液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目: _ 基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí): 應(yīng)電 08-2 學(xué) 號(hào): 6 姓 名: 聲 二一年九月十日息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 生姓 名學(xué)號(hào)56班級(jí)應(yīng)電 08-2專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注工程師術(shù)21設(shè)計(jì)內(nèi)容：注意：選題要結(jié)合實(shí)際。設(shè)計(jì)內(nèi)容要詳細(xì)寫(xiě)明具體步驟；學(xué)生在該設(shè)計(jì)中具體完成的工作（結(jié)果）1.具有一個(gè)總開(kāi)關(guān)；2.電路根據(jù)檢測(cè)結(jié)果能對(duì)電機(jī)實(shí)施控制；3.電路具有報(bào)警功能；4.完成電路設(shè)計(jì)方案的選擇；5.單元電路的

2、設(shè)計(jì)；6.整機(jī)電路的原理分析；7.設(shè)計(jì)仿真與調(diào)試。 進(jìn)度安排：要有較為詳細(xì)的時(shí)間安排（時(shí)間具體到周） ；第 23 周：消化課題，查找資料，選擇參考方案；第 45 周：確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途；第 67 周：查找資料，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)；第 810 周：分析電路原理，完成設(shè)計(jì)過(guò)程，撰寫(xiě)初稿；第 1113 周：按畢業(yè)論文的各項(xiàng)要求，整理論文；第 14 周：修改、完善論文，檢查定稿，制作答辯 PPT；第 15 周：答辯。主要參考文獻(xiàn)、資料(寫(xiě)清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)：1 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:高等教育出版社，20032 詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京:高等教育出

3、版社，20043 旭東.實(shí)用電子電路精選.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，19994 王漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社，19965 李偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:北京大學(xué)出版社，20088 陳忠平.單片機(jī)基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實(shí)踐.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006審批意見(jiàn)教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份目 錄摘 要 .1第章緒論 .2第 2 章設(shè)計(jì)方案 .32.1 方案舉例 .32.2 方案比較 .42.3 方案

4、確定 .4第 3 章硬件設(shè)計(jì) .53.1 控制系統(tǒng) .53.1.1 AT89C51 單片機(jī) .53.1.2 AT89C51 的信號(hào)引腳 .73.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng).83.2 感應(yīng)系統(tǒng) .93.3 指示系統(tǒng) .103.4 液位控制系統(tǒng) .113.5 電機(jī)與報(bào)警系統(tǒng) .12第 4 章軟件設(shè)計(jì) .134.1 延時(shí)子程序 .134.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序 .134.3 指示系統(tǒng)程序 .144.4 電機(jī)和警報(bào)系統(tǒng)程序 .154.5 液位預(yù)選系統(tǒng)程序 .154.6 系統(tǒng)主流程圖 .17第 5 章系統(tǒng)測(cè)試 .185.1 仿真測(cè)試過(guò)程 .185.2 仿真結(jié)果 .21總結(jié) .22參考文獻(xiàn) .23附錄 1系統(tǒng)仿真電

5、路.24附錄 3 元件明細(xì)表.25附錄 3 源程序.26摘 要本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易液位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要適用于容器內(nèi)液位高低的檢測(cè)，由控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報(bào)警和電機(jī)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單清晰的操作界面，能夠顯示液位高低，可進(jìn)行液位預(yù)設(shè)，到達(dá)預(yù)定液位后自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)并時(shí)報(bào)警功能。系統(tǒng)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，同時(shí)該系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。由于該系統(tǒng)所用元器件較少，單片機(jī)所被占用的I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。軟件程序均采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，便于移植與升級(jí)

6、。報(bào)告詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)、工作原理和系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞液位控制；AT89C51；單片機(jī)第章緒論21 世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它作為自動(dòng)控制中的一個(gè)核心器件在小型自動(dòng)控制系統(tǒng)及信號(hào)采集方面已被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對(duì)成熟，向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展趨勢(shì)。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳

