《單片機課程設計》報告水塔水位控制系統(tǒng)

1、 機械與車輛學院單片機課程設計報告（2012-2013學年第一學期） 課程設計題目：水塔水位控制系統(tǒng)姓名：學號：210404021045 班級：00機械電子工程33班指導老師：chenlaoshi時間：2013年 1 月14日2013年 1 月25日成績： 目錄一、 課程設計性質(zhì)和目的2二、 課程設計的內(nèi)容及要求2三、 課程設計的進度及安排3四、 設計所需設備及材料3五、 設計思路及原理分析4六、 流程圖及程序編寫5七、 調(diào)試運行8八、 結(jié)果及分析9九、 心得體會10十、 參考文獻10十一、 致謝11十二、 附錄.11一、課程設計性質(zhì)和目的 這次課程設計水塔水位控制是繼這學期我們學習的單片機原

2、理與接口技術課程與實驗結(jié)束后的一門綜合性實踐課，讓學生初步嘗試把理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)了學生的實踐能力。水塔水位控制設計需要緊密結(jié)合所學的知識，在參閱相關資料中，可以加深、鞏固所學知識，同時也拓寬了知識面，有一定的深度和廣度，能充分發(fā)揮學生的能動性和想象力。通過電路設計、安裝、調(diào)試等一系列環(huán)節(jié)的實施，提高學生的單片機應用系統(tǒng)的設計能力。二、課程設計的內(nèi)容及要求1、硬件設計（1）用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中P2.0接水位下限傳感器，P2.1接水位上限傳感器，P2.2輸出經(jīng)反相器后接光電耦合器，通過繼電器控制水泵工作，P2.3輸出經(jīng)反相器后接LED，當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P2.4輸

3、出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。（2）用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。其中A電級置于水位10CM處，接5V電源的正極，B級置于水位15CM處，經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.0口，C電級置于水位的20CM處，經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.1口。（3）設計一個單片機至水泵的控制電路。要求單片機與水泵之間用反相器、光電耦合器和繼電器控制，計算出LED限流電阻，接好繼電器的續(xù)流二極管。2、軟件設計（1）根據(jù)功能要求畫出控制程序流程圖。（2）根據(jù)控制程序流程圖編寫80C51匯編語言或C51程序3、功能要求：（1）水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵,水塔水位上升至上限水位則關閉水泵

4、。（2）水塔水位在上、下限水位之間時，水泵保持原狀態(tài)。（3）供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警。三、課程設計的進度及安排 序號項              目時   間1布置課程設計任務、講授焊接基本知識1天2水塔水位控制總體方案設計、仿真器使用1天3硬件設計和制作1天4硬件制作和調(diào)試1天5Protel99的使用1天6軟件設計和軟件調(diào)試1天7綜合調(diào)試1天8整體調(diào)試1天9檢測驗收、寫課程設計報告1天10答辯1天表1 課程設計的進及安排表四、設計所需設備及

5、材料元件名原 理 圖 工作原理個數(shù) 繼電器SRD-12VDC-SL-C 線圈通電產(chǎn)生磁場，吸附開關，使常閉端打開，閉合與常開端； 11光電藕合器4n25輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步的放大輸出，實現(xiàn)電光電的轉(zhuǎn)化 1PNP 三極管 9015C PNP三極管用作開關，當基極電位低于發(fā)射極電位是三極管導通 1二極管單向?qū)?，保護繼電器； 1 電阻 2202 電阻 4.7k1 電阻 1k 1表2 設計所需設備及材料表五、設計思路及原理分析水塔水位控制原理圖見圖1，圖中兩條虛線表示正常工作情況下水位升降的上下限，在正常供水時，水位應控制在兩條虛

6、線代表的水位之間。B測量水位下限，C測量水位上限，A接+5V，B、C接地。圖1 水塔水位檢測原理圖在水塔無水或水位低于下限水位時，B、C為斷開，B、C兩點電位為零(低電平“0” )，需要水泵供水，單片機輸出低電平，控制電機工作供水。水位上升到B點，B接通，B點電位變?yōu)楦唠娖健?”，C開關仍斷開，C點仍為低電平，維持現(xiàn)狀水泵繼續(xù)供水。當水位上升到C點時，C接通。這時B、C均接通，B、C兩點都為高電平，表示水塔水位已滿，需水泵停止供水，單片機輸出高電平，電機斷電停止供水。水塔水位開始下降，水位在降到B點之前，B點電位為高、C點電位為低，單片機輸出控制電平維持不變，仍為高。當水位降到B點以下，B、C

