基于51單片機(jī)的水塔水位檢測(cè)_課程設(shè)計(jì)_論文資料

1、本文由工作龍龍龍貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。河北科技師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目:水塔水位監(jiān)測(cè)裝置機(jī)電系 09 電氣專(zhuān) 0426090126 張海龍馬繼偉學(xué)院(:學(xué)院(系年級(jí)專(zhuān)業(yè):年級(jí)專(zhuān)業(yè):學(xué)號(hào):學(xué)生姓名:學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師:一、引言隨著科學(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(cè)控系統(tǒng),智能儀器和家用電器中得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。水塔水位控制系統(tǒng)的基本要求是能夠在無(wú)人監(jiān)控的情況下自動(dòng)進(jìn)行工作,在水塔中的水位到達(dá)水位下限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī),給水塔供水;在水塔水位

2、達(dá)到水位上限的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉電機(jī),停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時(shí)候能夠發(fā)出警報(bào),以及時(shí)排除故障,隨時(shí)保證水塔的對(duì)外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見(jiàn)到的蓄水裝置,通過(guò)對(duì)其水位的控制對(duì)外供水以滿(mǎn)足需要,其水位控制具有普遍性。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(lái)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(mǎn)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)行自動(dòng)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(dòng)控制有設(shè)計(jì)

3、低成本、高實(shí)用價(jià)值的控制器。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(dòng)控制,而達(dá)到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。二、摘要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,比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。自動(dòng)檢測(cè)水位的檢測(cè)系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。本次課題采用單片機(jī)進(jìn)行主控制,利用水的導(dǎo)電性測(cè)量水位的變化,把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),用單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,完成水位的檢測(cè)、控制及故障報(bào)警等功能。三、關(guān)鍵詞:水位單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換2四、硬件設(shè)計(jì) 4.1 總體設(shè)計(jì)方案分析課題可知應(yīng)分兩個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能,一是水位控制電路,二是水質(zhì)檢測(cè)電路,并

4、且對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)我們采用順序控制。首先進(jìn)行水位控制,水位電路根據(jù)輸入不同的模擬量,轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量,經(jīng)過(guò)和設(shè)定的值進(jìn)行比較,通過(guò) P1.2 口對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。水位控制電路完成其預(yù)定功能后,便自動(dòng)轉(zhuǎn)到延時(shí)子程序,系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定的預(yù)定延時(shí)(本設(shè)計(jì)設(shè)定值為 10S之后,轉(zhuǎn)去執(zhí)行水質(zhì)檢測(cè)電路。檢測(cè)電路根據(jù)不同的模擬量的輸入,轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量,經(jīng)過(guò)和設(shè)定的值進(jìn)行比較后,由單片機(jī)產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào),從而使對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光,以顯示不同的水質(zhì)狀態(tài)。水質(zhì)檢測(cè)結(jié)束,系統(tǒng)自動(dòng)返回到主程序的入口處,繼續(xù)進(jìn)行水位的檢測(cè)和控制。如此往復(fù)循環(huán)達(dá)到對(duì)水塔水位的自動(dòng)控制和對(duì)水塔水質(zhì)的檢測(cè)和顯示,從而滿(mǎn)足水位和水質(zhì)的要求。硬件設(shè)

5、計(jì)方框圖如圖 1 所示。開(kāi)始水位控制延時(shí)水質(zhì)檢測(cè)圖14.2 系統(tǒng)組成水位檢測(cè)電路可以通過(guò)兩個(gè) 51 單片機(jī)的管腳來(lái)感知水位的變化,產(chǎn)生不同的邏輯組合來(lái)控制是否進(jìn)水或是停止進(jìn)水。輸出端可由一個(gè)端口來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)而控制水泵的工作。水質(zhì)檢測(cè)的電路主要由 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機(jī),從而控制水質(zhì)狀況的顯示。本次設(shè)計(jì)采用 ADC0808 芯片。用 LED 燈來(lái)顯示水位的高低。ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口,本次設(shè)計(jì)只要用其中一個(gè),8 路模擬開(kāi)關(guān)無(wú)需進(jìn)行切換選通。設(shè)計(jì)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機(jī),進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)采用可調(diào)電阻器來(lái)控

