水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究

1、 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究姓姓 名：名：王文雷學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：200905220130指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：張?jiān)Ｊ藢W(xué)學(xué) 院：院：光電工程學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：電子信息工程完完成成日日期期：2013 年 05 月 25 日 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究姓姓 名：名：王文雷學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：200905220130指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：張?jiān)Ｊ藢W(xué)學(xué) 院：院：光電工程學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：電子信息工程完完成成日日期期：2013 年 05 月 25 日摘 要人們生活以及工業(yè)經(jīng)常涉及到水位和流量的控制問題，例如飲料、食品，居民生活等的用水的供應(yīng)，污水處理，溶液過濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程，通常要

2、使用蓄水池。蓄水池中的水位需要維持一定的高度，太多容易溢出而造成浪費(fèi)，過少則無法滿足用水需求。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器系統(tǒng)來調(diào)整蓄水池的進(jìn)出流量，使得蓄水池內(nèi)水位保持正常水平，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些實(shí)際問題其實(shí)都可以簡化為水箱的水位控制問題。因此液位是工業(yè)生產(chǎn)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的效果。水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常長廣泛，可以把一個(gè)復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)簡化成一個(gè)水箱水位控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。所以就選擇了該題目的設(shè)計(jì)。本水箱液位控制器的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)，以單片機(jī)為核心控制水箱的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警

3、和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合工廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；水位；控制；報(bào)警AbstractPeople life and industrial production ofen involves the control of liquid level and flow,such as beverage,food processing,residents living water supply,sewage treatment,filtering solution,chemical production and other industries in th

4、e production production process,it is common to use a liquid storage tank.The liquid level in the reservoir of the need to maintain the appropriate height,too full to overflow caused by waste,too little is unable to meet the demand.therefore,need to design a suitable controller automatically adjust

5、the import and flow of liquid stotage tank,the liquid storage tank to maintain normal levels,to ensure product quality and production efficiency.The actual problems of these different background can be simplified to the water tank level control.Therefore,the liquid level is an important parameter in

6、 industry process contro.Especially in the dynamic state,using the suitable method for detection,control of the liquid level,can get very good production effect.Design and application of water tank liquid level control system is very long,can be a complex liquid level control system is simplified in

7、to a water tank liquid level control system.So I chose the design of the subject.The water tank liquid level controller MCU system is designed using chip microcomputer control technology,the single-chip microcomputer as the core control the water level of the water tank,and implementation of the ala

8、m and manual,automatic switching function.the system is easy to operate,good performance,more in line with the factory production control of water system.Key words:single chip microcomputer;water level;control;alarm目 錄第 1 章引言.1第 2 章基于單片機(jī)的水箱水位控制器的原理.22.1單片機(jī)概述.22.2水箱給水設(shè)備原理.22.380C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理.32.3.180

9、C51 單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明.32.3.2基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)工作原理.4第 3 章基于單片機(jī)的水箱水位控制器硬件設(shè)計(jì).63.1 基于單片機(jī)的水箱水位控制器系統(tǒng)硬件簡介 .63.1.1數(shù)據(jù)采集及處理模塊.63.1.2 光電隔離簡介 .103.1.3 給水泵電機(jī)主控回路介紹 .103.1.4 二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì) .113.2 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案.123.2.1 80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能說明.123.2.3 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案.12第 4 章 單片機(jī)水箱水位控制器程序設(shè)計(jì).134.1 程序概要設(shè)計(jì) .134.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖

10、 .144.3 手動(dòng)模式子程序原理及流程框圖 .16第 5 章 總 結(jié).20參考文獻(xiàn).21致謝.22水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 1 頁 共 22 頁 第 1 章 引言水箱水位控制系統(tǒng)是我國廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)，而基于單片機(jī)的自動(dòng)控制的原理，用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)協(xié)同的運(yùn)行參數(shù)，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水位的理想裝置。該系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了水位的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出一種成本低、高實(shí)用價(jià)值的水位控制器。它能自動(dòng)完成上水停水的全部循環(huán)，保

11、證液面高度處于較理想的范圍內(nèi)，它結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，適用于各種高層液體儲(chǔ)存的理想設(shè)備。不論社會(huì)經(jīng)濟(jì)如何飛速，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行系統(tǒng)的改造。從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水位的自動(dòng)控制有設(shè)計(jì)成本低、高實(shí)用價(jià)值的控制器。單片機(jī)，一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，它的誕生使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)以它功能強(qiáng)大，設(shè)