7、兩點電平都為低時，單片機輸出控制電平又變低,水泵供水。如圖2：用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中P1.0接水位下限傳感器；P1.1接水位上限傳感器；P1.2輸出經(jīng)Q0電流放大后接光電耦合器，接通繼電器，帶動電機控制水泵工作；P1.3輸出經(jīng)反相器后接LED，當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P1.4輸出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。其中A電極置于水位10cm處，接5V電源的正極；B電極置于水位15cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.0口；C電極置于水位20cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.1口。 圖2 水塔水位控制硬件圖兩個水位信

8、號由P1.0和P1.1輸入，這兩個信號共有四種組合狀態(tài)。如表3所示。其中第三種組合（b=1、c=0）正常情況下是不能發(fā)生的，但在設計中還是應該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。表3 水塔水位信號狀態(tài)表C(P1.1)B(P1.0)操作00電機運轉(zhuǎn)01維持原狀10故障報警11電機停轉(zhuǎn)六、流程圖及程序編寫 圖3 軟件流程圖單片機控制程序： #include <reg52.h>sbit b=P20;把P2.0定義為b；代表B傳感器；sbit c=P21;把P2.1定義為c；代表C傳感器；sbit d=P22;把P2.2定義為d；代表電機控制端；sbit led=P23;把p2.3定義為led;代

9、表警報燈；sbit fly=P24;把P2.4定義為fly;代表蜂鳴器；void delay() 延時函數(shù)；延時1s unsigned char i; for (i=0;i<20;i+) TH1=15536/256; TL1=15536%256; TR1=1; while(!TF1); TF1=0; void main() TMOD=0x10;設置工作方式T1； P2=0xfc;給P2口賦初值； if(c=0) C傳感器為低電平，電機控制端賦低電平； d=0; if(c=1) C傳感器為高電平，報錯，報警燈和蜂鳴器工作； led=0; fly=0; if(b=1&&c=1

10、) B,C傳感器同時為高電平時，電機控制端為高電平，電機停轉(zhuǎn)，報警燈，蜂鳴器不工作； d=1; led=1; fly=1; delay();注：未運行的界面； 圖4 proteus仿真圖注：B,C同時為低電平，電機正常工作！ 圖5 proteus仿真圖七、調(diào)試運行 1、軟件測試：運用Protul軟件進行仿真檢驗。在元件庫中找到所需要的元器件，把它們按照原理圖的構(gòu)想依次連接起來，反復檢查線路會不會出錯。待畫完圖，就可以開始仿真電路圖了。給單片機導入預先編程好的程序“.hex”文件，點擊仿真。仿真圖可以運行，但是電機在B,C都為低電平的情況下沒有運轉(zhuǎn)。說明電路有部分地方短路或者斷路了，觀察仿真圖中

11、的電位情況也許可以找到問題的所在。經(jīng)過多次的檢查發(fā)現(xiàn)，各點的電位并沒有像想象中的那樣有什么不妥。現(xiàn)在就要搞清楚仿真中的元器件的所有主要參數(shù)是否和實際的參數(shù)相符合。查看資料，對于繼電器，它本身的線圈電阻是在400歐左右，在查看仿真中的元器件的參數(shù)，不難發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)和實際相差很大，它給的是理想線圈，也就是沒有內(nèi)阻。這樣就如預期的那樣找到電機不轉(zhuǎn)的原因了。原始數(shù)據(jù)沒有進行改變；查找資料，得知光電耦合器的發(fā)光二極管的壓降為1.151.5v，最大電流為60mA，電流傳輸比CTR為20%70%。通過已知的條件求出每條線路上所需要的電阻大小。對各各元器件的初參數(shù)設置完畢，啟動仿真，整體像想象中的那樣正常工作