6、制模擬電信號(hào)的輸入。通過(guò)對(duì)電阻器的調(diào)節(jié)來(lái)模擬輸入量的變化。通過(guò)對(duì)比數(shù)字量來(lái)進(jìn)行進(jìn)行判斷水位的高低,不同顏色的信號(hào)指示燈顯示不同的水質(zhì)。進(jìn)而通過(guò)輸出口對(duì)電機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。4.3 ADC0808 的簡(jiǎn)要介紹ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口,本次設(shè)計(jì)只要用其中一個(gè),8 路模擬開(kāi)關(guān)無(wú)需進(jìn)行切換選通。 ADC0808 的 8 路模擬輸入 8 路數(shù)字輸出的逐次逼近法 A/D 器件。其主要技術(shù)指標(biāo)和特性為: 1.分辨率為 8 位。 2.轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于芯片時(shí)鐘頻率。本次單元電路仿真采用 640KHZ 的時(shí)鐘方波信號(hào)。 3.單一電源+5V。模擬輸入電壓范圍單極性 0-5V,雙極性± 5V 或

7、± 10V。本次課程設(shè)計(jì)由于只有一個(gè)模擬輸入量,且電壓變化都為正值,故采用單極性電源接法。 4.啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制方式為脈沖式(正脈沖,上升沿使內(nèi)部所有寄存器清“0”,下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始。主要管腳說(shuō)明:4CLK:為時(shí)鐘信號(hào)輸入端,決定 A/D 轉(zhuǎn)換的速度,轉(zhuǎn)換一次為 64 各時(shí)鐘周期。 ALE:地址鎖存允許信號(hào),高電平有效。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí),A、B、C 三位地址信號(hào)被鎖存,譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。 START:為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào),正脈沖有效。此信號(hào)通常與系統(tǒng)信號(hào)相連,控制 AD 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),高電平有效,表示一次 AD 轉(zhuǎn)換已完成?？勺鳛橹袛嘤|發(fā)信號(hào),也可用程序查詢(xún)

8、的方法檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 OE:輸出允許信號(hào),高電平有效,可與系統(tǒng)讀選通信號(hào) RD 相連。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)出此信號(hào)時(shí),ADC0808 的三態(tài)門(mén)被打開(kāi),此時(shí)可通過(guò)數(shù)據(jù)線讀到正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 DC0808 的邏輯結(jié)構(gòu)及引腳功能如圖 2 所示START CLK EOCIN7IN08 路模擬開(kāi)關(guān)控制與時(shí)序比較器SAR三存態(tài)輸緩出沖器鎖D7D0ADDA ADDB ADDC ALE地址鎖存與譯碼樹(shù)狀開(kāi)關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VccGNDREF(+REF(-OE54.4 水位檢測(cè)電路模擬量由模擬通道 IN1 輸入,通過(guò)對(duì)可調(diào)電阻的調(diào)節(jié),模擬輸入不同的電壓量。數(shù)字量的輸出端與單片機(jī)的 P0 口相連接。單片機(jī)可通過(guò)對(duì) P0 口數(shù)據(jù)

9、的采集和處理,發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。P3.0 口和 P3.6 口通過(guò)邏輯或非門(mén)后,輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過(guò)邏輯或非門(mén)后,輸出端接 OE 端。通過(guò)對(duì) PO 的信號(hào)和設(shè)定的數(shù)值比較,得出水位的高低而通過(guò) P1.2 口對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。同時(shí) P0 口的信號(hào)轉(zhuǎn)入 P2 口,通過(guò) LED 燈的顯示來(lái)顯示水位的高低,燈光的不同來(lái)表示水塔的水位狀態(tài)。電路連接圖如圖 3 所示。圖34.5 水質(zhì)檢測(cè)電路水質(zhì)檢測(cè)電路主要由 ADC0808 實(shí)現(xiàn),通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換對(duì)比來(lái)判斷水質(zhì)的6好壞。模擬量由模擬通道 IN0 輸入,通過(guò)對(duì)可調(diào)電阻的調(diào)節(jié),模擬輸入不同的電壓量。數(shù)字量