7、統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。在傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)中，存在著自動(dòng)化程度低、調(diào)節(jié)精度差的缺點(diǎn)，已經(jīng)不符合當(dāng)今高效、低耗、低勞動(dòng)強(qiáng)度的要求，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污染。對(duì)于小型測(cè)控系統(tǒng)，一般可采用以單片機(jī)為核心、配以接口電路和外圍設(shè)備，在編制應(yīng)用程式的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面將介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng)，可用于容器內(nèi)液體存儲(chǔ)，例工、農(nóng)用蓄水池，居民社區(qū)水箱等方面。此系統(tǒng)采用以單片機(jī)為控制中心的技術(shù)，不僅能使控制系統(tǒng)具有精度高、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，還節(jié)約能

8、源、利于環(huán)保。第 2 章設(shè)計(jì)方案2.1 方案舉例方案一：液體流入容量控制方式。對(duì)輸入容器的液體的管道進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)流入體積推算出容器內(nèi)液體液位高度。容量監(jiān)控系統(tǒng)管道控制系統(tǒng)液流停止液位停止圖 2-1 液體流入容量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖容量監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)進(jìn)入容器的液體體積進(jìn)行監(jiān)控。管道控制系統(tǒng)：控制管道對(duì)液體的傳輸情況。在液體向容器內(nèi)部輸入時(shí)，通過(guò)對(duì)容量的監(jiān)控知道容器內(nèi)的液體體積，在液體進(jìn)入容器內(nèi)部的體積到達(dá)目標(biāo)時(shí)，控制輸送液體的管道，使液流停止，最終達(dá)到目標(biāo)液位。方案二：簡(jiǎn)單的連通器控制方式。在目標(biāo)容器內(nèi)連接連通器，使多余的液體導(dǎo)入副容器，以致目標(biāo)容器的液位達(dá)到目的液位。導(dǎo)入液體連通器液位達(dá)標(biāo)多余液體

9、溢出輸送停止人工控制圖 2-2 連通器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在目標(biāo)液位位置給目標(biāo)容器連接連通器，在觀察到多余溢出的液體流入連通器內(nèi)后，停止液體輸送。方案三：采用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)液位控制的功能。系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件，它除具有靈活強(qiáng)大的控制功能，以便實(shí)時(shí)檢測(cè)液位的傳遞信號(hào)、控制液位到達(dá)的高低實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?？刂浦噶顚?dǎo)入液體指示系統(tǒng)控制系統(tǒng)電機(jī)與警報(bào)系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 2-3 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號(hào)傳遞給單片機(jī)控制器?？刂浦噶睿簩⒖刂菩畔鬟f給單片機(jī)，使液位到達(dá)預(yù)定位置。顯示系統(tǒng)：經(jīng)過(guò)單片機(jī)辨別后，顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。電機(jī)與報(bào)警控

10、制系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)經(jīng)過(guò)信息處理后，決定是否啟動(dòng)電機(jī)和報(bào)警2.2 方案比較方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。但是自動(dòng)化程度低，精度不高，控制響應(yīng)時(shí)間慢，且只能單獨(dú)控制。方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。但精度不高，無(wú)法顯示，浪費(fèi)資源，自動(dòng)化程度低。方案三不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，而且準(zhǔn)確度高，自動(dòng)化高，節(jié)省人力資源，更重要的是利用單片機(jī)控制后，由于其擁有多個(gè)引腳，在為添加功能時(shí)更改電路方便快捷，而且內(nèi)部程序可以進(jìn)行反復(fù)輸入和擦除，在以后更改控制方法時(shí)只要更改程序內(nèi)容就可以達(dá)到相對(duì)應(yīng)目的，省時(shí)省力，及其節(jié)約成本。2.3 方案確定綜合考慮以上方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及題目的基本要求和發(fā)揮要求，在本設(shè)計(jì)中，我采用了第三種方案，即采用

