課程設(shè)計-單片機(jī)水塔水位控制

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)整體設(shè)計說明1</p><p>　　第2章 整體設(shè)計方案2</p><p>　　第3章 設(shè)計系統(tǒng)方框圖與工作原理3</p><p><b>　　3.1工作原理3</b></p><p>　　

2、3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4</p><p>　　第4章 硬件設(shè)計及說明5</p><p>　　4.1硬件設(shè)計說明5</p><p>　　4.2水位控制硬件設(shè)計5</p><p>　　4.3故障及水質(zhì)監(jiān)測硬件設(shè)計6</p><p>　　4.4 水位顯示硬件設(shè)計原理圖7</p><p>　　第

3、5章 軟件設(shè)計與說明8</p><p>　　5.1 軟件設(shè)計8</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計流程圖10</p><p>　　第6章 調(diào)試步驟、使用說明12</p><p>　　第7章 設(shè)計總結(jié)13</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><

4、p><b>　　附錄14</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)整體設(shè)計說明</p><p>　　現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信

5、息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有力工具。現(xiàn)代的廣義智能檢測系統(tǒng)應(yīng)包括一切以計算機(jī)（單片機(jī)、PC機(jī)、工控機(jī)、系統(tǒng)機(jī)）為信息處理核心的檢測設(shè)備。因此，智能檢測系統(tǒng)包括了信息獲取、信息傳送、信息處理和信息輸出等多個硬、軟件環(huán)節(jié)。從某種程度上來說，智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展水平表現(xiàn)了一個國家的科技和設(shè)計水平。</p><p>　　本課題研究的內(nèi)容是“水塔水位控制系統(tǒng)”。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，而以往水位的

6、檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進(jìn)行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室。然后主控室再開動電機(jī)進(jìn)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)，我所設(shè)計的就是這方面的課題。</p><p>　　水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本設(shè)計采用單

7、片機(jī)進(jìn)行主控制，在水水塔上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用單片微機(jī)對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報警及顯示水位等功能。</p><p>　　第2章 整體設(shè)計方案</p><p>　　本設(shè)計用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)計的要求是利用引腳輸

8、入信號并對信號進(jìn)行處理，并且要輸出水位顯示，故障報警，污水報警，啟動停止水泵等功能，這樣一來我們只用單片機(jī)的P1引腳是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，（單片機(jī)的P1,P2和P3的部分引腳不能用來信號的輸入輸出）因此我利用8255A對其引腳進(jìn)行擴(kuò)展， 通過8255A的PC口進(jìn)行信號的輸入并利用8255A的PA口連接兩個數(shù)碼管來顯示實際水位，當(dāng)水位在不同的位置時利用程序控制將在數(shù)碼管上顯示這段時間的水位。并利用延時子程序來延時，延時時間1S，每間隔1S系統(tǒng)將進(jìn)

9、行一次水位檢測，當(dāng)水位低于下限水位時將通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機(jī)，通過單片機(jī)來控制水泵工作，同樣當(dāng)水位上升到上限水位時將通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機(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)計我還設(shè)計故障報警和水質(zhì)檢測，當(dāng)檢測到故障時通過PC口輸入信號并由8255A將信號送到單片機(jī)，再由單片機(jī)的P1.5和P1.7口輸出信號到發(fā)光二極管，通過二極管和水質(zhì)有

10、問題時我通過發(fā)光二極管</p><p>　　第3章 設(shè)計系統(tǒng)方框圖與工作原理</p><p><b>　　3.1工作原理：</b></p><p>　　我們可以設(shè)置水位的上下限，在正常情況下，應(yīng)保持水位在上下限之間。為此，在水塔內(nèi)的不同高度安裝3根金屬棒，以感知水位變化情況。其中，A棒處于下限水位，B處于上限水位，G浮球在上下水位之間，它可以在

11、水面上浮動。</p><p>　　水塔由電機(jī)帶動水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，以達(dá)到水位控制之目的。供水時，水位上升，當(dāng)達(dá)到上限時，由于水的導(dǎo)電作用，G棒連通+5V。因此，A、B兩端均為1狀態(tài)，這時應(yīng)停止電機(jī)和水泵的工作，不再給水塔供水。</p><p>　　當(dāng)水位降到下限時，A、B棒都不能與G棒導(dǎo)電，因此A、B兩端均為0狀態(tài)。這時，應(yīng)啟動電機(jī)，帶動水泵工作，給水塔供水。</p>

