基于单片机的水位控制新版系统标准设计.doc

单片机原理及系统课程设计评语：考勤10分守纪10分过程30分设计汇报30分答辩20分总成绩(100)专 业： 自动化 班 级： 自动化1201 姓 名: 王文玉 学 号： 09005 指导老师： 苟军年 兰州交通大学自动化和电气工程学院12月12日基于单片机水位控制系统设计1 引言 单片机课程学习，不仅要在书本上学到知识，更要在实际中得到锻炼。我认为要学好单片机这门课程，更关键是要学会经过实践巩固学到知识，只有把学到知识经过实践不停体会了解，才能愈加好掌握这门课程。此次课程设计我选择制作题目是基于单片机水位控制系统设计，在此次课程设计中关键以水塔供水为例,进行设计介绍。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功效，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出对应软件设计步骤图和C语言程序，并用Proteus软件仿真。1.1 设计背景 水位控制系统是现今生活和工业一个比较实用系统,其应用范围广泛,关键包含水塔、水库和锅炉水位控制等领域。以水塔供水为例,供水关键问题是塔内水位应一直保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。现在，控制水塔水位方法较多，其中较为常见是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以确保连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在许可范围内浮动，应采取电压控制水位,经过实时检测电压，测量水位改变，从而控制电动机工作状态，确保水位在正常范围内。2 设计方案及原理2.1经过水位改变上下限控制方法 这种控制方法经过在水塔不一样高度固定不动3根金属棒ABC，以感知水位改变情况。A棒接+5V电源，B棒C棒各经过一个电阻和地相连。利用51单片机为控制关键，设计成一个对供水箱水位能自动进行检测控制系统。假如水塔水位处于警界低水位状态时，开启水泵,水泵开始正转，开始向水塔供水；假如水塔水位处于正常水位状态时,水泵停止工作，水泵停转；假如水塔水位处于警界高水位状态时，开启水泵,水泵开始反转，开始从水塔排水；供水系统出现故障时，自动报警；故障解除时，水泵恢复正常工作。2.2水塔水位控制原理 在水塔内不一样高度处，安装固定不变3根金属棒A、B、C，用以反应水位改变情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，伴随供水，水位不停上升，当水位上升到上限水位时，因为水导电作用，使B、C棒均和+5 V连通。所以b、c两端电压全部为+5 V即为“1”状态此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；水位处于上、下限之间时，B棒和A棒导通，而C棒不能和A棒导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能和A棒接通，b、c均为“0”状态，此时应开启电机转动，带动水泵给水塔注水。 设计原理图如1所表示。 图1 水塔水位控制原理图3电路设计 水塔水位控制系统关键由CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、报警接口电路、存放器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成。 设计中所用到原件有排阻、AT89C51、L298、数码管、直流电机、LED灯。 电路框图图2所表示。AT89C51时钟电路复位电路水位检测电路报警电路水位显示控制电机报警 图2 水塔水位控制系统结构框3.1关键芯片介绍 AT89C51：89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压、高性能CMOS8位微处理器。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除100次。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中，ATMEL89C51是一个高效微控制器。L298：L298是SGS企业产品,比较常见是15个脚MultiwattL298N,内部一样包含4通道逻辑驱动电路,能够方便驱动两个直流电机,或一个两相步进电机,是一款电机驱动芯片。3.2水位检测接口电路 为了便于实现水位检测功效，用一个两位拨码开关模拟b、c端状态(1、0)，正电极接+5 V电源，每个负电极分别经过47 k电阻接地。将单片机端口接开关开。假设被水淹没负电极全部为高电平，此时开关置合；露在水面负电极全部为低电平，开关此时置为0。 单片机经过负电极反复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必需带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平；当水位过高时，检测信号为高电平单片机检测到端口为高电平后，电机反转带动水泵排水。