11、單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)液位控制的功能為我此次設(shè)計(jì)的方案。主控制器 AT89C51 單片機(jī)與 MCS51 系列單片機(jī)產(chǎn)品兼容，內(nèi)部自帶有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器及256KB RAM 單元，不需另外擴(kuò)展 EEPROM 及靜態(tài) RAM，可以在線下載程序，易于日后的升級(jí)。第 3 章硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體思想是以單片機(jī)為控制系統(tǒng)，接受感應(yīng)信息并進(jìn)行處理后，將控制指令傳出，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作。硬件設(shè)計(jì)總體框圖如圖 3-1 所示?？刂葡到y(tǒng)復(fù)位、時(shí)鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預(yù)選系統(tǒng)電機(jī)與警報(bào)系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 3-1 硬件設(shè)計(jì)總體框圖控制系統(tǒng)：根據(jù)輸入信息進(jìn)行處理，并將控制數(shù)據(jù)傳出。感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號(hào)傳遞

12、給單片機(jī)控制器。指示系統(tǒng)：經(jīng)過(guò)單片機(jī)辨別后，顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。液位預(yù)選系統(tǒng)：將控制信息傳遞給單片機(jī)，使液位到達(dá)預(yù)定位置。電機(jī)與報(bào)警控制電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)經(jīng)過(guò)信息處理后，決定是否啟動(dòng)電機(jī)和報(bào)警3.1 控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制主要為單片機(jī)控制。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的各種功能部件，包括 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和終端系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。3.1.1 AT89C51 單片機(jī)單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)芯片。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要

13、分支，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個(gè)領(lǐng)域。ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計(jì)，并采用先進(jìn)工藝制造，還帶有非易失性 Flash 程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。其主要特點(diǎn)如下：8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。技術(shù)特點(diǎn)有：256 字節(jié)內(nèi)部 RAM；電源控制模式；時(shí)鐘可停止和恢復(fù)；空閑/掉電模式；6 個(gè)中斷源；4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；4 個(gè) 8 位 I/O 口；全雙工增強(qiáng)型TUAR；3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T0、T1(標(biāo)準(zhǔn) 80C

14、51)和增加的 T2（捕獲和比較） ；全靜態(tài)工作方式：024MHZ；AT89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見(jiàn)圖 3-2，各部分情況介紹如下：中央處理器（CPU）：中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。AT89C51 的 CPU 能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)或代碼。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部 RAM）：AT89C51 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，但其中后128 單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前 128 單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前 128 單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部 RAM。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部 ROM）：AT89C51 共有 8KB 掩膜 ROM

15、，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部 ROM。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：AT89C51 共有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。CPU時(shí)鐘電路ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器RAM中斷系統(tǒng)并行接口串行接口P3TxDx PRxDINT0INT1P2P1P0T1圖 3-2 AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖并行 I/O 口：AT89C51 共有四個(gè) 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：AT89C51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作

16、為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。中斷控制系統(tǒng)：AT89C51 單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。AT89C51 共有 5 個(gè)中斷源，即外中斷 2 個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷 2 個(gè)，串行中斷 1 個(gè)。全部T0中斷分為高級(jí)和低級(jí)共二個(gè)優(yōu)先級(jí)別。時(shí)鐘電路：AT89C51 芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為 6MHZ 和 12MHZ。從上述內(nèi)容可以看出，AT89C51 雖然是一個(gè)單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此實(shí)際上它已是一個(gè)簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。3.1.2 AT89C51 的信

17、號(hào)引腳AT89C51 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，其引腳排列請(qǐng)參見(jiàn)圖 3-3。引腳功能見(jiàn)表 3-1。表 3-1 AT89C51 引腳功能圖 3-3 MCS51 引腳ALE：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于 ALE 是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部 ROM 時(shí)有效（低電平） ，以PSENPSEN實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作限定在外EAEA部程序存儲(chǔ)器；而

18、當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，則對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，EA并可延至外部程序存儲(chǔ)器。RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平即為有效，用以引腳名稱引腳功能P0.0P0.7P0 口 8 位雙向端口線P1.0P1.7P1 口 8 位雙向端口線P2.0P2.7P2 口 8 位雙向端口線P3.0P3.7P3 口 8 位雙向端口線ALE地址所存控制信號(hào)PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)RST復(fù)位信號(hào)XTAL1 和XTAL2外部晶體引線端Vcc+5V 電源Vss地線P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/

19、VPD9RXD P3.010TXD P3.111INT0 P3.212INT1 P3.313T0 P3.414T1 P3.515WR P3.616RD P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC408051 完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。XTAL1 和 XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用

