基于單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄基于單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng) 第1節(jié) 引 言 在人們的日常生活中，房頂水箱水位大都未能實(shí)現(xiàn)自動控制，水箱中水位的高低常由水電管理人員進(jìn)行控制。不僅浪費(fèi)人力又會造成不必要的資源浪費(fèi)。這在電廠中等大型廠房顯得尤為突出。為了解決經(jīng)常停水和有效的避免水資源的浪費(fèi)，節(jié)約能源。設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于電廠用水系統(tǒng)的水箱水位控制器。 本系統(tǒng)以8051單片機(jī)為核心控制，以電廠600立方米的水箱為例，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動、自動切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合電廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。本文還詳細(xì)地給出了相關(guān)的硬件框架和軟件流程圖，并編制了相應(yīng)的匯編語言程序。1.1水箱水位單片機(jī)控

2、制系統(tǒng)概述 水是動植物體內(nèi)和人的身體中不可缺少的物質(zhì)，可以說，沒有水就沒有生命的存在。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也不能離開水，水是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要原料。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中消耗的淡水量占人類消耗淡水總量的60%80%，工業(yè)上也要用大量的水進(jìn)行生產(chǎn)。在自然界中淡水量不到水總量的1%。據(jù)21世紀(jì)城市水資源國際學(xué)術(shù)研討會透露，聯(lián)合國已經(jīng)把我國列為世界上13個(gè)最缺水的國家之一，目前我國人均用水量是世界人均用水量的30%左右。人類現(xiàn)在用水量越來越大，且污染也越來越嚴(yán)重，這就要求我們要保護(hù)水資源。 但是人民并沒有意識到該問題的嚴(yán)重性，浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中還時(shí)有發(fā)生。例如居民生活區(qū)樓層頂樓的水箱的浪費(fèi)問題就很嚴(yán)重。不僅要

3、安排人力去人為的檢測水位，而且還測不準(zhǔn)。不僅造成水資源的浪費(fèi)還造成財(cái)力的浪費(fèi)。所以我們何不設(shè)計(jì)一個(gè)自動檢測水位的系統(tǒng)呢，這樣既不需要安排人力去檢測，減少了財(cái)力的開支。又加強(qiáng)了測量的精度，減少了水資源的浪費(fèi)。1.2本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本論文主要研究水箱水位控制器系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了水位報(bào)警和手動、自動切換功能。操作方便、性能良好。主要內(nèi)容如下： 當(dāng)水箱水位低時(shí)，啟動M1、M2給水，水位上升到90%，挺M1.當(dāng)水箱水位低于50%時(shí)，同時(shí)啟動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%才停止工作當(dāng)水位高與90開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LG閉合，系統(tǒng)水位高

4、報(bào)警。當(dāng)水位低于75開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LD閉合，系統(tǒng)水位低報(bào)警。當(dāng)水位低與50開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報(bào)警。手動/自動模式轉(zhuǎn)換控制如下：全自動模式下，系統(tǒng)自動判斷水位的狀況，選擇不同的工作狀態(tài)。在手動的模式下，兩臺給水泵的運(yùn)行控制可由人工自己操作。 第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 2.1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理系統(tǒng)電路示意圖如下:圖2-1 系統(tǒng)電路示意圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下:圖2-2 單片機(jī)控制系統(tǒng)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、水位低低浮球開關(guān)，當(dāng)水位高（大于90開度）時(shí)，LG閉合，當(dāng)水位低（小于75開

5、度）時(shí)，LD閉合，當(dāng)水位低低（小于50開度）時(shí)，LDD閉合。800立方米水箱的控制器由8051系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機(jī)的起停和電源波動時(shí)對電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如下：圖 2-3 單片機(jī)控制水泵起停報(bào)警圖給水泵電機(jī)主控回路圖如下:圖2-4 給水泵電機(jī)主控回路圖2.2單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路目前，8051單片機(jī)在工業(yè)檢測領(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)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對話的功能。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

6、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)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；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。中央處理器CPU是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，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)

7、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)寄存器。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。枷執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲器中取來經(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，送到存儲器、運(yùn)算器或Io接口電路，完成指令功能。程序計(jì)數(shù)器Pc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位可對以K字節(jié)的程序存儲器直接尋址c指令執(zhí)行結(jié)束

