水位控制課程設(shè)計(jì)--水位控制器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　題目 水位控制器設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)、班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　

2、　一、主要內(nèi)容：</b></p><p>　?、?熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，達(dá)到綜合的目的。</p><p>　?、?學(xué)習(xí)文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。</p><p>　?、?學(xué)習(xí)protel軟件的使用。</p><p>　　④ 學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。</p><p><b>　

3、　二、基本要求：</b></p><p>　?、?以MCS-51系列單片機(jī)為核心，組成一個(gè)水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　?、?六區(qū)間式水位顯示。</p><p>　?、?全自動(dòng)位式進(jìn)水。</p><p>　?、?滿水、低水水位報(bào)警。</p><p>　　⑤ 水位傳感器故障自檢及報(bào)警提示。</p

4、><p>　?、?能延時(shí)恢復(fù)的報(bào)警消音。</p><p><b>　　三、主要參考資料：</b></p><p>　　① 張毅坤等 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 西安 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　?、?李建忠編著 單片機(jī)原理及應(yīng)用 西安 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>

5、;　　完 成 期 限： 2015年1月2日 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　課程負(fù)責(zé)人簽名： </p><p>　　2015年 1 月 2 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><

6、p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)作為嵌入式微控制器在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)， 智能儀器和家用電器中得到廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)利用MCS-51系列單片機(jī)進(jìn)行控制，利用水的導(dǎo)電性測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，用單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成水位的檢測(cè)、控制及故障報(bào)警等功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī) 電信號(hào) 水位</p><p><b>　　目

7、 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.總體設(shè)計(jì)思想2</p><p>　　2.1 目標(biāo)功能及分析2</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)思路2<

8、/b></p><p>　　2.3總體設(shè)計(jì)框圖3</p><p><b>　　3. 單元設(shè)計(jì)5</b></p><p><b>　　3.1水位檢測(cè)5</b></p><p>　　3.1.1水位檢測(cè)原理5</p><p>　　3.1.2水位控制電路設(shè)計(jì)6<

9、/p><p>　　3.2 水位顯示7</p><p><b>　　3.3報(bào)警電路8</b></p><p>　　3.4進(jìn)出水電路9</p><p><b>　　4．軟件設(shè)計(jì)10</b></p><p>　　4.1設(shè)計(jì)概述10</p><p>　　

10、4.2設(shè)計(jì)流程圖11</p><p><b>　　5收獲與總結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。生活中，一些大型工廠的鍋爐水位，特別

11、是農(nóng)村住宅樓房生活用水水箱的水位的控制現(xiàn)在大都未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，水位的高低通常有水電管理人員進(jìn)行控管，非常麻煩，而且常出現(xiàn)斷水和水位過高產(chǎn)生的溢水事故。這給工廠和居民的生活帶來了極大的不便，同時(shí)也造成了不必要的水資源的浪費(fèi)。</p><p>　　于是結(jié)合我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，就有了這個(gè)課題。通過對(duì)水位控制進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造，從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動(dòng)控制有設(shè)計(jì)低成本、高實(shí)用價(jià)值的控制器

12、。該設(shè)計(jì)采用分立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,而達(dá)到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　2.1 目標(biāo)功能及分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)用80C51單片機(jī)為核心，由于單片機(jī)I/O管腳能夠使用的只有P0口，而設(shè)計(jì)的要求是利用引腳輸入信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并

13、且要輸出水位顯示，故障報(bào)警，啟動(dòng)停止水泵等功能，這樣一來我們只用單片機(jī)的P1引腳是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此需利用8255A對(duì)其引腳進(jìn)行擴(kuò)展， 通過8255A的PC口進(jìn)行信號(hào)的輸入并利用8255A的PA口連接數(shù)碼管來顯示實(shí)際水位，當(dāng)水位在不同的位置時(shí)利用程序控制將在數(shù)碼管上顯示這段時(shí)間的水位。并利用延時(shí)子程序來延時(shí)，延時(shí)時(shí)間1S，每間隔1S系統(tǒng)將進(jìn)行一次水位檢測(cè)，當(dāng)水位低于下限水位時(shí)將通過PC口輸入信號(hào)并由8255A將信號(hào)送到單片機(jī)，通過單片機(jī)來