20、外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。VSS：地線。VCC：+5V 電源。由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如 AT89C51 系列把芯片引腳數(shù)目限定為 40 條，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此數(shù)，因此就需要給一些信號(hào)引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號(hào)定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號(hào)就是它的第二功能。最常用的是 P3 口線的第二功能詳見(jiàn)表 3-2。表 3-2 P3 口各引腳與第二功能表第一功能第二功能第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.20INT外部中斷 0 申請(qǐng)P3.31INT外部中斷 1 申請(qǐng)P3.4T0

21、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入P3.6WR外部 RAM 寫(xiě)選通P3.7RD外部 RAM 讀選通3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成如圖 3-4 所示。主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的初始化工作，讀取并處理時(shí)間、按鍵響應(yīng)、顯示等。單片機(jī)的工作就是執(zhí)行用戶程序、指揮各部分硬件完成既定任務(wù)。單片機(jī)能夠工作的最小電路還包括時(shí)鐘和復(fù)位電路。時(shí)鐘電路位單片機(jī)工作提供基本始終，復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到初始值。單片機(jī)是一個(gè)負(fù)載的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控

22、制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路是由 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接的晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成。時(shí)鐘電路中晶體振蕩器的頻率高則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率就高，所以該系統(tǒng)采用 12MHz 晶振，工作周期為 1us。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。本系統(tǒng)中采用的是 12MHz 晶振，時(shí)鐘頻率為 12MHz，每個(gè)機(jī)器周期為1us，需要加上持續(xù) 2us 以上時(shí)間的高電平。復(fù)位電路有兩種形式：手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，在本系統(tǒng)中采用的是手

23、動(dòng)按鍵復(fù)位。如圖 3-4 所示，R1、C3 和 KEY1 組成系統(tǒng)手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。圖 3-4 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 感應(yīng)系統(tǒng)為了使單片機(jī)在液位情況不同時(shí)進(jìn)行判定，從而決定工作情況，我們要給單片機(jī)傳遞液位的信息。感應(yīng)系統(tǒng)目的就是將感應(yīng)到的液位的信息傳遞給單片機(jī)，所以需要在容器中放置能夠感應(yīng)出液位情況的感應(yīng)器件，此系統(tǒng)中我們選用浮球液位計(jì)。浮球液位計(jì)由浮球、插桿等組成。根據(jù)排開(kāi)液體體積相等原理浮于液面，當(dāng)容器的液位變化時(shí)浮球也隨著上下移動(dòng)，由于磁性作用，浮球液位計(jì)的彈簧受磁性吸合，把液面位置變化成電信號(hào)，通過(guò)磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換成 420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流

24、信號(hào)，傳供給控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)、控制和記錄。該儀器適用于石油、化工、電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測(cè)量，尤其對(duì)于地下貯槽、貯罐的液位測(cè)量最為理想。通過(guò)浮球液位計(jì)所傳出的電流信號(hào)，傳遞給單片機(jī)。如圖 3-5 所示，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 為液位檢測(cè)信號(hào)傳遞的接口。P1.0 端口接 a 位，P1.1 端口 b 位，P1.2 端口接 c 位，P1.3 端口接 d 位。圖 3-5 信號(hào)傳遞系統(tǒng)3.3 指示系統(tǒng) 為了得知控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情況，我們需要給整個(gè)系統(tǒng)添加裝置來(lái)明示，表明系統(tǒng)的進(jìn)程、液體的位置，此系統(tǒng)中，采用連接指示燈來(lái)提供我們液位控制的

25、必要的信息。如圖 3-6 所示，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4 端口為單片機(jī)與液位位置和單片機(jī)工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)端口。在單片機(jī)工作期間，除了表明工作進(jìn)行的工作指示 D5會(huì)一直保持亮的狀態(tài)，其它指示燈會(huì)為表明液位的情況相應(yīng)變亮，如表 3-3 所示。 表 3-3 指示燈情況明示表液位情況亮狀態(tài)指示燈液體到達(dá) a 位D1液體到達(dá) b 位D1,D2液體到達(dá) c 位D1,D2,D3液體到達(dá) d 位D1,D2,D3,D4圖 3-6 指示系統(tǒng)3.4 液位控制系統(tǒng)在液位進(jìn)入容器時(shí)，為了可以控制液體在容器內(nèi)液位的高度，選擇P2.0、P2.1、P2.2 為預(yù)定液位的控制端口，在 P2.

