單片機課程設(shè)計---水位自動控制

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計報告</b></p><p>　　設(shè)計題目：水位自動控制</p><p>　　專業(yè)： 電機與電器 </p><p>　　班級： 101 班 </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2012-6-25 </p><p>　　微控制器技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計題目： 水位自動控制 7 </p><p>　　設(shè)計時間：

3、 2012.6.7——2012.6.19 　</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　在Proteus中畫出原理圖或使用實物，編制程序，實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、使用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位；</p><p>　　2、使用按鍵模擬水位開關(guān)；</p>&

4、lt;p>　　3、可以設(shè)定水位上、下限，到達(dá)或超過溫度上限時，電機停止轉(zhuǎn)動；到達(dá)或超過溫度下限時，電機開始轉(zhuǎn)動。</p><p>　　背景資料：1、單片機原理與應(yīng)用</p><p><b>　　2、檢測技術(shù)</b></p><p>　　3、計算機原理與接口技術(shù)</p><p><b>　　進度安排：<

5、;/b></p><p>　　1、第一天，領(lǐng)取題目，熟悉設(shè)計內(nèi)容，分解設(shè)計步驟和任務(wù)；</p><p>　　2、第2-3天，規(guī)劃設(shè)計軟硬件，編制程序流程、繪制硬件電路。</p><p>　　3、第4-6天，動手制作硬件電路，或編寫軟件，并調(diào)試。</p><p>　　4、第7天，中期檢查。</p><p>　　5、

6、第9-10天，完善為完成內(nèi)容，書寫設(shè)計報告。</p><p>　　6、第11天，提交設(shè)計報告，整理設(shè)計實物，等待答辯。</p><p>　　7、第12天，設(shè)計答辯。</p><p><b>　　題目：水位自動控制</b></p><p><b>　　一、設(shè)計目的</b></p><

7、;p>　　1、掌握51單片機的基本硬件結(jié)構(gòu)及工作原理。</p><p>　　2、熟悉關(guān)于51單片機系列的程序編寫，并學(xué)會基本程序的設(shè)計。</p><p>　　3、了解51系列單片機的有關(guān)控制系統(tǒng)的相關(guān)知識。</p><p>　　4、學(xué)會將理論賦予實踐，逐步掌握運用理論知識解決實際問題的方法。</p><p><b>　　二、設(shè)

8、計要求</b></p><p>　　在Proteus中畫出原理圖或使用實物，編制程序，實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、使用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位；</p><p>　　2、使用按鍵模擬水位開關(guān)；</p><p>　　3、可以設(shè)定水位上、下限，到達(dá)或超過水位上限時，電機停止轉(zhuǎn)動；到達(dá)或超過水位下限時，電機開始轉(zhuǎn)動。<

9、/p><p>　　4、設(shè)置聲光報警系統(tǒng)，當(dāng)水位過低或滿水位時，相應(yīng)報警指示燈閃爍，并發(fā)出報警聲。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　水位檢測電路可以通過兩個 51 單片機的管腳來感知水位的變化，產(chǎn)生不同的邏輯組合來控制是否進水或是停止進水。輸出端可由一個端口來控制電機的運行狀態(tài)，進而控制水泵的工作。<

10、/p><p>　　方案一:設(shè)計采用 ADC0808 芯片。用 LED 燈來顯示水位的高低。ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口，本次設(shè)計只要用其中一個。通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機，進而控制電機的運轉(zhuǎn)。采用可調(diào)電阻器來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調(diào)節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對比數(shù)字量來進行進行判斷水位的高低。進而通過輸出口對電機進行開關(guān)控制。</p><p>　　方案二

11、：本方案采用555電路進行控制，即當(dāng)水位探測傳感器探測到低水位時送一個低于1/3VCC的低電平給NE555芯片,555的輸出即為高電平驅(qū)動水泵加水;當(dāng)在正常的水位時候,送給NE555為1/3VCC----2/3VCC的電平,即保持前一個水泵不加水的狀態(tài);當(dāng)水位居于高水位時,給NE555電路一個高電平,這時NE555輸出電平翻轉(zhuǎn)為低電平,不能驅(qū)動水泵,水泵停止加水。</p><p>　　方案三：本方案采用單片機AT

12、89C51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,水位探測傳感器送給單片機一個高電平,然后單片機驅(qū)動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,水泵加水;當(dāng)水位在高水位時,單片機不能驅(qū)動水泵加水,黃燈閃爍。 </p><p>　　本課程設(shè)計采用方案三，這個方案中使用了單片機處理，單片機技術(shù)是信息時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不會