12、！軟件仿真結(jié)束，仿真圖里的數(shù)值引用到實際電路的焊接中。2、硬件測試：焊接完整體的板件，開始測試板子電路是否能夠完成所需要的功能。應為電路的原版是根據(jù)仿真電路出來的，所以不一定能夠一次性就完成設計。對于板子上的元器件來說，有兩個是特別容易燒掉的，PNP三極管和4N25光電耦合器。因為它們的工作電壓較低和工作電流很小，所以要特別的注意。雖然已經(jīng)給了足夠的保護還是不能太掉以輕心要是燒了就沒有其他器件可以換了。首先，測試光電耦左邊能否正常工作。把三極管的B極接于低電平，給予E極高電平，測試兩管腳之間的電壓降是多少。經(jīng)測試三極管正常工作，可是光電耦合器的1,2管腳的電壓異常偏高。斷去電源，用萬用表的測試

13、端測試1,2管腳是否擊穿，發(fā)現(xiàn)并沒有完全短路，有可能是封裝的時候沒有裝好。其次，測試光電耦合器右端是否能正常工作。給繼電器加上12v的電壓，用導線短接光電耦合器的4,5號管腳，繼電器能發(fā)出啪啪聲，也就是說明光電耦合器右端能夠正常工作。再次，對整塊板進行調(diào)試。給光電耦合器兩邊電路都通上電，給三極管的B端輸入一個低電平，繼電器不工作。說明光電耦合器無法工作。應當更換光電耦合器；換完光電耦合器后的檢測。換完光電耦合器后進行整塊板子的調(diào)試，給三極管B極一個低電平繼電器能夠工作。插到單片機上給一個周期性的低電平，繼電器能夠周期性的發(fā)出啪啪聲，整體調(diào)試通過！八、結(jié)果及分析最后電動機正常工作，達到預期的效果

14、。圖6 焊接電路板正反面照片九、心得體會這次課程設計，我學到的東西很多！可以說是先苦后甜，剛開始我先查閱了各個零件的資料，查閱了很多相關的程序進行了進一步的學習，整個過程就是從前期的懵懂-到一知半解，這個過程是艱難苦悶的，靠自己的學習和請教，請教了老師和同學終于在最后完成了這次課程設計。在設計過程也遇到問題，在電路設計完仿真出現(xiàn)了問題，改了很多次電機依然沒動，繼續(xù)參閱程序，百度，思考哪里可能有問題，后來對虛擬器件進行參數(shù)設定后慢慢的一個一個的問題給解決，電機動起來的時候，那是發(fā)自內(nèi)心真正的快樂！一切變得都是值得的！解決了仿真，開始了板子焊接，認認真真的焊接，經(jīng)過幾個小時的奮斗結(jié)束了焊接，高興了

15、不過幾分鐘，因為硬件的調(diào)試沒有成功！用萬能表查時候短路，虛焊······還是一直找不出原因。不甘郁悶了很久，沒辦法麻煩同學幫忙看看，在同學的幫助下終于查出是一處接錯了，借了電烙鐵回到宿舍繼續(xù)焊接，修正了其他一些錯誤。這次課程設計終于圓滿結(jié)束了！這次課程設計通過查找資料和實際的焊接解決問題，把理論的知識和實際運用緊密的聯(lián)系在一起，讓我們對元器件的各部分功能及其運用有了更深入的了解，鍛煉了我們解決問題的能力，細心仔細，認真才能避免很多錯誤，我想生活也是一樣，對待事情都應該用全身心態(tài)度投入的態(tài)度去做。十、參考文獻1 高玉良.電路與模擬電子技

16、術M.北京：高等教育出版社，2011.10. 2 龍治紅,譚本軍.數(shù)字電子技術M.北京：北京理工大學出版社,2010.73 王靜霞.單片機應用技術M.北京：電子工業(yè)出版社,2009.5 4 徐瑋.C51單片機高效入門M.機械工業(yè)出版社，2006.5 張永楓.單片機應用實訓教程M.清華大學出版社，2008 6 龍治紅.數(shù)字電子技術M.北京理工大學出版社，2010.7十一、致謝感謝chen老師在這兩周來的盡心照顧，感謝您的耐心指導和解答。同時也要感謝給予我?guī)椭耐瑢W，尤其是哥在自己已經(jīng)很忙的情況下，還幫我查電路，解答，能夠完成這次設計沒有他是不可能的，感謝哥！ 12、 附錄將編程練習題，數(shù)字時鐘設