26、0 端口、P2.1 端口、P2.2 端口接入三個(gè)開(kāi)關(guān)分別限定液體到達(dá) a 位、b 位和 c 位，如圖 3-7 所示。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)單片機(jī)會(huì)進(jìn)行判定，然后根據(jù)程序進(jìn)行液位控制，使進(jìn)入容器的液體停止在相應(yīng)位置。如果在單片機(jī)起動(dòng)后沒(méi)有開(kāi)關(guān)閉合，那么液體直到 d 位才會(huì)停止。圖 3-7 液位控制系統(tǒng)3.5 電機(jī)與報(bào)警系統(tǒng)單片機(jī)在接受和判斷傳輸進(jìn)來(lái)的信息后根據(jù)程序來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和警報(bào)的鳴響。如圖 3-7，P3.0、P3.1 為電機(jī)和報(bào)警器的控制端口，P3.0 端口連接電機(jī)控制電路，在端口發(fā)出高電平時(shí)，會(huì)啟動(dòng)光耦合器，使電路中得電磁繼電器閉合，導(dǎo)通電機(jī)電路，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將液體送入容器。其工作狀態(tài)如表 3-4。

27、圖 3-7 電機(jī)與報(bào)警系統(tǒng)圖表 3-4 電動(dòng)機(jī)和報(bào)警器工作狀態(tài)表液位情況液位控制開(kāi)關(guān)情況電動(dòng)機(jī)及報(bào)警狀態(tài)未檢測(cè)到液體無(wú)開(kāi)關(guān)閉合D6 亮，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，警報(bào)不響a 位開(kāi)關(guān)閉合D6 滅，電動(dòng)機(jī)停，警報(bào)響液體到達(dá) a 位無(wú)開(kāi)關(guān)閉合D6 亮，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，警報(bào)不響b 位開(kāi)關(guān)閉合D6 滅，電動(dòng)機(jī)停，警報(bào)響液體到達(dá) b 位無(wú)開(kāi)關(guān)閉合D6 亮，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，警報(bào)不響c 位開(kāi)關(guān)閉合D6 滅，電動(dòng)機(jī)停，警報(bào)響液體到達(dá) c 位無(wú)開(kāi)關(guān)閉合D6 亮，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，警報(bào)響液體到達(dá) d 位無(wú)開(kāi)關(guān)閉合D6 滅，電動(dòng)機(jī)停，警報(bào)響第 4 章軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序編寫(xiě)內(nèi)容，可以監(jiān)控液位的不同位置，在液位處于不同狀態(tài)傳遞著不同信號(hào)而由程序控制

28、指示燈、電機(jī)及報(bào)警器的狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)制了三個(gè)按鍵，是控制液位位置的。整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)均采用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，采用查詢的方式進(jìn)行液位和按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)框圖如圖 4-1。控制系統(tǒng)復(fù)位、時(shí)鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預(yù)選系統(tǒng)電機(jī)與警報(bào)系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 4-1 控制系統(tǒng)框圖4.1 延時(shí)子程序電路中我們用的 12MHz 的晶體振蕩器，所以一個(gè)機(jī)器周期為 1us，為了使電路中的報(bào)警器發(fā)出正常的鳴叫聲，需要一個(gè)延時(shí)子程序。內(nèi)容如下：void delay(unsigned int z) unsigned int x,y; for(y=110;y0;y-); for(x=z;x0;x-); 其中 Z