13、產(chǎn)生誤判的情況,由于AT89C51單片機有四端口，20引腳能夠非常方便地設(shè)計顯示系統(tǒng)。</p><p>　　四、設(shè)計原理和電路圖如下</p><p><b>　　1、系統(tǒng)原理</b></p><p>　　當(dāng)水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測器沒被+5V的電源導(dǎo)通進入穩(wěn)壓電路，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.7口，

14、輸出的高電平進入單片機的P1口單片機經(jīng)過分析，在P3.2口輸出一低電平，驅(qū)動紅燈閃爍，同時在P3.1口輸出一低電平，驅(qū)動蜂鳴器報警；P3.0出來一個信號使三極管導(dǎo)通，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時，水泵加水，在P3.2引腳出來一個低電平，使紅燈滅；當(dāng)水位在高水位區(qū)時，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高電平，送入單片機的P1.0口，單片機經(jīng)過分析，在P3.3引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在P3.1口輸出一低

15、電平，驅(qū)動蜂鳴器報警；P3.0輸出一個信號使三極管導(dǎo)通，使水泵停止加水。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　采用單片機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,水位探測傳感器送給單片機一個高電平,然后單

16、片機驅(qū)動水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍，同時報警;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時,水泵加水 ,當(dāng)水位在高水位時,單片機不能驅(qū)動水泵加水,黃燈閃爍，同時報警。</p><p>　　3、水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)的單片機選用AT89C51芯片，在Proteus 平臺下進行硬件仿真。硬件電路設(shè)計分為水位檢測、水位顯示、聲光報警、電機控制、振蕩電路和復(fù)位電路幾個部分。

17、</p><p>　　3.1 水位檢測電路</p><p>　　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P1.0～P1.7 連接的8個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1 所示</p><p><b>　　圖2 水位檢測電路</b></p>

18、;<p>　　3.2 水位顯示電路</p><p>　　采用一片LED數(shù)碼管進行顯示，由單片機P0.0～P0.7和P2.0口輸出段碼，進行水位顯示數(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和水滿時的水位標(biāo)志。水位顯示電路如圖2 所示 </p><p><b>　　圖3 水位顯示電路</b></p><p>

19、<b>　　3.3電機控制電路</b></p><p>　　加水時，電機正常工作。為確保水塔內(nèi)不能沒有水，所以在設(shè)計當(dāng)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)水位0 的時候就開始供水，電機工作。</p><p>　　電機控制部分，采用了三極管放大來控制電機的工作，由單片機P3.0 口進行控制。電機控制電路如圖4 所示。</p><p><b>　　圖4 電機控制電

20、路</b></p><p>　　3.4 振蕩電路和復(fù)位電路（見圖6）</p><p>　　圖 5 振蕩電路和復(fù)位電路</p><p><b>　　3.5聲光報警電路</b></p><p>　　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)，蜂鳴器報警；黃燈D2發(fā)亮，水泵停

21、止加水，蜂鳴器報警。原理圖如下圖4-4：</p><p>　　圖6 聲光報警電路</p><p><b>　　4 軟件程序設(shè)計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實時顯示液位值以及按鍵掃描等工作。主程序流程圖如圖4

22、-1所示。</p><p>　　圖7 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p><b>　　4.2 編寫C程序</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，在keil C51中編寫相應(yīng)程序，并檢索、編譯。查找編寫程序中的錯誤，并改正，最終得到正確的程序。并生成HEX文件。在仿真調(diào)試時使用。編寫的C程序見附錄2.</p><p

23、><b>　　五、元件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></p><p><b>　　六、硬件制作與調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與原件清單，設(shè)計電路圖，在proteus軟件里繪制電路圖，并進行仿真調(diào)試檢測程序及電路圖中的錯誤，最終得到正確的電路

24、圖。</p><p>　　調(diào)試成功后電路運行情況：單擊仿真運行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。按下低水位按鈕時，在LED 顯示器上顯示“0”， 低水位報警，低水位報警指示燈紅燈亮，蜂鳴器響，電機工作給水塔加水；按下水位1 按鈕時，，顯示水位為“1 ”， 低水位報警指示燈紅燈滅，電機工作給水塔加水；按下水位2 按鈕時，顯示水位為“2 ”；按下水位3 按鈕時，顯示水位