12、計(jì)簡單，制造廉價(jià)，支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多系統(tǒng)開發(fā)中。因此，基于單片機(jī)的水箱水位自動(dòng)控制器的研究有著重要的意義。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 2 頁 共 22 頁 第 2 章基于單片機(jī)的水箱水位控制器的原理2.1單片機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer,SCM）簡稱單片機(jī)，是把微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件（中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及 I/O 接口等）集成在一塊芯片上的一種微型計(jì)算機(jī)。隨著 SCM 在架構(gòu)上的不斷發(fā)展，新一代單片機(jī)不斷涌現(xiàn)，這些單片機(jī)的控制功能被不斷擴(kuò)充，許多外圍功能部件被內(nèi)裝化，

13、如 A/D、PWM、WDT 等，所以已不能用 SCM 來準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵了。目前國際上統(tǒng)一稱單片機(jī)為 MCU。在國內(nèi)，因單片機(jī)一詞已約定俗成而繼續(xù)沿用，但其內(nèi)涵應(yīng)該對(duì)應(yīng) MCU。由于單片機(jī)主要是面向控制的，因此又稱其為微控制器1。2.2水箱給水設(shè)備原理水箱給水設(shè)備系統(tǒng)由兩臺(tái)給水泵機(jī)組、水箱和三只浮球開關(guān)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1；系統(tǒng)框圖 2-2；圖 2-1水箱給水控制器結(jié)構(gòu)圖其中 M1、M2 為給水泵機(jī)組，LG、LD、LDD 分別為水位高、水位低、水位過低浮球開關(guān)，當(dāng)水位高（大于 90%）時(shí)，LG 閉合，當(dāng)水位低（小于75%）時(shí)，LD 閉合，當(dāng)水位過低（50%）時(shí)，LDD 閉合2。2.380

14、C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理2.3.180C51 單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明本系統(tǒng)采用的單片機(jī)引腳具體控制如下：水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 3 頁 共 22 頁 P1 口和 P3 口為輸入輸出檢則信號(hào)和控制信號(hào)。下面是芯片引腳具體分配：P1.0：水位過低輸入信號(hào)（低 0，高 1）P1.1：水位低輸入信號(hào)（低 0，高 1）P1.2：水位高輸入信號(hào)（高 1，低 0）P1.3：手動(dòng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）P1.4：M1 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）P1.5：M2 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）P1.6：M1 開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)（開 0，關(guān)

15、 1）P1.7：M2 開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)（開 0，關(guān) 1）P3.0：水位過低報(bào)警輸出信號(hào)P3.1：水位低報(bào)警輸出信號(hào)P3.2：水位高報(bào)警輸出信號(hào)P3.4：手動(dòng)起動(dòng) M1 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作P3.5：手動(dòng)起動(dòng) M2 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作P3.6：手動(dòng)停 M1 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作P3.7：手動(dòng)停 M2 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作32.3.2基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)工作原理當(dāng)水箱水位低時(shí)，起動(dòng) M1 給水，水位上升到 90%，停 M1；當(dāng)水箱水位過低（小于 50%）時(shí)，同時(shí)起動(dòng) M1、M2；當(dāng)水位上升到 50%以上 70%以下時(shí)，停 M2，M1 繼續(xù)運(yùn)行到水位上升到90%以上才停止工作。

16、經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到以下數(shù)據(jù)：水位從 50%-70%，兩臺(tái)泵運(yùn)行需要約 10 分鐘；水位從 70%-90%，一臺(tái)泵運(yùn)行需要約 15 分鐘。水箱的水位一般保持在 70%-90%4。報(bào)警控制如下：當(dāng)水位高于 90%的時(shí)候，由傳感器通過變送器發(fā)送信號(hào)，LG 閉合，系統(tǒng)液位過高報(bào)警。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 4 頁 共 22 頁 當(dāng)水位低于 75%的時(shí)候，由傳感器通過變送器發(fā)送信號(hào)，LD 閉合，系統(tǒng)液位低報(bào)警。當(dāng)水位過低與 50%的時(shí)候，由傳感器通過變送器發(fā)送信號(hào)，LDD 閉合，系統(tǒng)液位過低報(bào)警。自/手動(dòng)5模式控制轉(zhuǎn)換如下：自動(dòng)的模式下，系統(tǒng)自動(dòng)判斷水位高低，選擇不一樣的工作狀態(tài)。手動(dòng)