29、為自定義函數(shù)，在調(diào)用時(shí)插入語(yǔ)句“delay(z)”即可啟動(dòng)延時(shí)，而其中的延時(shí)時(shí)間為 Z110us。4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序由硬件系統(tǒng)可知，單片機(jī)的 P1 端口接入的是液位的感應(yīng)端，由于感應(yīng)端的關(guān)系，在感應(yīng)高位的端口時(shí)低端的感應(yīng)器一定感應(yīng)到了液位，所以端口會(huì)由于液位上漲依次接收到電信號(hào)，相對(duì)應(yīng)得函數(shù)程序，流程及其相應(yīng)程序?yàn)椋?P1=0 xf0 /液位無(wú)感應(yīng)無(wú)信號(hào)。P1=0 xf1 / a 位有感應(yīng)信號(hào)。P1=0 xf3 /a 位、b 位有感應(yīng)信號(hào)。P1=0 xf7 /a 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號(hào)。P1=0 xff /四個(gè)液位檔均有感應(yīng)信號(hào)。圖 4-2 液位感應(yīng)流程圖4.3 指示系統(tǒng)程序液位和單片

30、機(jī)工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)接入單片機(jī)的 P0 端口。當(dāng)端口處于高電平時(shí)指示燈就會(huì)變亮，而控制端口的高低電平就是單片機(jī)和其內(nèi)部的程序，當(dāng)感應(yīng)到液位信號(hào)后，作出對(duì)應(yīng)指令。P0.4 端口的工作指示燈在單片機(jī)工作時(shí)一直都要保持亮的狀態(tài)，所以我們需要 P0.4一直為高電平。P4 端口的函數(shù)指令、流程及其相應(yīng)程序如下：if(P1=0 xf0) / 液位指感應(yīng)無(wú)信號(hào)P0=0 xf0; / 只有工作指示燈亮if(P1=0 xf1) / a 位有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xf1; / a 位指示燈亮if(P1=0 xf3) / a 位、b 位有感應(yīng)信號(hào)液位上升液位到 a 位液位到 b 位液位到 c 位液位到 d 位

31、液位到達(dá)a 位液位到達(dá)b 位液位到達(dá)c 位液位到達(dá)d 位系統(tǒng)啟動(dòng)液位指示燈 D1 亮液位指示燈 D2 亮液位指示燈 D3 亮工作指示燈 D5 亮液位指示燈 D4 亮P0=0 xf3; / a 位、b 位指示燈亮if(P1=0 xf7) /a 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xf7; / a 位、b 位、c 位指示燈亮if (P1=0 xff) /四個(gè)液位檔均有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xff; /四個(gè)液位指示燈全亮圖 4-3 指示燈系統(tǒng)流程圖4.4 電機(jī)和警報(bào)系統(tǒng)程序單片機(jī)的 P3.0、P3.1 為電機(jī)和報(bào)警器的控制端口,利用程序語(yǔ)言將這兩個(gè)端口定義出來(lái)，更為方便簡(jiǎn)單的控制，例：sbit P30

32、=P30;/電機(jī)端口，將 P3.0 接口定義為 P30。sbit P31=P31;/報(bào)警器端口，將 P3.1 接口定義為 P31。相應(yīng)端口為高電平時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)，報(bào)警器鳴叫，系統(tǒng)流程圖如下：P30=1;/電機(jī)指示燈 D6 亮，電機(jī)啟動(dòng)P31=0;/報(bào)警器不響P30=0;/電機(jī)指示燈 D6 滅，電機(jī)停P31=1;/報(bào)警器響圖 4-4 電機(jī)和警報(bào)系統(tǒng)流程圖4.5 液位預(yù)選系統(tǒng)程序P2.0、P2.1、P2.2 為液位預(yù)選控制的數(shù)據(jù)傳送端口，不同的感應(yīng)端口接收到信號(hào)后，通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)和報(bào)警器。流程圖如下：關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)報(bào)警器不響電機(jī)指示燈 D6 亮電機(jī)停轉(zhuǎn)報(bào)警器響電機(jī)指示燈 D6 滅NY

33、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否有按鍵按下相應(yīng)液位是否有液體感應(yīng)YN電機(jī)停止圖 4-5 液位控制系統(tǒng)流程圖a 位控制：if(P1=0 xf1) / a 位有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xf1; / a 位指示燈亮if(P20=0) / a 位預(yù)選開(kāi)關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報(bào)警b 位控制：if(P1=0 xf3) / a 位、b 位有感應(yīng)信號(hào) P0=0 xf3; / a 位、b 位指示燈亮if(P21=0) / b 位預(yù)選開(kāi)關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報(bào)警c 位控制：if(P1=0 xf7) / a 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xf7; / a 位、b 位、c 位指示