10、的輸出端與單片機(jī)的 P0 口相連接。單片機(jī)可通過(guò)對(duì) P0 口數(shù)據(jù)的采集和處理,發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。P3.0 口和 P3.6 口通過(guò)邏輯或非門(mén)后,輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過(guò)邏輯或非門(mén)后,輸出端接 OE 端。由于只需采用一個(gè)模擬輸入通道(IN0,故可將模擬通道地址選擇端都就地,這樣,轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量便全部為 IN0 口的模擬量的對(duì)應(yīng)值。輸出端為 P1.5、P1.6、P1.7,分別接一發(fā)光二極管,用以顯示不同的水質(zhì)的狀態(tài)。電路連接圖如圖 4 所示。圖47五、軟件設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟

11、件的支持,尤其是微機(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(guò)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(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單。以下為設(shè)計(jì)的具體程序5.1 水位控制程序通過(guò)對(duì)水位控制電路圖的分析,做出以下水位控制程序流程圖如圖 5 所示。8圖 5 水位控制程序流程圖由以上流程圖,可以得出水位控制程序清單如下: ORG 0000H AJMP ORG MAIN 0030HSJMP LOOP ORG 0050H9SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SU

12、BB A,#0F4H JNC D1 MOV A,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP A,P0 ;檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否完成 ;等待轉(zhuǎn)換完成5.2 水質(zhì)檢測(cè)程序通過(guò)對(duì)水質(zhì)檢測(cè)電路圖的分析,做出以下水質(zhì)檢測(cè)程序流程圖如圖 6 所示。1011;調(diào)用延時(shí)子程序SETB P3.6 WAIT: JB P2.7,DONE SJMP WAIT DONE: CLR P3.0 CLR P3.7 MOV A,P0 CLR C SUBB

13、A,#0AAH JNC DONE1 MOV A,P0 SUBB A,#55H JNC DONE2 SETB P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 SJMP MAIN DONE1: SETB P1.7 CLR P1.6 CLR P1.5 SJMP MAIN DONE2: SETB P1.6 CLR P1.5 CLR P1.7 SJMP MAIN DELAY: MOV R5,#5 DL1: DL2: MOV R6,#10 MOV R7,#1012;轉(zhuǎn)換結(jié)束則轉(zhuǎn) ;未結(jié)束則等待;讀取數(shù)據(jù);與設(shè)定值比較大小 ;大則轉(zhuǎn);與設(shè)定值比較大小 ;大則轉(zhuǎn) ;控制紅燈亮;控制綠燈亮;控制黃燈亮;延時(shí)子程序

14、DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R5,DL1 RET END5.3 使用說(shuō)明與注意事項(xiàng)該電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,功能穩(wěn)定,適合于實(shí)際的水塔水位控制中使用。作為一個(gè)很實(shí)用的自動(dòng)控制裝置,為了工作人員的操作的方便,下面對(duì)其使用方法與注意事項(xiàng)作如下簡(jiǎn)單描述:使用水質(zhì)和水位檢測(cè)和調(diào)節(jié)功能是一個(gè)完全自動(dòng)的過(guò)程,不過(guò)仿真電路是需要人為改變輸入量的變化,在水位的輸入量就是通過(guò)浮標(biāo)來(lái)改變輸入量電壓的大小,通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換,利用浮力原理使浮標(biāo)帶動(dòng)觸頭工作,進(jìn)而影響直流接觸器動(dòng)作,控制交流接觸器工作,實(shí)現(xiàn)水塔無(wú)水時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟水泵電動(dòng)機(jī),水滿(mǎn)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的自動(dòng)控制目的,整個(gè)由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)節(jié)。