17、模式下，兩臺(tái)給水泵的運(yùn)行控制就可以由人工操作6。其部分原理圖如圖2-3所示圖 2-3 水位控制電路原理圖開關(guān) K1,K2,K3,K4,K5,K6 分別與單片機(jī)引腳 P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5相連7，他們的功能分別是：K1:LDD自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2;K2:LD自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1;K3:LG自動(dòng)停止M1M2;K4:LDD手動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2;K5:LG手動(dòng)停止M1M2;K6:LD自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1.水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 5 頁 共 22 頁 第 3 章硬件設(shè)計(jì)3.1基于單片機(jī)的水箱水位控制器系統(tǒng)硬件簡介3.1.1數(shù)據(jù)采集及處理模塊單片機(jī)是測(cè)量系統(tǒng)

18、數(shù)據(jù)交換的中心，此控制器采用的是 80C51 單片機(jī)在全靜態(tài)工作時(shí)振蕩器頻率為 012MHz。目前，8051 單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)7應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)完成工業(yè)的自動(dòng)化。89C51 是 Intel 公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè) 8 位的微型處理器 CPU；一個(gè)256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM；四個(gè) 8 位并行的 I/O 接口 P0-P3；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生

19、電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個(gè)部分的功能8。中央處理器 CPU 是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀入用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由 8 位算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件(簡稱 ALu)、定時(shí)/控制部件，若干寄存器 A、B、B5w、5P 以及 16 位程序計(jì)數(shù)器(Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器(DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對(duì) 8 位信息進(jìn)行+、-、x、/ 四則運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運(yùn)算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)的寄存器。

20、控制器部件是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器 PC、定時(shí)與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中取來并經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或 I/O 接口電路，完成指令功能。程序計(jì)數(shù)器 PC 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16 位可對(duì)以 K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后，PC 計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址9。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，RAM，片內(nèi)為 128B，片外最多可外擴(kuò) 64KB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速

21、RAM 的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 6 頁 共 22 頁 片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還可以降低功耗。程序存儲(chǔ)器，ROM，用來存儲(chǔ)程序，80C51 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片只讀存儲(chǔ)器，片外最多可以擴(kuò)展到64KB。中斷系統(tǒng)，具有 5 個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，具有 4 種工作的方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件10。串行口，1 個(gè)全雙工串行口,具有 4 種工作的方式。

22、可用來進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。特殊功能的寄存器，SFR，共有 21 個(gè)，用于 CPU 對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行控制、管理、監(jiān)視。單片機(jī)的時(shí)序功能：時(shí)鐘電路：80C51 片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTALI和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由外部方式產(chǎn)生或內(nèi)部方式產(chǎn)生。使用內(nèi)部方式的時(shí)候，在 C1和 C2 引腳上接微調(diào)電容和石英晶體就可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍在 1.212MHZ 之間。在采用外部時(shí)鐘11時(shí)，XTAL2 用來輸入外部的時(shí)鐘信號(hào)，而 XTALI 用來接地。時(shí)序

23、：單片機(jī) 80C51 的一個(gè)執(zhí)器周期由六個(gè)狀態(tài)(s1s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)兩個(gè)接蕩周期，分為 P1 和 P2 這兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器的周期由 12 個(gè)振蕩周期而組成。若采用 12MHz 的晶體振蕩器，那么每個(gè)狀態(tài)周期為 1/6us，每個(gè)機(jī)器周期為 1us；在一般情況下，邏輯和算術(shù)操作發(fā)生在 N 期間，而從內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸則發(fā)生在 P2 期間。對(duì)于單周期指令而言，當(dāng)指令操作碼讀入指令寄存器12時(shí)，使從 S1P2 開始執(zhí)行指令。假如是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的 s4 讀入第二字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，則在 51 單片機(jī)期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，并水箱液位控制器的設(shè)

24、計(jì)與研究作者：王文雷 第 7 頁 共 22 頁 且程序計(jì)算數(shù)據(jù)也不加 1。在結(jié)束時(shí)完成操作指令13。多數(shù) Mcs51 指令周期有 12 個(gè)機(jī)器周期，只有除法和乘法指令才需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需機(jī)器周期 4 個(gè)。 對(duì)于雙字節(jié)的單機(jī)器指令，通常在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器內(nèi)讀入兩個(gè)字節(jié)，但 Movx 指令除外，因?yàn)?Movx 指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)的雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行 Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問并且被選同時(shí)跳過 2 次取指操作。下面是80C51 單片機(jī)的振蕩電路。圖如 3-1：圖 3-180C51 震蕩電路原理圖引腳及其功能說明：80C51 單片機(jī)的 40 個(gè)引