8、后，Pc計(jì)數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。CPU功能，總的來說是以不同的方式，執(zhí)行各種指令。不同的指令其功自略異。有的指令涉及到枷各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機(jī)核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部器件如外部程序存儲器發(fā)生聯(lián)系。事實(shí)上，cRJ是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能。所謂cRJ的時(shí)序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時(shí)間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作。2.2.1 時(shí)序 時(shí)鐘電路 M田51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)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方

9、式時(shí)，在C1和C2引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為1212MHZ在使用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2用來輸入外部時(shí)鐘信號，而XTALI接地。 時(shí)序 MGL5l單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)接蕩周期，分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為16us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的s4讀人

10、第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。多數(shù)Mcs51指令周期為12個(gè)機(jī)器周期，只有乘法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需4個(gè)機(jī)器周期。 對于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。下面是51單片機(jī)的振蕩電路圖：圖2-5 51單片機(jī)振蕩電路圖2.2.2 89C51引腳電路及其功能 MCS51系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電

11、源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端。外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。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)，對于HMOS單片機(jī)，該引腳

12、作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接?？刂菩盘柣蚺c其它電源復(fù)用引腳控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號

13、）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引

14、腳用于接21V的編程電源Vpp。輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的

15、計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。(D).P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。附:8

16、9C51的引腳如圖圖2-6 51單片機(jī)引腳分布第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ；P1 P3口初始化置1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AUT ；若手動在自動位置，跳到自動模式子程序AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序END主程序框架圖如下：圖3-1 主程序流程圖3.2自動模式子程序設(shè)計(jì)AUT：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 P

17、3.0 ；水位低低報(bào)警JNB 3.1 P1.6, Y1 ；M1已啟動Y1CLR P1.4 ；否則啟動M1Y1: JNB P1.7 ,Y2 ；M2已啟動-Y2 CLR P1.5 ；否則啟動M2Y2: ACALL DELAY ；延時(shí)1分鐘 AJMP AUT ；返回自動模式LDD: JNB P1.6 ,Y3 ；單獨(dú)運(yùn)行M1（LDD水位LD）CLR P1.4Y3: JB P1.7 Y2SETB P1.5AJMP Y2LG: CLR P3.2 ；水位高報(bào)警LD: AJMP MAIN ；返回主程序自動模式子程序流程圖如下:圖 3-2 自動模式子程序流程圖3.3手動模式子程序設(shè)計(jì)MEN： NOPJNB P1

18、.1 , MAIN ；水位高返回主程序ACALL KEYCJNE A ,#FOH,NN ；有無鍵合AJMP MENNN: JNB ACC.4 ,HM1 JNB ACC.5, HM2JNB ACC.6 ,DM1JNB ACC.7 ,DM2AJMP MENHM1: JNB P1.6 ,MENCLR P1.4AJMP MENHM2: JNB P1.7, MEN CLR P1.5AJMP MENDM1: JB P1.6, MENSETB P1.4AJMP MENDM2: JB P1.7, MENSETB P1.5AJMP MENRET手動模式子程序流程圖如下:圖3-3 手動模式子程序流程圖3.4延時(shí)1

19、S子程序設(shè)計(jì)延時(shí)1S主程序:T1M1: MOV R1, #F0HL4: MOV R2, #08HL1: MOV R3, #FAHL2: MOV R4, #FAHL1: DJNZ R4, L1DJNZ R3, L2DJNZ R2, L3DJNZ R1, L4RET3.5延時(shí)6S子程序設(shè)計(jì)延時(shí)6ms子程序:T1M3: MOV R4, #12MM: MOV R5, #248DJN2 R5, $ DJN2 R4, D3RET3.6有無鍵合子程序設(shè)計(jì)有無鍵合子程序：KEY： ACALL KS1 ；有無閉合JNZ LK1ACALL TIMAJMP KEY ；無鍵閉合返回LK1： ACALL TIMACALL TIMACALL KS1JNZ LK2 第4節(jié) 結(jié)束語通過這次單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域確實(shí)很廣泛，不僅培養(yǎng)了我自己的獨(dú)立思考能力，還加深了對單片機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識。但我也僅