水， 單片機(jī)控制電機(jī)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 于水的浮力作用，使浮子開關(guān)A,B均斷開。因此b、c兩端的電壓都為+5 V即為 “1”狀態(tài).此時應(yīng)停止電機(jī)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開關(guān)斷開和A開關(guān)閉合，b端為“1 ”狀態(tài)，c端為“0”狀態(tài)。此時電機(jī) 帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不斷下降，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，A,B開關(guān)都斷開，b、c均為“0” 狀態(tài)，此時應(yīng)啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。Fl. 1P1.0H T V+5V水塔

5、水位浮子開關(guān)控制原理圖2.2硬件設(shè)計2.2.1.電路設(shè)計水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測接口電路、報警接口電 路、存儲器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時鐘振蕩等部分組成，下圖為系統(tǒng)硬件電 路。PDUftDO PD.mDi PD2MD2 PD3MD3 PEL 煙 D* PDJ5MD5 PDJ&MDBPD.TDTP皿陽 P2.19P22M1D P23W11 P2.412 P2SW13 P2jafflU P2.7mi5P3Uff!XD P3.1AXD P3-2rirrm P?.3iNTT pn.f-ra P3J5/T1P3jatAJR_ P3.T/RD-DDD1D2D3DiD5Db

6、DTA1DA11CEO&iiPP2732圖2水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2.2.選用的設(shè)備有：浮子開關(guān)，單片機(jī)8031芯片，鎖存器74LS373, 2732, 電動機(jī)，7406, 74LS04,發(fā)光二極管，二極管1N914,電容5p和20p，晶振電容， 直流電源，電阻，導(dǎo)線若干。2.2.3 .水位檢測接口電路為了便于實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的浮子開關(guān)A,B模擬b、c端的狀 態(tài)（1、0），正電極接+5 V電源，每個負(fù)電極分別通過4.7 k的電阻（尺1，R2）接地。 將單片機(jī)的P1.0端口接開關(guān)1，P1.1端口接開關(guān)2。假設(shè)被水淹沒的負(fù)電極都為 高電平，此時開關(guān)置1；露在水面的負(fù)電極都為低電平

7、，開關(guān)此時置為0。單片 機(jī)通過負(fù)電極重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時（此時兩個開關(guān)均置0），電機(jī)必須帶 動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平（此時開關(guān)1置1， 開關(guān)2置0）；當(dāng)水位過高時，檢測信號為高電平（此時開關(guān)l和2都置1），單片 機(jī)檢測到P1.0和P1.1為高電平后，立即停機(jī)。2.2.4報警接口電路為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴(yán)重后果，在超出、低于警戒 界水位時，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得。單片機(jī)P1.3端口為啟動 電機(jī)命令輸出端口，P1.3為低電平，經(jīng)過非門和驅(qū)動器7406后與電機(jī)的另一端 接地導(dǎo)通，啟動電機(jī)工作；P1.3=l為高電平，反之，電機(jī)停止工

8、作。電機(jī)故障報 警由單片機(jī)控制，電機(jī)故障報警信號由P1.3輸入.當(dāng)P1.3為高電平時報警。水 位超過高警戒水位，單片機(jī)控制系統(tǒng)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，向水塔內(nèi)供水工作也停止。2.2.5 .存儲器擴(kuò)展接口電路為了便于系統(tǒng)擴(kuò)展，存放大容量應(yīng)用程序，系統(tǒng)設(shè)計擴(kuò)展一片程序存儲器， 用于存放源程序代碼。74LS373用于鎖存地址，單片機(jī)的P0. 0P0. 7通過復(fù) 用方式分別接鎖存器74LS373的DOD7和存儲器2732的D0D7端，地址鎖 存信號線ALE接鎖存器的OE端，通過軟件設(shè)置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸， 鎖存器的輸出端OQ0O7與存儲器地址線A0A7相連，剩余的3根地址線 A8A11接P2. 0P2.