15、本次設(shè)計(jì)中的電機(jī)調(diào)節(jié)電路簡(jiǎn)單的接了個(gè) 5V 的直流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入量是由一個(gè)能夠接受發(fā)光二極管的感光器來(lái)完成的。感光器對(duì)不同的水質(zhì)會(huì)感應(yīng)處不同的電壓信號(hào),這些不同的模擬電信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換。由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的水質(zhì)指示燈,從而達(dá)到檢測(cè)水質(zhì)的目的。綠燈表示水質(zhì)為“良”,黃燈表示水質(zhì)為“中”,當(dāng)指示器為紅色時(shí),水質(zhì)等級(jí)為“差”,為保證人們的飲水安全,工作人員應(yīng)立即停止供水再進(jìn)行檢查確定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水質(zhì)檢測(cè)不是同時(shí)進(jìn)行的,因?yàn)樵谲浖嫌幸欢ǖ臅r(shí)間差,不過(guò)在水塔水位和水質(zhì)檢測(cè)這種對(duì)時(shí)間的精確度要求不高的場(chǎng)合,時(shí)間差可以忽略不計(jì),一般它不會(huì)影響到系統(tǒng)的安全性

16、能和時(shí)間特性。13六、心得體會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域,社會(huì)需要大量掌握單片機(jī)技術(shù)的人才,單片機(jī)的使用方法應(yīng)該是我們熟練掌握的內(nèi)容,水塔水位的單片機(jī)控制系統(tǒng)水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),理論加上實(shí)踐,我掌握了 80C51 單片機(jī)的基本工作原理和基本編程方法,熟悉了 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 的功能和使用方法,還可以根據(jù)需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展。在此過(guò)程中我還熟悉了單片機(jī)的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境,提高了綜合演練單片機(jī)的編程能力,并且親身體驗(yàn)了單片機(jī)的開(kāi)發(fā)成果。此次課程設(shè)計(jì)之后,我對(duì)單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)了解了更多,腦海中能把一個(gè)個(gè)分離

17、的知識(shí)模塊聯(lián)系成整體,讓后對(duì)其進(jìn)行分析與比較。在單片機(jī)課程中的部分知識(shí)學(xué)會(huì)了融會(huì)貫通,也讓我深刻認(rèn)識(shí)到“學(xué)以致用”的重要性。七、參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)原理與應(yīng)用王迎旭主編機(jī)械工業(yè)出版社張洪潤(rùn)易濤編2. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程(第三版清華大學(xué)出版社3.單片機(jī)初級(jí)教程張迎新杜小平樊桂花雷道振編北京航空航天大學(xué)出版社 4.51 系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程周向紅主編北京航空航天大學(xué)出版社 5.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版閻石主編高等教育出版社14八、附錄8.1 源程序清單ORG D5 D6 0000HEQU 33H ;顯示緩存區(qū) 33H-34H EQU 34HAJMP ORGMAIN 0030HSJMP LOOP

18、ORG 0050HMAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H ;與最高位比較15;檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否完成 ;等待轉(zhuǎn)換完成A,P016;與最低位比較;電機(jī)停轉(zhuǎn);電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);水位顯示;水質(zhì)檢測(cè)ACALL SETB SETB WAIT1: JB SJMP DONE: CLR CLR MOV CLR SUBB JNC MOV SUBB JNC SETB CLR CLR SJMP A1: SETB CLR CLR SJMP A2: SETB CLR CLR SJMP DELAY:DELAY P3.0 P3.6 P1.1,DONE WAIT1 P3.0 P3.7 A,P0 C A,#0AAH A1 A,P0 A,#55H A2 P1.5 P1.6 P1.7 MAIN P1.7 P1.6 P1.5 MAIN P1.6 P1.5 P1.7 MAI