14、控制水泵工作，同樣當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)將通過PC口輸入信號(hào)并由8255A將信號(hào)送到單片機(jī)，通過單片機(jī)的P1.6口來控制停止水泵工作，當(dāng)處于上下線之間是保持原有狀態(tài)，并且此設(shè)計(jì)我還設(shè)計(jì)故障報(bào)警和水質(zhì)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)通過PC口輸入信號(hào)并由8255A將信號(hào)送到單片機(jī)，再由單片機(jī)的P1.5和P1.7口輸出信號(hào)到發(fā)光二極管，通過二極管和水質(zhì)有問題時(shí)我通過發(fā)光二極管來顯示，同時(shí)停止系統(tǒng)工作。水位顯示設(shè)計(jì)的是動(dòng)態(tài)的，因此在設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)我要設(shè)計(jì)一&l

15、t;/p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　每部分電路都有其相應(yīng)的功能：首先由信號(hào)產(chǎn)生部分產(chǎn)生整個(gè)電路的輸入信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理部分處理后輸出其他電路的控制信號(hào)，控制其他電路工作：電機(jī)控制電路部分接收到由信號(hào)處理電路輸出的有效控制信號(hào)后正常工作驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)抽水，使水位上升，而水位的變化又直接關(guān)系到信號(hào)的產(chǎn)生，因此有一個(gè)循環(huán)的過程，即使水位

16、保持在一定范圍內(nèi)；水位顯示電路接收到有效信號(hào)后驅(qū)動(dòng)顯示器工作使其顯示該時(shí)刻的水位；水位超限時(shí)輸出為報(bào)警電路的有效控制信號(hào)使報(bào)警電路工作驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。有“信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)處理電機(jī)控制電機(jī)信號(hào)產(chǎn)生”這個(gè)循環(huán)就能使水塔具有自動(dòng)控制水位的能力。</p><p><b>　　2.3總體設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　分析可知，該設(shè)計(jì)電路主要有三個(gè)功能：水位控制、水位顯示與報(bào)

17、警。而要有這些功能就必須要有使其工作的控制信號(hào)，所以首先就必須要有輸入信號(hào)，因?yàn)槿蝿?wù)要求是自動(dòng)控制所以輸入信號(hào)也必須由電路自己產(chǎn)生而不能人為加入。因此可以將整個(gè)電路設(shè)計(jì)為五個(gè)部分：信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理、電機(jī)控制、報(bào)警控制和水位顯示電路。整體設(shè)計(jì)電路框架如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1整體設(shè)計(jì)電路框架</p><p><b>　　3. 單元設(shè)計(jì)</b><

18、;/p><p><b>　　3.1水位檢測(cè)</b></p><p>　　3.1.1水位檢測(cè)原理</p><p>　　單片機(jī)水塔水位控制原理如圖3-1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)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C，來反映水位變化的情況。其中，A棒在下限水位，B棒在

19、上、下限水位之間，C棒在上限水位。</p><p>　　水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著供水，水位不斷上升，當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，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“1”狀態(tài)．此時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水。</p><p>　　當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)，B棒和A棒導(dǎo)通，而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“1”狀態(tài)，c端

20、為“0”狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不下降，應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)b、c均為“0”狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給水塔注水。</p><p>　　圖3-1水位檢測(cè)電路示意圖</p><p>　　3.1.2水位控制電路設(shè)計(jì)</p><p

21、>　　水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測(cè)接口電路、報(bào)警接口電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩等部分組成。而設(shè)計(jì)中所用到的原件有鎖存器、AT89C51、74LS373。</p><p>　　圖3-2 水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)硬件電路</p><p><b>　　3.2 水位顯示</

22、b></p><p>　　利用單片機(jī)與8255A連接，將顯示水位信號(hào)通過8255A的PA口送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。而我們通過單片機(jī)的P1.0、P1.1和P1.2來控制LED管硬件圖如下：</p><p>　　圖3-4 顯示模塊硬件圖</p><p><b>　　3.3報(bào)警電路</b></p><p>　　這部分的主要功

23、能是當(dāng)水位超過警戒水位時(shí)或者傳感器出項(xiàng)故障時(shí)報(bào)警。如果水位超過警戒水位。P3.7口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警。</p><p>　　圖3-5 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.4進(jìn)出水電路</b></p><p>　　工作時(shí)，如果水位超過警戒水位，處理器會(huì)根據(jù)測(cè)得水位來判斷不同的處理方式。當(dāng)超過滿水位時(shí)，它會(huì)在P