9、 2.單片機(jī)選通引腳接存儲器OE端，因只擴(kuò)展一片存 儲器，片選端CE接地。3軟件設(shè)計3.1設(shè)計思路描述；當(dāng)水塔水位處于上、下限之間時，P1. 0=1，P1. 1=0，此時無論電機(jī)是在帶 動水泵給水塔供水使水位不斷上升.還是電機(jī)沒有工作使水位不斷下降，都應(yīng)繼 續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時，P1. 0=0，P1. 1=0，此時啟動電機(jī) 轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號與輸出控制操作關(guān)系如表1所列，P1.1 (A)P1.0 (B)運行狀態(tài)00電機(jī)運轉(zhuǎn)01維持電機(jī)運行狀態(tài)11電機(jī)停轉(zhuǎn)10故障報警3.2設(shè)計程序流程圖:3.3主程序（并帶注釋）ORG0000HAJMPLOOPORG0100H

10、LOOP:SETB93HORLP1,#03H；為檢查水位狀態(tài)做準(zhǔn)備MOVA,P1JNBACC.0,ONE；P1.0=0則轉(zhuǎn)移JBACC.1,TWO;P1.1=1則轉(zhuǎn)移BACK:ACALL DELAY；調(diào)用延時AJMPLOOPONE:JNBACC.1,THREE；P1.1=0則轉(zhuǎn)移CLR93H；P1.30，啟動報警裝置SETB92H；P1.21，停止電機(jī)工作AJMPLOOPTHREE:CLR92H；啟動電機(jī)AJMPBACKTWO:SETB92H；停止電機(jī)工作AJMP BACK延時子程序（延時10s）DELAY:ORG8030HMOVR3,#19HLOOP3:MOVR1,#85HLOOP1:MOV

11、R2,#0FAHLOOP2:DJNZR2,LOOP2DJNZR1,LOOP1DJNZR3,LOOP3RETEND4結(jié)論四種不同狀態(tài)的仿真示意圖如下：當(dāng)A,B兩開關(guān)都閉合，即水位未到達(dá)開關(guān)B時，電機(jī)運轉(zhuǎn)，如下圖所示:U1U4:A LTO -=TE-XTAL1XVA12RST8DC31PDHADOPD.mDiPD2MD2PD3MD3PDJ5MD5PDJ5MD6PD.TDTP皿陽 P2.1 相 P22ffl1Q P23W11 P2.3M2 P2Sffl13 P2JEWU P2.TJW15P3Eff!XD P3.1/TXD P32flNTO P31NT1P3.如P3J5/T1P3J&(P3.TJED1

12、1i 15 16 -17當(dāng)A開關(guān)閉合，B開關(guān)斷開，即水位在上限和B開關(guān)之間時，電機(jī)的運轉(zhuǎn)正 常，維持原狀。如圖所示：當(dāng)A,B兩開關(guān)都斷開即水位超過了上限時，電機(jī)由于慣性慢慢減速，直到停轉(zhuǎn)。如下圖所示:U1XTAL1PDHDDPD.1.-AD1PDJ2.AD2PD.3AD3PD.tADlPDSADbPD.GADbPELfflSP22.ft10PSENALEEAP2.5.A13P2.WftUP2.T.rt15P1DP3H，R）：DP1.1P3.1/D：DP12P3R1NTUP1IP16PHJ6WVR8DC31 -=TE：mU3當(dāng)A開關(guān)斷開，B開關(guān)閉合即系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，電機(jī)停轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管報警。 如

13、下圖所示:CRYSTAL*XTAL1PD11MDDP0.1.WD1PD2MD2XTALZPEimD*PD.&MD5PEJ.&HDEPWU明P2.1.-WSP2J2A1DPSENP23W11ALEP2.lA12EAP2.&AUPW 了瀏 SP1DP3HRXDP13P33flrrnP14P3.P15PH.&T1PUSP3J&VURP1.TP3.TJRD 56695.124- 1S3162-191-K本系統(tǒng)就是充分利用了 80C31和2732芯片的I/O引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51 系列單片機(jī)Intel8031和可編程并行I/O接口芯片2732為中心器件來設(shè)計水塔水 位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了能根據(jù)水位的高

14、低通過8031芯片的P1 口設(shè)置電動機(jī)的抽水 和報警工作功能；通過二極管的發(fā)光來報警。通過兩個開關(guān)來模擬水位的控制， 二極管有驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動發(fā)光?？偨Y(jié):隨著考試的到來，課程設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終 于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這一學(xué)年來所學(xué)單片機(jī)知 識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計 不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次 課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前 老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高于低。通過這次課程設(shè)計， 我才明白學(xué)習(xí)是一個

15、長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)， 努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有 什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這 里非常感謝幫助我的同學(xué)。我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較 多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。 此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會 了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是 真的學(xué)會了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師張蕊萍對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在 設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗等方式，使自己學(xué)到了 不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東 西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后 的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會 到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但 是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大