17、計的分析及完整程序附上，程序必須加上注釋；將protel仿真練習題，protel原理圖及仿真結(jié)果圖附上，并進行相應的分析。1.整流器按如圖所示要求，建立protel仿真原理圖，要求仿真顯示、和的波形，同時改變值的大小，觀察波形的變化。圖7 整橋仿真圖 圖8 改變電容后的仿真圖2.數(shù)字時鐘內(nèi)容要求：1. 用7段8位的LED數(shù)碼管設計出一個數(shù)字時鐘，要求顯示分（2位）、秒（2位）及十分之一秒即0.1秒（1位）。按下啟動按鈕啟動數(shù)字時鐘，按下停止按鈕暫停計時，當再次按下啟動按鈕時，從當前值繼續(xù)計時，當按下復位按鈕時，時鐘復位。2. 通過設定定時按鍵，對時鐘的分鐘進行設定，每按一次，分鐘設定加1，開始

18、時，LED燈D1處于熄滅狀態(tài)，當啟動計時后，計時到達設定時間，時鐘復位，且LED燈D1處于一直亮的狀態(tài)。 圖8-1 數(shù)字時鐘在protues軟件中按圖8-1，建好實驗電路圖。按要求編寫程序。 圖9 數(shù)字時鐘仿真圖程序如下：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar shuzi=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /是數(shù)碼管的段選，數(shù)組里邊的分別表示：0123456789uchar weixuan=0xfe,0x

19、fd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; / 是數(shù)碼管的位選 sbit k1=P30; /啟動sbit k2=P31; /復位sbit k3=P32; /停止sbit d1=P00; /LED燈uint i,second,minute,n,x,b,c,a,flag1,flag2;void delay(uchar i); /延時函數(shù)void shizhong(); /顯示數(shù)字時鐘void dingshi(); /用于定時分鐘函數(shù)void delay5ms(); /定時5MS用于按鍵的消抖void shizhong(); /時鐘控制函數(shù)，包括對時鐘的啟動，復位，停止，設定

20、設定的操作void main() TMOD=0x12; / 定時器1工作方式1和定時器0工作方式2 TH1=(65536-50000)/256; / 定時時間為50MS 設初值 TL1=(65536-50000)%256; / TR1=0; /開定時器1 EA=1; /開總中斷 ET1=1; /開定時器T1允許位 EX1=1; / 開放外部中斷0允許位 IT1=1; / 置外部中斷為邊沿（下降沿）觸發(fā)方式 P2=0x00; /P2口為段選 P1=0xff; /P1口為位選 while(1) shizhong();shizhong();void dingshiqing1() interrupt

21、3 /用定時器1 中斷號為3 TH1=(65536-50000)/256; /定時時間為50MS TL1=(65536-50000)%256; / i+; /if(i=2) /100ms到，即0.1秒，即0.1秒加1 i=0; n+; if(n=10)/1000ms到，即1秒，秒加1，后n要清零 n=0; second+;if(second=60) / 60秒到，即分鐘加1，后秒要清零 second=0; minute+;if(minute=60) / 60分鐘到，分鐘要清零 minute=0; void weidu1() interrupt 2 /外部中斷1 unsigned int z;

22、flag1=1; / b=second; c=n; a+; if(a=60) a=0; for(z=0;z<40;z+) dingshi(); void delay(uchar i) unsigned char j,k; for(k=0;k<i;k+) for(j=0;j<255;j+);void shizhong() P1=weixuan6; P2=smg_dun; /顯示時鐘的0.1秒位 delay(2); P1=weixuan5; P2=0x40; / "-" delay(2); P1=weixuan3; P2=smg_dusecond/10; /顯示時鐘的秒的十位 delay(2); P1=weixuan4; P2=smg_dusecond%10; / 顯示時鐘的秒的個位 delay(2); P1=weixuan2; P2=0x40; / "-" delay(2); P1=weixuan0; P2=shuziminute/10; / 顯示時鐘的分鐘的十位 delay(2); P1=weixuan1; P2=shuziminute%10; / 顯示時鐘的分鐘的個位 delay(2); void dingshi() P1=weixuan6; P2=0x00; delay