25、腳7中有 2 個(gè)是主電源引腳，4 個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，2 個(gè)外接晶振的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。下面按引腳功能分為 4 部分?jǐn)⑹龈鱾€(gè)引腳的功能：電源引腳 Vcc 和 VssVcc（40 腳）：接+5V 電源的正端；Vss（20 腳）：接+5V 電源的正端；外接晶振引腳 XTAL1 跟 XTAL2：XTAL1（19 腳）：接晶體外部的一端。在單片機(jī)的內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器的構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，XTAL1 引腳接地；對(duì)于 CHOMS 單片機(jī)，XTAL1 引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端14。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷

26、 第 8 頁 共 22 頁 XTAL2（18 腳）：接石英晶體外部的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，XTAL2 引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于 CHMOS 芯片，XTAL2 引腳懸空不接。本系統(tǒng)采用 8051 單片機(jī)，附圖片如下 3-2：圖 3-280C51 結(jié)構(gòu)圖3.1.2 光電隔離簡介輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如圖 3-3：水箱的控制器由 8051 系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機(jī)的起停和電源波動(dòng)時(shí)對(duì)電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。光電隔離是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件，它主要功能是實(shí)現(xiàn)

27、電信號(hào)的傳送。輸入與輸出絕緣隔離，信號(hào)單向傳輸，無反饋影響?？垢蓴_性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。工作時(shí)，把輸入信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下輸出光電流，從而實(shí)現(xiàn)光電的兩次轉(zhuǎn)換。繼電器隔離是用電信號(hào)控制繼電器的機(jī)械觸電來實(shí)現(xiàn)隔離控制15。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 9 頁 共 22 頁 圖 3-3光電隔離電路原理圖3.1.3 給水泵電機(jī)主控回路介紹給水泵電機(jī)主控回路圖 3-4 如下：圖 3-4 給水泵電機(jī)控制電路原理圖圖中水泵電機(jī)主控回路由兩個(gè)水泵電機(jī)以及二直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，主控回路的控制信號(hào)由單片機(jī)的 P1.0,P1.1,P1.2,P1.3 發(fā)出，他們的引腳功能如下

28、：P1.0：M1 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）；P1.1：M1起動(dòng)KM1控制輸出信號(hào)。（手動(dòng)1，自動(dòng)0）；P1.2：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1）；P1.3：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1）。3.1.4 二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì)二級(jí)管顯示電路如圖 3-5 所示水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 10 頁 共 22 頁 圖 3-5 報(bào)警電路該電路主要由三個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，它們分別與單片機(jī)的 P0.0,P0.1,P0.2 端口相連16，其中 D1 是電機(jī)加水提示燈，D2 是電機(jī)抽水提示燈，D3 是電機(jī)停止提示燈。3.2 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案3.

29、2.1 80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能說明80C51 為數(shù)據(jù)采集及處理模塊核心，它主要完成系統(tǒng)對(duì)水位高低信號(hào)是否滿足指標(biāo)的信息的采集的任務(wù)，并對(duì)采集到的水位信號(hào)通過系統(tǒng)程序進(jìn)行對(duì)信號(hào)的判斷等處理，根據(jù)采集信號(hào)的不同，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)功能的引腳來實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱水位的控制。3.2.2 相關(guān)器件單片機(jī) 80C51；電動(dòng)機(jī) MOTOR；LED 燈；開關(guān)；模擬水箱3.2.3 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案 本系統(tǒng)電路分別由單片機(jī) 80C51，泵電機(jī) M1,M2 控制電路，水位反饋與報(bào)警控制電路三部分組成，通過該電路實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱廢水排放和進(jìn)水手動(dòng)、自動(dòng)切換以及報(bào)警功能17。其原理圖如下圖 3-6:水箱

30、液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 11 頁 共 22 頁 圖 3-6 基于 80C51 單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)原理圖水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 12 頁 共 22 頁 第 4 章 單片機(jī)水箱水位控制器程序設(shè)計(jì)4.1 程序概要設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序開發(fā)，使用的語言是匯編語言。程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)水位處于 LG(高)、LD(低)或 LDD(過低)時(shí)，報(bào)警信號(hào)輸出，判斷泵水方式(自動(dòng)或手動(dòng))。當(dāng)水位到達(dá)規(guī)定容量時(shí)，停止泵水。在次程序中，低電平為有效(即 0 為有效),高電平為無效(即 1 為無效)18。ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ；P

