基于單片機的水塔水位控制系統(tǒng)的設計與仿真畢業(yè)論文

1、目錄緒論緒論 .1 11 1 總體方案總體方案 .2 22 2 水位控制硬件設計水位控制硬件設計 .3 32.12.1 電路總體框架圖電路總體框架圖 .32.2LED2.2LED 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示 .32.32.3 電機驅(qū)動及顯示電機驅(qū)動及顯示 .42.42.4 水位檢測電路水位檢測電路 .52.52.5 聲光報警電路聲光報警電路 .63 3 軟件部分軟件部分 .7 73.13.1 程序框圖程序框圖 .74 4 PROTUSEPROTUSE 仿真顯示仿真顯示.8 8總結(jié)總結(jié) .1111參考文獻參考文獻 .12120緒論緒論當今社會，科技以迅雷不及掩耳之勢的速度發(fā)展著，人民生活水平也在不斷的

2、提高。自動水位控制將給人們生活帶來巨大的方便。由于單片機有極高的可靠性，微型性和智能性，單片機已經(jīng)廣泛應用于我們生活和學習中，我們可以在許多領域見到單片機的身影，小到玩具家電行業(yè)，大到車載、艦船電子系統(tǒng)，遍及計量測試、工業(yè)過程控制、機械電子、辦公自動化、工業(yè)機器人、軍事和航空航天等領域都可以見到單片機的身影。單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨即存儲器 RAM，只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器、計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完

3、善的計算機系統(tǒng)。中央處理器 CPU 是單片微型計算機指揮、執(zhí)行中心，由它讀程序并執(zhí)行指令。CPU功能，是以不同方式來執(zhí)行各種指令。有的指令涉及到各個寄存器之間的關系；有的指令涉及到單片機核心電路內(nèi)部各功能部件的關系；有的則與外部器件發(fā)生關系?？偟膩碚f CPU 是通過復雜的時序電路來完成不同的指令功能的。對于本設計單片機結(jié)構簡單實用性強，功能齊全，技術先進，使實現(xiàn)這設計不難實現(xiàn)。同時，C 語言是單片機的重要“組成”，如果能掌握好 C 語言編程，這將很大程度上提高了開發(fā)效率。11 1 總體方案總體方案本設計基于電阻式傳感器并以水槽水位為模型，鑒于單片機液位測量裝置的測量準確、重復性能好、功耗低、使

4、用壽命長等特點，所以該設計以單片機為基礎的水槽水位控制系統(tǒng)。在實際中，水位自動控制電路是通過水位傳感器對水位進行采樣，將采樣信號的水位高度轉(zhuǎn)換為 05 V 的直流電壓，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換12后，將轉(zhuǎn)換所得的 8 路并行數(shù)字量送入單片機進行處理來來驅(qū)動電機的啟停等。從而達到對水位進行自動控制的目的。通過對電壓和水位的轉(zhuǎn)換關系，最終利用單片機進行精確的控制，實現(xiàn)對水位高度的顯示、主/備電機和報警裝置等的控制。但是鑒于基于單片機的水位控制系統(tǒng)在 Protues 上進行仿真，而 Protues 上沒有水槽水位的模型。因此，可以用按鈕來代替水位的傳感器。本次設計實現(xiàn)的功能（1）兩個數(shù)碼管分別顯示液位和

5、當前時間。（2）通過按鈕來表示液位的高低，并來控制電機轉(zhuǎn)動和停止來表示加水。（3）通過兩個 led 燈來表示系統(tǒng)工作狀態(tài)，綠燈表示電機正常加水，紅燈表示需要加水或加水完成。（4）運用喇叭來提示是否需要加水和加水是否完成。水位控制系統(tǒng)由電源電路、水位探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、繼電器控制電機加水電路、單片機 STC89C52、數(shù)碼管顯示電路組成。系統(tǒng)組成的方框圖如下系統(tǒng)總體框圖電源電路穩(wěn)壓電路數(shù)碼管顯示電路電機控制電路單片機AT89C51水位探測傳感電路2 2 2 水位控制硬件設計水位控制硬件設計2.12.1 電路總體框架圖電路總體框架圖如圖 2-1 中所示圖 2-1 電路總體框架圖2.2LED2.

