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文檔簡介
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 學(xué)號 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)手冊的能力。</p><p> ?、?學(xué)習(xí)protel軟件的使用。</p><p> ?、?學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報告。</p><p><b>
3、 二、基本要求:</b></p><p> ?、?以MCS-51系列單片機(jī)為核心,組成一個水位自動控制系統(tǒng)。</p><p> ?、?六區(qū)間式水位顯示。</p><p> ?、?全自動位式進(jìn)水。</p><p> ?、?滿水、低水水位報警。</p><p> ?、?水位傳感器故障自檢及報警提示。</p
4、><p> ⑥ 能延時恢復(fù)的報警消音。</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,用單片機(jī)對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。</p><p> 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 電信號 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5</b></p><p> 3.1.1水位檢測原理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,就有了這個課題。通過對水位控制進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的改造,從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動控制有設(shè)計(jì)低成本、高實(shí)用價值的控制器
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并對信號進(jìn)行處理,并
13、且要輸出水位顯示,故障報警,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,因此需利用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口連接數(shù)碼管來顯示實(shí)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)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
14、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(jì)我還設(shè)計(jì)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)有問題時我通過發(fā)光二極管來顯示,同時停止系統(tǒng)工作。水位顯示設(shè)計(jì)的是動態(tài)的,因此在設(shè)設(shè)計(jì)時我要設(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:首先由信號產(chǎn)生部分產(chǎn)生整個電路的輸入信號,該信號經(jīng)過信號處理部分處理后輸出其他電路的控制信號,控制其他電路工作:電機(jī)控制電路部分接收到由信號處理電路輸出的有效控制信號后正常工作驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動抽水,使水位上升,而水位的變化又直接關(guān)系到信號的產(chǎn)生,因此有一個循環(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后驅(qū)動顯示器工作使其顯示該時刻的水位;水位超限時輸出為報警電路的有效控制信號使報警電路工作驅(qū)動報警器報警。有“信號產(chǎn)生信號處理電機(jī)控制電機(jī)信號產(chǎn)生”這個循環(huán)就能使水塔具有自動控制水位的能力。</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)電路主要有三個功能:水位控制、水位顯示與報
17、警。而要有這些功能就必須要有使其工作的控制信號,所以首先就必須要有輸入信號,因?yàn)槿蝿?wù)要求是自動控制所以輸入信號也必須由電路自己產(chǎn)生而不能人為加入。因此可以將整個電路設(shè)計(jì)為五個部分:信號產(chǎn)生、信號處理、電機(jī)控制、報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</b></p><p> 3.1.1水位檢測原理</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,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,B、C棒均不能與A棒導(dǎo)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。</p><p> 圖3-1水位檢測電路示意圖</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。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或者傳感器出項(xiàng)故障時報警。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)動揚(yáng)聲器發(fā)聲報警。</p><p> 圖3-5 報警模塊電路設(shè)計(jì)</p><p><b> 3.4進(jìn)出水電路</b></p><p> 工作時,如果水位超過警戒水位,處理器會根據(jù)測得水位來判斷不同的處理方式。當(dāng)超過滿水位時,它會在P
24、2.2口輸出高電平,三極管導(dǎo)通,驅(qū)動揚(yáng)繼電器吸合。出水電動機(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,它會在P2.3口輸出高電平,三極管導(dǎo)通,驅(qū)動揚(yáng)繼電器吸合。進(jìn)水電動機(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,用軟件編程有時會變得很簡單,如數(shù)字濾波,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
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(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,故障報警等。 </p><p> 軟件設(shè)計(jì)的具體步驟如下:</p><p> ?、?當(dāng)水位低于A時,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> ?、?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,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><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)我們設(shè)計(jì)的是水塔水位控制。整個設(shè)計(jì)過程就是一個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>
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所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)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,但是靠著這段時間的學(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&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.
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