12、;<p>　　當(dāng)水位處于上下限之間時，G棒與A棒導(dǎo)通，因此B棒不能與G棒導(dǎo)通，A端為1狀態(tài)，B端為0狀態(tài)。這時，無論是電機(jī)已在帶動水泵給水塔供水，水位在不斷上升，或者是電機(jī)沒有工作，用水使水位在不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)。</p><p>　　為了滿足本次課程設(shè)計的要求，我們還要顯示上下限水位之間的幾個數(shù)值，其電路的接法和A棒和B棒一樣，都是接一個電阻然后接地，然后將端口接到單片機(jī)上，通過

13、單片機(jī)與顯示器連接，以顯示不同的水位值。由于本次課程設(shè)計不需要動態(tài)顯示所以只需要一個顯示器即可。</p><p>　　3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:</p><p>　　該方案以單片機(jī)為核心，配以一定的外圍電路和軟件，以實現(xiàn)水塔水位控制的功能。它由硬件部分和軟件部分組成。系統(tǒng)設(shè)計方案的硬件電路設(shè)計框圖如下圖1所示。</p><p><b>　　圖3.1</b&

14、gt;</p><p>　　第4章 硬件設(shè)計及說明</p><p>　　4.1硬件設(shè)計說明:</p><p>　　此設(shè)計也可以用PROTEUS來進(jìn)行仿真，我們可以在此軟件中仿真有點繁瑣，我的硬件仿真是在試驗臺上進(jìn)行的，但基本接線與下圖2一樣，由于試驗臺上沒有水泵，我就用發(fā)光二極管來代替水泵，通過二極管是否發(fā)光來顯示出水泵是否工作。用80C51設(shè)計一個單片機(jī)最小控制系

15、統(tǒng)。其中PC0接水位上限傳感器；PC1接水位下限傳感器；PC4輸出后接光電耦合器，用來檢測水的質(zhì)量，P1.6輸出后通過繼電器控制水泵工作；P1.5輸出后接LED，當(dāng)出現(xiàn)故障是LED發(fā)亮；P1.7輸出后接LED，當(dāng)水出現(xiàn)渾濁時LED發(fā)亮。</p><p>　　4.2水位控制硬件設(shè)計：</p><p>　　用導(dǎo)電片、導(dǎo)線等設(shè)計一個水塔水位傳感器。其中A電極置于水位2m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8

16、255A的PC1口， B電極置于水位12m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC0口，C電極置于水位4m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC2口，D電極置水位6m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC4口，E電極置于水位8m處經(jīng)4.7K下拉電阻接8255A的PC5口并將它們?nèi)拷拥?。再設(shè)計一個導(dǎo)電浮球G并在浮球上接+5V電壓。設(shè)計一個單片機(jī)至水泵的控制電路。要求單片機(jī)與水泵之間要用光電耦合器和繼電器控制，計算出LED限流電阻，接好繼電

17、器的續(xù)流二極管。硬件仿真圖如下：</p><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　4.3故障及水質(zhì)監(jiān)測硬件設(shè)計：</p><p>　　利用光電傳感器測出水的渾濁度并轉(zhuǎn)換成電壓與標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)所得電壓做與比較，通過PC3口接入單片機(jī)。利用發(fā)光二極管來顯示。硬件仿真圖如下：</p><p><b>　　

18、圖4.2</b></p><p>　　4.4 水位顯示硬件設(shè)計原理圖：</p><p>　　利用單片機(jī)與8255A連接，將顯示水位信號通過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和P1.1來控制兩個LED管硬件仿真圖如下：</p><p><b>　　圖4.3</b></p><p>

19、　　第5章 軟件設(shè)計與說明</p><p><b>　　5.1 軟件設(shè)計：</b></p><p>　　一個應(yīng)用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，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，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波

20、，信號處理等。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匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進(jìn)行軟件編程。這個系統(tǒng)程序由主控程序、延時子程序，顯示子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個系統(tǒng)程序的運行和跳轉(zhuǎn)。流程圖如圖5所示。包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報警等。  </p><p>　　軟件設(shè)計的具體步驟如下：</p><p>　?、?當(dāng)水位低于A時，由于極棒A和

21、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P3.0置零，繼電器吸合，啟動水泵向水塔灌水；</p><p>　?、?當(dāng)水位高于A低于B時，PC1置1，PC0置0，繼電器常開觸電自保，因此升到A以上時，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，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&

22、gt;　?、?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)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，由P1.8置零，輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管D1進(jìn)行光報警。</p><p>　?、萦盟^程中，當(dāng)光電傳感器檢測到水質(zhì)有問題時，此時由P1.7口置零，輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管D2進(jìn)行光報警。若水泵工作則停止工作。</p

23、><p>　　5.2 軟件設(shè)計流程圖：</p><p>　　流程圖1：下圖2主要實現(xiàn)的是控制水泵是否工作，故障檢測，水質(zhì)檢測的功能。</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　如下圖3是顯示水位的子程序設(shè)計流程圖，我們可以通過下面的子程序來顯示水位，此時若水位低于A導(dǎo)電片下我將其LED顯示水位為00，