31、1 P3 口初始化置 1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AUT ；若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序END主程序框架圖如下：圖 4-1主程序原理框圖主程序要實(shí)現(xiàn)的是，對(duì)數(shù)據(jù)的初始化，并且判斷用戶是使用自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式，根據(jù)用戶的具體需求：若用戶選擇自動(dòng)模式，則程序調(diào)用自動(dòng)化子程序；若用戶選擇手動(dòng)模式，則程序調(diào)用手動(dòng)子程序。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 13 頁 共 22 頁 4.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖自動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自動(dòng)化控制模式。自動(dòng)模式子程序ORG 0000H

32、AJMP MAINORG 0060HMAIN： MOV P1, #FFH ；P1 P3 口初始化置 1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AUT ；若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序ENDAUT： NOP ；空命令JNB P1.2 ，LG ；水位高-LGJB P1.1，LD ；水位沒低-LDCLR P3.1 ；水位低報(bào)警JB P1.0, LDD ；水位未低低-LDDCLR P3.0 ；水位低低報(bào)警JNB P1.6, Y1 ；M1 已啟動(dòng)-Y1CLR P1.4 ；否則啟動(dòng) M1Y1： JNB P1.7 ,Y2 ；M2 已啟動(dòng)-Y2 CLR P1

33、.5 ；否則啟動(dòng) M2Y2： ACALL DELAY ；延時(shí) 1 分鐘 AJMP AUT ；返回自動(dòng)模式LDD： JNB P1.6 ,Y3 ；單獨(dú)運(yùn)行 M1（LDD水位LD）CLR P1.4 Y3： JB P1.7， Y2 SETB P1.5AJMP Y2LG： CLR P3.2 ；水位高報(bào)警LD： AJMP MAIN ；返回主程序自動(dòng)模式子程序原理框圖如圖 4-2：水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 14 頁 共 22 頁 圖 4-2自動(dòng)模式子程序原理框圖自動(dòng)模式子程序首先判斷水位是否高 LG，若水位高于指標(biāo)，則運(yùn)行“水位高報(bào)警”程序，并返回主程序。若水位不高，則判斷水位是否低 LD

34、，若水位低，則試運(yùn)行“水位低報(bào)警”程序。然后判斷水位是否低低 LDD：若水位沒有達(dá)到 LDD 的指標(biāo)，則試判斷“M1 是否開啟”，若沒有開啟，則開啟 M1;若“M1 開啟”則判斷“M2 是否開啟”，若“M2 開啟”，則程序運(yùn)行“停止M2”程序；若“M2 沒有開啟”，則試程序運(yùn)行“延遲 1 分鐘”， 一分鐘后程序 “返水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 15 頁 共 22 頁 回主程序”。若水位達(dá)到水位 LDD 的指標(biāo)，則運(yùn)行“水位低低報(bào)警”，然后程序判斷“M1是否開啟”，若“M1 未開啟”則運(yùn)行“M1 開啟”程序；若“M1 開啟”則程序判斷“M2 是否開啟”，若“M2 未開啟”則運(yùn)行“

35、M2 開啟”程序，若“M2 開啟”，則運(yùn)行“延遲一分鐘”，一分鐘后程序“返回主程序”。4.3 手動(dòng)模式子程序原理及流程框圖手動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自手動(dòng)控制模式。手動(dòng)模式子程序中判斷語句的條件是依據(jù)用戶的具體操作。手動(dòng)控制子程序MEN：NOP JNB P1.1 , MAIN ACALL KEYCJNE A ,#F0H,NN AJMP MENNN: JNB ACC.4 ,HM1JNB ACC.5, HM2JNB ACC.6, DM1JNB ACC.7, DM2AJMP MENHM1: JNB P1.6, MENCLR P1.4AJMP MENHM2: JNB

36、 P1.7, MEN CLR P1.5AJMP MENDM1: JB P1.6, MENSETB P1.4AJMP MENDM2: JB P1.7, MENSETB P1.5AJMP MEN水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 16 頁 共 22 頁 RET ；延時(shí) 30S 主程序T1M1:MOV R1, #F0HL4: MOV R2, #08HL1: MOV R3, #FAHL2: MOV R4, #FAHL1: DJNZ R4, L1DJNZ R3, L2DJNZ R2, L3DJNZ R1, L4RET ；延時(shí) 6ms 子程序T1M3:MOV R4, #12MM: MOV R5,