25、為“3 ”；按下水位4 按鈕時，顯示水位為“4”，水塔控制工作正常運行；按下水位7 按鈕時，顯示水位為“7”，高水位報警，黃燈亮，蜂鳴器響，電機停止工作?？傮w電路圖見附錄一。</p><p><b>　　七、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　該自動系統(tǒng)才用自帶存儲空間的8051單片機芯片，造型袖珍，線路簡單，運行效率高。與外部的聯(lián)系小，減少了外部干擾對系統(tǒng)的運行影

26、響，具有很好的穩(wěn)定性。在內(nèi)部干擾中，由于所有運算都有單片機芯片內(nèi)部自己完成，減少了數(shù)據(jù)傳輸損耗的可能性，對數(shù)據(jù)的運算傳輸可靠性高。</p><p>　　作為一名電器的大二學(xué)生，在即將就業(yè)之際，通過做這次課程設(shè)計是很有意義的。在做這次課程設(shè)計的過程中，為了讓自己的設(shè)計更加完善，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料。</p><p>　　其次，在這次課程設(shè)計中，我們運用了以前學(xué)過的專業(yè)課知識，如

27、：proteus仿真、C語言、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去我從未獨立應(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)計的又一收獲。</p><p>　　最后，要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進是程序設(shè)計的必

28、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)計中遇到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。</p><p>　　在這次的課程設(shè)計中，我真正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提高，這就是這次課程設(shè)計的最大收獲。</p><p><b>　　八、參考文獻</b

29、></p><p>　　[1]陳海宴. 51單片機原理及其應(yīng)用. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2010.3</p><p>　　[2]何希才. 傳感器及其應(yīng)用實例. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.9</p><p>　　[3]李廣弟. 單片機基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2007.6</p><p>　　[4]周瀾景.

30、 基于proteus電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真. 北京：北京航空航天大學(xué)出版</p><p><b>　　社 2006.5</b></p><p>　　[5]童詩白. 數(shù)字電子技術(shù). 北京：高等教育出版社,2001.6</p><p><b>　　附錄1 總體電路</b></p><p>　　附錄

31、2 系統(tǒng)總程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar code shuzu[]=</p><p>　　{0

32、xc0,0xf9,0xa4,0xb0,</p><p>　　0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80};</p><p><b>　　uint n,m;</b></p><p>　　//*******延時程序************</p><p>　　void delay()</p><p&

33、gt;<b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<12;i++)</p><p>　　for(j=0;j<120;j++);</p><p><b>　　}</b></p>&

34、lt;p>　　sbit k7=P1^7;</p><p>　　sbit k6=P1^6;</p><p>　　sbit k5=P1^5;</p><p>　　sbit k4=P1^4;</p><p>　　sbit k3=P1^3;</p><p>　　sbit k2=P1^2;</p><p

35、>　　sbit k1=P1^1;</p><p>　　sbit k0=P1^0;</p><p>　　sbit dj=P3^0;</p><p>　　sbit fmq=P3^1;</p><p>　　sbit led1=P3^2;</p><p>　　sbit led2=P3^3;</p><

36、p>　　//**********主程序*********** </p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　led1=0;</b></p><p><b>　　led2=0;</b></p>

37、;<p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(k6==1)</b></p><p><b>　　dj=1;</b></p><p><b>　　if(k7=

38、=0)</b></p><p><b>　　n=0;</b></p><p><b>　　if(k6==0)</b></p><p><b>　　n=1;</b></p><p><b>　　if(k5==0)</b></p>&

39、lt;p><b>　　n=2;</b></p><p><b>　　if(k4==0)</b></p><p><b>　　n=3;</b></p><p><b>　　if(k3==0)</b></p><p><b>　　n=4;<

40、;/b></p><p><b>　　if(k2==0)</b></p><p><b>　　n=5;</b></p><p><b>　　if(k1==0)</b></p><p><b>　　n=6;</b></p><p&g

41、t;<b>　　if(k0==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=7;dj=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　P0=shuzu[n];</p><

42、p><b>　　if(k7==1)</b></p><p>　　for(m=0;m<10;m++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　fmq=~fmq;</b&g

43、t;</p><p>　　led1=~led1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k0==0)</b></p><p>　　for(m=0;m<10;m++)</p><p><b>　　{</b><

44、/p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　fmq=~fmq;</b></p><p>　　led2=~led2;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b>&