24、這是水泵工作，若水位低于C導(dǎo)電片下我將其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)電片時我將其LED顯示水位為12，停止水泵工作。</p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　第6章 調(diào)試步驟、使用說明&

25、lt;/p><p>　　1)硬件的調(diào)試機(jī)器故障排除</p><p>　　硬件的調(diào)試在上電后的工作是不是正常，主要包括不插單片機(jī)的調(diào)試和插上單片機(jī)的檢測。</p><p>　　2) 無單片機(jī)的調(diào)試</p><p>　　無單片機(jī)調(diào)試主要檢查電路工作是否正常，調(diào)試數(shù)碼管是否點亮，顯示數(shù)據(jù)是否正確，具體步驟如下：</p><p>

26、;　　A：打開電源，將輸出電壓調(diào)到5伏，然后關(guān)閉電源。</p><p>　　B：將電路板的火線與電源正極相連，地線與負(fù)極相連。</p><p>　　C：打開電源，用萬用表檢測電路板是否有輸出電壓，如果有就是好的，沒有就要檢測是否有短路。</p><p>　　D：電路檢查完后，關(guān)閉電源，用一根導(dǎo)線與電源負(fù)極相連，然后打開電源，用導(dǎo)線的另一端逐個與P0、P2口的管腳接觸

27、，看數(shù)碼管顯示是否正確。</p><p>　　調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法：</p><p>　　（1）上電后，用導(dǎo)線一端接低電平，另一端逐一連接P0、P2管腳，數(shù)碼管顯示不正常，檢測后發(fā)現(xiàn)管腳有短路現(xiàn)象，將短路管腳重新焊接后，顯示正常。</p><p>　?。?）反復(fù)調(diào)試幾次后，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，有時沒反應(yīng)。仔細(xì)分析后，覺得是穩(wěn)壓管有問題，拆除后直接接5V電壓源，

28、問題解決。</p><p>　?。?) 有單片機(jī)的調(diào)試</p><p>　　加上單片機(jī)，目的是看單片機(jī)能否正常工作，有效地控制顯示數(shù)據(jù)。編寫一個小程序，燒入芯片中加點調(diào)試。</p><p>　　將編好的程序進(jìn)行編譯，即將*.ASM文件轉(zhuǎn)化為*.BIN文件，然后燒入片子。程序的編譯和燒入將在以后介紹。</p><p>　　把單片機(jī)AT89C51

29、接入底座插入底座，加電，看各位顯示是不是正確。 </p><p>　　用復(fù)位鍵看顯示是否正確，如果穩(wěn)定，表示調(diào)試成功。</p><p>　　調(diào)試過程中遇到的問題：上電后，用示波器檢測30腳，發(fā)現(xiàn)沒有時鐘頻率輸出，仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)30腳沒接高電平，重新焊接后，輸出漂亮的時鐘脈沖。</p><p><b>　　第7章 設(shè)計總結(jié)</b></p>

30、;<p>　　本次課程設(shè)計我們設(shè)計的是水塔水位控制。整個設(shè)計過程就是一個不斷熟悉和掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方法的過程。這個過程又似一個探索與發(fā)現(xiàn)的過程，在這個過程中，我們會不斷的發(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給我們以無比的鼓勵和愉悅。這個過程能夠給我們一個很好的鍛煉，不僅只是專業(yè)知識更好的掌握，更重要的是可以培養(yǎng)我們的興趣、思維能力和動手能力。</p><

31、;p>　　作為一名電氣工程專業(yè)的學(xué)生，單片機(jī)的課程設(shè)計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學(xué)的東西應(yīng)用到實際中。雖然自己對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，但是靠著這倆個星期認(rèn)真的學(xué)習(xí)，在老師和同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認(rèn)為這個收獲應(yīng)該說是相當(dāng)大的。</p><p>

32、　　一開始我們從老師那領(lǐng)來課題，回去后找參考書，上網(wǎng)找資料，把程序輸?shù)杰浖性俜抡妫l(fā)現(xiàn)很多程序都是不完整的，這讓我們傷透了腦筋。看著別的小組都弄得有模有樣了，可是我們連這個課題程序都沒有弄好。最后反復(fù)推敲仿真結(jié)果還是很不盡人意。程序接線什么的都沒改好了，使用電腦軟件調(diào)試沒有問題，可是就是無法達(dá)到預(yù)期想要的結(jié)果。無奈之下不得不求助于老師，經(jīng)過老師給我們分析講解程序的各個環(huán)節(jié)設(shè)計。經(jīng)過大家一起努力，終于完成了設(shè)計。應(yīng)該說這是通過我們小組成