24、2.2口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)繼電器吸合。出水電動(dòng)機(jī)得電開始工作。抽出水。直到低于警戒水位。當(dāng)?shù)陀诘退粫r(shí)，它會(huì)在P2.3口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)繼電器吸合。進(jìn)水電動(dòng)機(jī)得電開始工作。抽進(jìn)水。直到高于低警戒水位。</p><p>　　圖3-6 進(jìn)出水電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4．軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><

25、;b>　　4.1設(shè)計(jì)概述</b></p><p>　　一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是單片機(jī)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(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用MCS—51匯編語

26、言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。這個(gè)系統(tǒng)程序由主控程序、延時(shí)子程序，顯示子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個(gè)系統(tǒng)程序的運(yùn)行和跳轉(zhuǎn)。流程圖如圖5所示。包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報(bào)警等。  </p><p>　　軟件設(shè)計(jì)的具體步驟如下：</p><p>　　① 當(dāng)水位低于A時(shí)，由于極棒A和G、B和G之間被空氣絕緣，PC1和PC0得到低電平，全置0，單片機(jī)控制電路使P3

27、.0置零，繼電器吸合，啟動(dòng)水泵向水塔灌水；</p><p>　?、?當(dāng)水位高于A低于B時(shí)，PC1置1，PC0置0，繼電器常開觸電自保，因此升到A以上時(shí)，繼電器并不立即釋放，電極仍然供水； ③ 當(dāng)水位達(dá)到B時(shí)，PC0 、PC1均置1，單片機(jī)控制電路使P3.0置1，繼電器釋放，水泵停止工作；</p><p>　?、?用水過程中，水位降到B以下，PC0置0，PC1置1，維持原狀，電機(jī)

28、不工作，直到降到A以下，如此循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由P1.8置零，輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管D1進(jìn)行光報(bào)警。</p><p>　　⑤用水過程中，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到水質(zhì)有問題時(shí)，此時(shí)由P1.7口置零，輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管D2進(jìn)行光報(bào)警。若水泵工作則停止工作。</p><p><b>　　4.2設(shè)計(jì)流程圖</b

29、></p><p>　　流程圖1：下圖4-1主要實(shí)現(xiàn)的是控制水泵是否工作，故障檢測(cè)功能。</p><p><b>　　圖4-1 流程圖1</b></p><p>　　流程圖2：圖4-2是顯示水位的子程序設(shè)計(jì)流程圖，我們可以通過下面的子程序來顯示水位，此時(shí)若水位低于A導(dǎo)電片下我將其LED顯示水位為00，這是水泵工作，若水位低于C導(dǎo)電片下我將

30、其LED顯示水位為02，若水位低于D導(dǎo)電片下我將其LED顯示水位為04，若水位低于E導(dǎo)電片下我將其LED顯示水位為06，若水位低于B導(dǎo)電片下我將其LED顯示水位為08，若水位高于和等于B導(dǎo)電片時(shí)我將其LED顯示水位為12，停止水泵工作。</p><p><b>　　圖4-2流程圖2</b></p><p><b>　　5收獲與總結(jié)</b><

31、/p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)的是水塔水位控制。整個(gè)設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)不斷熟悉和掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的過程。這個(gè)過程又似一個(gè)探索與發(fā)現(xiàn)的過程，在這個(gè)過程中，我們會(huì)不斷的發(fā)現(xiàn)新問題，從而需要不斷的去探索，去尋求解決問題的方法與途徑，而每一次成功解決問題都會(huì)給我們以無比的鼓勵(lì)和愉悅。這個(gè)過程能夠給我們一個(gè)很好的鍛煉，不僅只是專業(yè)知識(shí)更好的掌握，更重要的是可以培養(yǎng)我們的興趣、思維能力和動(dòng)手能力。</p>

32、<p>　　作為一名電信工程專業(yè)的學(xué)生，單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對(duì)于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，在老師和同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對(duì)這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動(dòng)學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認(rèn)為這個(gè)收獲應(yīng)該說是相當(dāng)大的。</p><p&g

33、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊寧.單片機(jī)與控制技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2002; </p><p>　　[2] 陳永甫.基于MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003;</p><p>　　[3] 方大千,朱麗寧.電子控制裝置制作入門(第四版)[M].武漢:國(guó)防工

34、業(yè)出版社,1996; </p><p>　　[4] 張毅剛,彭喜元,姜守達(dá)和等.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003;</p><p>　　[5] 張毅剛,劉杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004; </p><p>　　[6] 何立民主編.單片機(jī)應(yīng)用文集[M].第一版.