6、2LED 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示對水位顯示，本設計是通過 CD4511 來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，將 CD4511 的A、B、C、D 端分別和 89C51 的 P3 口的低 4 位相連，A 是最低位 D 是最高位。然后再將 CD4511 的“QA，QB，QC，QD，QE，QF，QG”分別和 LED 數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端相連，通過 89C51 的 P3 口的低 4 位來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。通過 A、B、C、D 的 BCD 碼來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。3CD4511 CD4511 驅(qū)動的數(shù)碼管對數(shù)字時鐘的顯示，本設計是通過 DS1302 來驅(qū)動八個數(shù)碼管，將數(shù)碼管的“a，b，c，d，e，f，g，dp”分別和 89C51

7、 的 P0 口相連，再將數(shù)碼管的“1，2，3，4，5，6，7，8”端口分別和 89C51 的 P2 口相連，當系統(tǒng)一運行時，DS1302 能及時驅(qū)動數(shù)碼管顯示當前的時間。2.32.3 電機驅(qū)動及顯示電機驅(qū)動及顯示電機控制部分，采用了三極管放大和二極管正向?qū)ǖ淖饔煤屠^電器的吸合作用來控制電機的工作，由單片機 P1.0 口進行控制，而電機的工作狀況由相應的顯示指示燈來顯示，如圖 2-8 所示：4圖 2-8 電機控制電路2.42.4 水位檢測電路水位檢測電路按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路,每個獨立式按鍵占有一根 I/O 口線,各根 I/O 口線之間不會相互影響。在此電路中,按鍵輸入采

8、用低電平有效。水位檢測部分是用單片機 P1.4P1.7 連接的四個按鈕分別代表水滿、低水位、中水位和蓄水位。由于基于單片機的水位控制系統(tǒng)在 Protues 中進行仿真時，Protues 中沒有水槽水位的模型，所以就不能用實際的液位傳感器來前側(cè)水槽中的實際水位。在這里可以用四個按鈕 K2、K3、K4、K5 來控制水塔中的水位。當按下 K5，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時水塔中的水位會顯示 1，即此時的水位時水槽總高度的 1/4；當按下 K4，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時水槽中的水位會顯示 2，即此時的水位時水塔總高度的2/4；當按下 K3，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時水槽中的水位會顯示 3，即此時的水位時水槽總高度的 3

9、/4；當按下 K2，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時水槽中的水位會顯示 4，即此時的水位達到水滿狀態(tài)。如圖 2-9 所示：5圖 2-9 水位檢測電路2.52.5 聲光報警電路聲光報警電路報警電路是一種為防止或預防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲音、光、氣壓等形式來提醒或警示我們應當采取某種行動的電子產(chǎn)品。聲光報警部分主要由以揚聲器為代表的聲音報警部分和以數(shù)碼管為代表的光報警部分，它們分別由單片機的P3.2 和 P3.7 接口來實現(xiàn)水位的報警。當 K2 按鈕被按下時，即此時為 shuiman，報警指示燈發(fā)光二極管會閃爍并且揚聲器會發(fā)出尖銳的報警聲，且閃爍幾秒鐘后聲光報警會自動的關閉；當 K5 被按下時，即此時為

10、低水位，報警指示燈發(fā)光二極管會閃爍并且揚聲器會發(fā)出尖銳的報警聲，且閃爍幾秒鐘后聲光報警會自動的關閉。如圖 2-10 所示：圖 2-10 聲光報警電路63 3 軟件部分軟件部分3.13.1 程序框圖程序框圖根據(jù)水塔水位控制硬件設計的分析要求及電路的特點，繪制出水塔水位控制程序流程圖，如圖 3 -1 所示：時鐘顯示水位 1電機轉(zhuǎn)動水位 2電機轉(zhuǎn)動指示燈水位 4判斷哪個鍵按下初始化有鍵按下？無限循環(huán)水位 3電機轉(zhuǎn)動指示燈報警燈蜂鳴器Sw1 按鍵（手動啟動）Sw2 按鍵Sw4 按鍵Sw3 按鍵無限循環(huán)無限循環(huán)YN時鐘顯示時鐘顯示開始7 4 4 protuseprotuse 仿真顯示仿真顯示根據(jù)水塔水位

11、的不同高度（水位 1、水位 2、水位 3 和水滿），基于單片機的水位控制系統(tǒng)的仿真如下面的仿真圖 3-5 所示 水位 1 水位 28 水位 3 水滿水位 49低水位 1 報警 滿水位 4 報警 10總結(jié)總結(jié) 經(jīng)過這段邊寫論文邊學習的時間后，我感觸頗多，其中充滿了酸楚和幸福。我初步把自己學到的東西用于了實踐之中，也在實踐中學到了很多東西。首先，我加深了自己的理論知識，使理論知識更好的用于實踐之中，是理論與實踐更好的結(jié)合。其次，鍛煉了自己的動手能力，為自己以后的工作打下了一個基礎，所以我們應該明白任何知識都源于實踐，出自于實踐，實踐是檢驗真理的唯一標準。 此設計中還存在許多不足之處，自己的理論知識也不夠全面和扎實，不懂許多元件的使用方法，C 語言還不能學以致用。通過此次畢業(yè)論文的設計我一定要加強自己的學習，不斷的溫故知新，不斷的完善自己。11參考文獻參考文獻1 王琪著. 基于 Proteus 和 keil 軟件的水塔水位控制系統(tǒng)設計J. 中國科技信息,2009, 11:140-141.2 秦實宏，徐春暉著.MCS-51 單片機原理及應用M.武漢：華中科技大學出