34、燈亮if(P22=0) / c 位預(yù)選開(kāi)關(guān)按下P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報(bào)警液位達(dá)到 d 位時(shí)，點(diǎn)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止，報(bào)警器鳴叫，程序如下：if (P1=0 xff) / a 位、b 位、c 位、d 位均有感應(yīng)信號(hào)P0=0 xff; / a 位、b 位、c 位、d 位水指示燈全亮 P30=0; /電機(jī)停 P31=1; /報(bào)警4.6 系統(tǒng)主流程圖系統(tǒng)的軟件主流程圖如圖 4-6 所示。讀取液位信息指示燈顯示初始化液位控制鍵位按下是否液位達(dá)標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)電機(jī)停NY結(jié)束開(kāi)始圖 4-6 主程序流程圖系統(tǒng)程序詳見(jiàn)附錄 2。第 5 章系統(tǒng)測(cè)試本設(shè)計(jì)的核心是采用 AT89C51 單片機(jī)，外部連接電子電路，

35、構(gòu)成了一個(gè)多位控制的液位控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的仿真采用 PROTEUS 軟件，由于軟件內(nèi)沒(méi)有浮球等液位感應(yīng)器，所以連接簡(jiǎn)單電路代替。如圖 5-1 所示，設(shè)有 4 個(gè)接地開(kāi)關(guān) SW1-SW4，對(duì)液位進(jìn)行仿真控制如果沒(méi)有開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，就相當(dāng)于液體低于 a 位，電機(jī)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。但要注意，在液位處于高液位時(shí)液位肯定浸沒(méi)過(guò)低液位，所以在表示高液位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，低于此液位的開(kāi)關(guān)也要處于斷開(kāi)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)仿真情況如表 5-1。圖 5-1 信號(hào)傳遞仿真系統(tǒng)表 5-1 液位情況仿真表液位情況開(kāi)關(guān)狀態(tài)未檢測(cè)到液體開(kāi)關(guān)全部閉合液體到達(dá) a 位SW1 斷開(kāi)，其他開(kāi)關(guān)全閉合液體到達(dá) b 位SW1，SW2 斷開(kāi)，其他開(kāi)關(guān)閉合液體到達(dá)

36、c 位SW4 閉合，其他開(kāi)關(guān)全斷開(kāi)液體到達(dá) d 位開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)5.1 仿真測(cè)試過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行系統(tǒng)，開(kāi)始傳感器無(wú)感應(yīng)（如圖 5-1） ，P0.4 端口保持高電平，D5 會(huì)保持亮的狀態(tài)說(shuō)明系統(tǒng)正在運(yùn)行（如圖 5-2 所示） ，此時(shí)程序會(huì)使 P3.0 端口為高電平，P3.1 端口為低電平，而當(dāng) P3.1 端口為高低電平，會(huì)使報(bào)警電路導(dǎo)通，才能使報(bào)警器會(huì)鳴叫。圖 5-2 系統(tǒng)運(yùn)行工作指示燈 D5 亮當(dāng) P3.0 端口為高電平，D6 會(huì)變亮，會(huì)啟動(dòng)光耦合器，電流同過(guò)電路三極管后會(huì)被放大到足夠大，以啟動(dòng)電磁繼電器使開(kāi)關(guān)吸合，使電機(jī)電路導(dǎo)通，如圖 5-3 所示。圖 5-3 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)開(kāi)關(guān) SW1 斷