即可检测到水位改变。3.3报警接口电路 为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时，报警信号从高、低警界水位电极取得,经过51单片机控制进行报警,警示水位在非正常水位。 单片机经过给控制电机两个控制端口高低电平从而控制电机正转、停转和反转,控制电机工作；两端口全部为高电平，电机停止工作,两端口为一高一低两种不一样电平时，电机开始正转或反转。 电机故障报警由单片机控制，电机故障报警信号由显示器显示。水位超出高警戒水位，单片机控制系统使电机反转，从水塔内开始抽水,直至水位降至正常水位,电机才能停止工作,即可依据水位显示发出警报。4系统软件设计4.1步骤图 水塔水位控制程序步骤图图3所表示 结束水位低水位很高水位过高水位过低水位为中开始开启泵电磁阀开启主用泵报警报警开启泵电磁阀 Y NY N Y N Y N N Y图3 水塔水位控制程序步骤图4.2试验源程序 试验源程序如附录。5试验仿真结果 依据所设计系统软件步骤图，编写对应程序在Proteus软件环境下实际仿真。 试验结果表明，该系统能成功实现了水位检测、电机故障检测、处理和报警等功效，含有良好检测控制功效，可移植性和扩展性强。 试验仿真图图4所表示。 图4 试验仿真图总结 该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计，充足利用单片机强大控制功效和方便通信接口，该检测控制系统在试验室某试验水冷却系统得到成功实践，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功效，提升了试验自动控制能力。所以，该系统在农村水塔，城市水源检测控制等领域有着宽广应用前景。参考文件1 陈海宴.51单片机原理及其应用M.北京:北京航空航天大学出版社，.32 何希才.传感器及其应用实例M.北京:机械工业出版社，.93 李广弟.单片机基础M.北京:北京航空航天大学出版社，.64 童诗白.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,.6 5 王思明.单片机原理及应用M.北京:科学出版社，.9附录试验源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit motor1=P26;sbit motor2=P27;/定义两个电机控制位sbit LED=P20;/定义电机工作指示灯控制位sbit beep=P36;/定义蜂鸣器发生控制位sbit gao=P30;sbit zhong=P31;sbit di=P32;/定义高中低三个水位指示灯对应控制位code uchar tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f;void delay (uint n) uchar a,b; for(a=n;a0;a-) for(b=110;b0;b-); void didi() beep=0;/蜂鸣器发声 delay(100); beep=1;/蜂鸣器停止发声 delay(100);void LED_SHOW() if(P1=0xff) zhong=1; di=1; P0=tab8;/数码管显示水位为8,为高水位 didi();/低水位报警 LED=0;/电机工作指示灯亮 gao=0;/点亮高水位指示灯 motor1=1; motor2=0;/电机开始反转,从水塔排水 if(P1=0xfe) zhong=1; di=1; P0=tab7;/数码管显示水位为7,为高水位 LED=0; gao=0; motor1=1; motor2=0; if(P1=0xfc) gao=1; di=1; P0=tab6;/数码管显示水位为6,为正常水位 LED=1;/电机工作指示灯熄灭 zhong=0;/点亮中水位指示灯 motor1=0; motor2=0;/电机停转 if(P1=0xf8) gao=1; di=1; P0=tab5;/数码管显示水位为5,为正常水位 LED=1; zhong=0; motor1=0; motor2=0; if(P1=0xfc0) gao=1; di=1; P0=tab4;/数码管显示水位为4,为正常水位 LED=1; zhong=0; motor1=0; motor2=0; if(P1=0xe0) gao=1; di=1; P0=tab3;/数码管显示水位为3,为正常水位 LED=1; zhong=0; motor1=0; motor2=0; if(P1=0x80) gao=1; zhong=1; P0=tab2;/数码管显示水位为2,为低水位 LED=0; di=0; motor1=0; motor2=1; if(P1=0x00) gao=1; zhong=1; P0=tab1;/数码管显示水位为1,为低水位 didi();/低水位报警 LED=0;/电机工作指示灯亮 di=0;/点亮高水位指示灯 motor1=0; motor2=1;/电机开始正转,向水塔加水 void main()P0=0; while(1) LED_SHOW();