33、員的共同努力和動腦完成的，雖然內(nèi)容并不是很復(fù)雜，但是我們覺得設(shè)計的過程相當(dāng)重要，學(xué)到了很多，收獲了很多。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]教材《單片微型計算機(jī)技術(shù)》 劉國榮 編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2]《單片微型計算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)》 張迎新 編 國防工業(yè)出版社</p>

34、;<p>　　[3]《單片機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》 房小翠 編 國防工業(yè)出版社</p><p>　　[4]《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》 何立民 編 北航出版社</p><p>　　[5]《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 曹琳琳編 國防科技大學(xué)出版社</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b

35、>　　附錄A 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　附錄B系統(tǒng)程序清單</b></p><p>　　org 0000h</p><p>　　sjmp main</p><p>　　org 0030h</p><p>　　main: mov dptr

36、, #0cfa3h</p><p>　　mov a, #89h</p><p>　　movx @dptr, a</p><p>　　mov dptr, #0cfa2h</p><p>　　movx a, @dptr</p><p>　　jnb acc.3,lp1</p><p>

37、　　jb acc.0,one</p><p>　　jb acc.1,three</p><p>　　clr P1.6</p><p>　　setb p1.5</p><p>　　setb p1.7</p><p>　　acall main1</p><p>　　back:

38、acall delay1</p><p>　　sjmp main</p><p>　　lp1: clr P1.5</p><p>　　setb P1.6 </p><p>　　acall main1</p><p>　　lp2: sjmp main</p><p>

39、;　　one: jb acc.1, two</p><p>　　clr P1.7</p><p>　　setb P1.6</p><p>　　setb p1.5 </p><p>　　acall main1</p><p>　　four: ajmp main</p><p

40、>　　two: setb P1.6</p><p>　　setb p1.5 </p><p>　　acall main1</p><p>　　ajmp back</p><p>　　three:clr P1.6 </p><p>　　setb p1.5</p><

41、;p>　　setb p1.7</p><p>　　acall main1</p><p>　　ajmp back</p><p><b>　　;延時2ms</b></p><p>　　delay: mov r6,#10</p><p>　　dl1: mov r5,#48 </p

42、><p><b>　　dl3: nop</b></p><p><b>　　nop </b></p><p>　　djnz r5,dl3</p><p>　　djnz r6,dl1</p><p><b>　　ret</b></p>&

43、lt;p><b>　　;延時1S</b></p><p>　　delay1: mov r6,#4</p><p>　　dl1: mov r5,#251</p><p>　　dl2: mov r4,248</p><p>　　dl3: nop</p><p><b>

44、;　　nop</b></p><p>　　djnz r4,dl3</p><p>　　djnz r5,dl2</p><p>　　djnz r6,dl1</p><p><b>　　Ret</b></p><p><b>　　;顯示水位</b></p>

45、<p>　　main1: jb acc.1,return1</p><p>　　mov r1, #0</p><p>　　mov a, r1</p><p><b>　　acall dir</b></p><p><b>　　ret</b></p>

46、<p>　　return1: jb acc.2, return2</p><p>　　mov r1, #02</p><p>　　mov a, r1</p><p><b>　　acall dir</b></p><p><b>　　ret</b></p&

47、gt;<p>　　return2: jb acc.4, return3</p><p>　　mov r1, #04</p><p>　　mov a, r1</p><p><b>　　acall dir</b></p><p><b>　　ret</b></

48、p><p>　　return3: jb acc.0, return4</p><p>　　mov r1, #06</p><p>　　mov a, r1</p><p>　　acall dir </p><p><b>　　ret</b></p>

49、<p>　　return4: jb acc.0, return5</p><p>　　mov r1, #08</p><p>　　mov a, r1</p><p>　　acall dir </p><p><b>　　ret</b></p><p>　　ret

50、urn5: mov r1, #12</p><p>　　mov a, r1</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　dir: clr p1.0</p><p>　　setb p1.1 </p><p>　　mov b,#10

51、</p><p><b>　　div ab</b></p><p><b>　　acall dir</b></p><p>　　acall delay</p><p><b>　　setb p1.0</b></p><p><b>　　clr

52、 p1.1</b></p><p><b>　　mov a,b</b></p><p>　　acall dir </p><p>　　mov dptr, #tab</p><p>　　movc a, @a+dptr</p><p>　　mov dptr,#0cfa1

53、h</p><p>　　movx @dptr, a</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　tab: db 3fh 06h 5bh 4fh</p><p>　　db 66h 6dh 7dh 07h</p><p>　　db 7fh 6fh 77h 7ch&