37、開(kāi)時(shí)，P1.0 端口為高電平（如圖 5-4） ，如果開(kāi)關(guān) SW5 于閉合狀態(tài)下，會(huì)使 P2.0 端口為低電平，此時(shí)程序會(huì)使 P3.0 端口為低電平，P3.1 端口為高電平，則電機(jī)會(huì)停止，報(bào)警器會(huì)鳴叫，如圖 5-5；開(kāi)關(guān) SW5 于斷開(kāi)閉合狀態(tài)下，會(huì)使 P2.0 端口為高電平，此時(shí)程序會(huì)使 P3.0 端口為高電平，P3.1 端口為低電平，則電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，報(bào)警器不會(huì)鳴叫。圖 5-4 模擬液位到達(dá) a 位，SW1 斷開(kāi)圖 5-5 a 位控制開(kāi)關(guān)閉合當(dāng)開(kāi)關(guān) SW2 斷開(kāi)時(shí)（SW1 已處于斷開(kāi)） ，P1.1 端口為高電平（P1.0 端口已處于高電平）指示燈 D1，D2 會(huì)變亮，判斷此時(shí)開(kāi)關(guān) SW6 狀況，

38、如果此時(shí)開(kāi)關(guān) SW6 處于閉合狀態(tài)下，電機(jī)則會(huì)停止，報(bào)警器會(huì)鳴叫；否則電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，在開(kāi)關(guān) SW3 斷開(kāi)時(shí)，指示燈 D1，D2，D3 會(huì)變亮，判斷開(kāi)關(guān) SW7 的狀況。而在開(kāi)關(guān) SW4 斷開(kāi)時(shí)，液位指示燈會(huì)全亮，電機(jī)會(huì)自動(dòng)停止且報(bào)警器鳴叫。5.2 仿真結(jié)果系統(tǒng)通過(guò)仿真調(diào)試后，可以穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行液位控置，且可以在系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)更改預(yù)設(shè)液位。但要注意在運(yùn)用電磁繼電器時(shí)，要使電路有足夠的電壓?jiǎn)?dòng)它；連接報(bào)警器時(shí)，要考慮單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘始終頻率?？偨Y(jié)本設(shè)計(jì)以功能齊全適用于大眾為指導(dǎo)思想，選取 AT89C51 單片機(jī)為控制核心。通過(guò)外圍元件構(gòu)成了一個(gè)具有容器內(nèi)液位不同位置控制的液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有指示

39、燈顯示液位，鍵位預(yù)選液位，到目的液位的報(bào)警功能，軟件程序采用均采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，便于移植與升級(jí)。整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)對(duì)液位感應(yīng)信號(hào)和液位控制端口的循環(huán)判斷后，做出對(duì)電機(jī)的端口信號(hào)控制，控制液體的導(dǎo)入與否進(jìn)而控制了容器內(nèi)部的液位。系統(tǒng)經(jīng)連接、調(diào)試后，可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可以對(duì)液體進(jìn)入容器位置進(jìn)行預(yù)先設(shè)置。系統(tǒng)具有線路簡(jiǎn)單、清晰、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控液位情況，添加或更換不同的液位傳感器可以改進(jìn)這一情況，之后可以根據(jù)容器參數(shù)計(jì)算出液體體積 。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要的控制對(duì)象是電機(jī)，在不同的情況下來(lái)選擇電機(jī)的啟動(dòng)和停止，沒(méi)有對(duì)液體流入容器的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行多方面的控制，此系統(tǒng)可以在影響液位的其他方

40、面的因素進(jìn)行提升和改進(jìn)，形成多方向控制液位系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:高等教育出版社，20032 詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京:高等教育出版社，20043 旭東.實(shí)用電子電路精選.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，19994 王漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社，19965 李偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:北京大學(xué)出版社，20088 陳忠平.單片機(jī)基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實(shí)踐.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，20069 沈慶陽(yáng).8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)

41、用.北京:清華大學(xué)出版社,200310 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京:北京航空航天出版社,200611 楊振江.單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007附錄 1系統(tǒng)仿真電路附錄 3 元件明細(xì)表項(xiàng)目代號(hào)名 稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注更改RP1RT0.125b9.1k10%1RP2RT0.125b9.1k10%1R1RT0.125b1k10%1R2RT0.125b10010%1R3RT0.125b9.1k10%1R4RT0.125b1k10%1R5RT0.5b20010%1C1CD225V100F101C2CD225V100F101CD263V300F101D1LED-GREEN1D2LED-GREEN1D3LED-GREEN1D4LED-RED1D5LE