37、#248DJNZ R5, $DJNZ R4, D3RET ；有無鍵合子程序：KEY：ACALL KS1 ；有無閉合JNZ LK1ACALL TIM3AJMP KEY ；無鍵閉合返回LK1： ACALL TIM1ACALL TIM1ACALL KS1JNZ LK2ACALL TIM3AJMP KEYLK2： RETKS1： MOV A， P3 ；掃描 ANL A， #F0H ；屏蔽低 4 位 RET手動(dòng)模式子程序原理框圖如圖 4-3：水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 17 頁 共 22 頁 圖 4-3手動(dòng)模式子程序原理框手動(dòng)模式子程序首先判斷“水位是否 LG” ，若水位 LG 達(dá)到指標(biāo)

38、，則程序返回主程序20；若水位 LG 未達(dá)到指標(biāo)，則程序運(yùn)行“判斷有無鍵合”：水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 18 頁 共 22 頁 若“判斷沒有鍵合”則子程序進(jìn)行循環(huán)；若“判斷鍵合”，則程序判斷“M1 是否鍵合”。若用戶操作“M1 鍵合”，則程序運(yùn)行“判斷 M1 是否開啟”：若“M1 開啟”則子程序進(jìn)行循環(huán)；若“判斷 M1 未開啟”，則程序運(yùn)行“開啟 M1”。若用戶操作“M1 不鍵合”，則程序判斷“M2 是否鍵合”：若用戶操作“M2 鍵合”，則程序運(yùn)行“判斷 M2 是否開啟”；若“M2 開啟”則子程序進(jìn)行循環(huán)；若“判斷 M2 未開啟”，則程序運(yùn)行“開啟 M2”。若程序判斷用戶均未

39、進(jìn)行“M1、M2 鍵合”，則程序要判斷“是否停止 M1 鍵合”：若用戶操作“M1 停止鍵合”，則程序判斷“M1 是否停止”；若“M1 停止”，則子程序循環(huán)；若“M1 沒有停止”，則程序運(yùn)行“停止 M1”。若用戶不操作“M1 停止鍵合”，則程序判斷“是否停止 M2 鍵合”：若用戶操作“M2 停止鍵合”，則程序判斷“M2 是否停止”，若“M2 停止”，則子程序循環(huán)；若“M2 沒有停止”，則程序運(yùn)行“停止 M2”。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 19 頁 共 22 頁 第 5 章 總結(jié)在本次的畢業(yè)論文是基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)，主要核心就是 80C51 單片機(jī)。系統(tǒng)以單片機(jī) 89C51

40、為核心部件，單片機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)水箱水位信號(hào)的采集、處理、等功能;運(yùn)行程序該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:1)工作運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。能在多種不同環(huán)境中運(yùn)行。保證了該系統(tǒng)的可靠性。2)在無需人工干預(yù)的情況下，能有效地進(jìn)行水箱水位自動(dòng)控制，減少了勞動(dòng)力，減少了用電量，降低了成本。3)該控制器具有小巧、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用和節(jié)能降耗的特點(diǎn)。通過這次設(shè)計(jì)，我綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)去分析和解決問題，我深刻的了解和掌握了單片機(jī)的控制原理和設(shè)計(jì)方法。不僅加深和回顧了單片機(jī)等專業(yè)知識(shí)而且積累到單片機(jī)控制技術(shù)在實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)。由于自身缺少在實(shí)踐設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，所以在這次的設(shè)計(jì)中我自身也發(fā)現(xiàn)了很多不足的方面，從論文的本身的方面的結(jié)

41、構(gòu)到具體設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的不足使得設(shè)計(jì)和論文存在的很多的問題，但是在我的導(dǎo)師張?jiān)Ｊ死蠋煹募?xì)心指導(dǎo)下，經(jīng)過前后多次的修改和完善，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。單片機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)有著非常大潛力和非常好前景的專業(yè)技術(shù)，我相信通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，不僅掌握了這一專業(yè)技術(shù)，而且也提高了自己的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)，為我的大學(xué)生涯劃下一個(gè)完整的句號(hào)。水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究作者：王文雷 第 20 頁 共 22 頁 參考文獻(xiàn)1武慶生,仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.電子科技大學(xué)出版,1998,12.34-50.2姚勇,李忠勤.水箱水位的模擬控制裝置J.煤炭技術(shù),2004,12(9):63-72.3朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,2001,4.41