基于單片機的水箱水位控制系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上計算機控制技術課 程 設 計成績評定表設計課題 基于單片機的水箱水位控制系統(tǒng)設計 學院名稱 ： 電氣工程學院 專業(yè)班級 ： 自動F0901 學生姓名 ： 張航 學 號 ： 6 指導教師 ： 臧海河 設計地點 ： 31-503 設計時間 ： 2012-06-112011-06-15 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日專心-專注-專業(yè)計算機控制技術課 程 設 計 課程設計名稱： 基于單片機的水箱水位控制系統(tǒng)設計專 業(yè) 班 級 ： 自動F0901 學 生 姓 名 ： 張航 學 號 ： 6 指 導 教 師 ： 臧海河 課程設計地點： 31-503 課程設計時間： 201

2、1-06-112011-06-15 計算機控制技術 課程設計任務書學生姓名張航 專業(yè)班級自動F0901學號6題 目基于單片機的水箱水位控制系統(tǒng)設計課題性質工程設計課題來源自擬指導教師臧海河主要內容（參數(shù)）1、當水箱水位低時，啟動M1、M2給水，水位上升到90%，停M1.當水箱水位低于50%時，同時啟動M1、M2，當水位上升到50%以上70%以下時，停M2，M1繼續(xù)運行到水位上升到90%才停止工作2、當水位高于90%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LG閉合，系統(tǒng)水位高報警。當水位低于70%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LD閉合，系統(tǒng)水位低報警。當水位低與50%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信

3、號，LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報警。3、手動/自動模式轉換控制如下：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，兩臺給水泵的運行控制可由人工自己操作。任務要求（進度）第1天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第2天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第3天：軟件設計，編寫程序。第4-5天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、語言流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料1、 李丹，王新第,杜維.光電耦合器的實用技巧(J).自動化儀表，2003，

4、6 2、陳有卿，謝剛.新穎電子模塊應用手冊(M).機械工業(yè)出版社，20033、武慶生，仇梅.單片機原理與應用（M）.電子科技大學出版，1998,124、 朱定華.單片機原理與接口技術（M）.電子工業(yè)出版社，2001,4審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄.5.5.6.7.7.10.10.11.12.12.14.17.20.20.20.21 .22基于單片機的水箱水位控制系統(tǒng) (1)、 引言 在人們的日常生活中，房頂水箱水位大都未能實現(xiàn)自動控制，水箱中水位的高低一般由水電管理人員進行控制。不僅浪費人力還造成不必要的資源浪費。這在電廠中等大型廠房顯得更加突出。為了解決經(jīng)常停水和有效的

5、避免水資源的浪費，節(jié)約能源。設計了一個適用于電廠用水系統(tǒng)的水箱水位控制器。 本系統(tǒng)以8051單片機為核心控制，以電廠600立方米的水箱為例，實現(xiàn)了報警和手動、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。1)1）水箱水位單片機控制系統(tǒng)概述 水是動植物體內和人的身體中不可缺少的物質，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。在自然界中淡水量不到水總量的1%。據(jù)21世紀城市水資源國際學術研討會透露，聯(lián)合國已經(jīng)把我國列為世界上13個最缺水的國家之一，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

6、越來越嚴重，這就要求我們要保護水資源。但是人民并沒有意識到該問題的嚴重性，浪費水資源的現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中還時有發(fā)生。例如居民生活區(qū)樓層頂樓的水箱的浪費問題就很嚴重。不僅要安排人力去人為的檢測水位，而且還測不準。不僅造成水資源的浪費還造成財力的浪費。所以我們何不設計一個自動檢測水位的系統(tǒng)呢，這樣既不需要安排人力去檢測，減少了財力的開支。又加強了測量的精度，減少了水資源的浪費。1)2)本設計任務和主要內容本論文主要研究水箱水位控制器系統(tǒng)。實現(xiàn)了水位報警和手動、自動切換功能。操作方便、性能良好。主要內容如下： 當水箱水位低時，啟動M1、M2給水，水位上升到90%，停M1.當水箱水位低于50%時，同時啟

7、動M1、M2，當水位上升到50%以上70%以下時，停M2，M1繼續(xù)運行到水位上升到90%才停止工作當水位高與90%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LG閉合，系統(tǒng)水位高報警。當水位低于70%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LD閉合，系統(tǒng)水位低報警。當水位低與50%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報警。手動/自動模式轉換控制如下：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，兩臺給水泵的運行控制可由人工自己操作。 (2)系統(tǒng)主要硬件電路設計 2)1)單片機控制系統(tǒng)原理系統(tǒng)電路示意圖 圖(1)電路示意圖（protel）系統(tǒng)結構設計圖如下:90

8、%70%50% LG LD LDD水箱 M1水泵 M2水泵圖（2）單片機控制系統(tǒng)結構圖其中M1、M2為給水泵機組，LG、LD、LDD分別為水位高、水位低、水位低低浮球開關，當水位高（大于90開度）時，LG閉合，當水位低（小于70開度）時，LD閉合，當水位低低（小于50開度）時，LDD閉合。600立方米水箱的控制器由89c51系統(tǒng)構成。為避免電機的起停和電源波動時對電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，其電路圖如下： 圖（3）單片機控制水泵起停報警圖 給水泵電機主控回路圖如下: 圖（4）給水泵電機主控回路圖2）2）單片機主機系統(tǒng)電路目前，8051單片機在工

9、業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。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系；有的指令涉及到單片機核心電路內部各功能部件的關系；有的則與外部器件如外部程序存儲器發(fā)生聯(lián)系。事實上，cRJ是通過復雜的時序電路完成不同的指令功能。所謂cRJ的時序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時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） 時序 時序 MGL5l單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組

10、成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為16us；在一數(shù)情況下，算術和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內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，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結束時完成指令操作。多數(shù)Mcs51指令周期為12個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期

11、。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀人兩個字節(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跳過兩次取指操作。2）2）2） 80C51引腳電路及其功能下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。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。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單

12、片機，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。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳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其它電源復用引腳控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。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。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)

13、分時復用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，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，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過2

14、56個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，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立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。附:89C51的引腳圖圖（5） 51單片機引腳分布 三、系統(tǒng)的程序設計3）1）系統(tǒng)主程序設計 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，

15、跳到自動模式子程序AJMP MEN ；否則轉到手動模式子程序END主程序框架圖如下： 圖（6）主程序流程圖3）2）自動模式子程序設計AUT：NOP ；空命令JNB P1.2 , LG ；水位高LGJB P1.1 LD ， ；水位沒低-LDCLR P3.1 ；水位低報警JB P1.0, LDD ；水位未低低-LDDCLR P3.0 ；水位低低報警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1分鐘 AJMP AUT ；返回自動模式LDD:

16、 JNB P1.6 ,Y3 ；單獨運行M1（LDD水位LD）CLR P1.4Y3: JB P1.7 Y2SETB P1.5AJMP Y2LG: CLR P3.2 ；水位高報警LD: AJMP MAIN ；返回主程序自動模式子程序流程圖如下:圖（7） 自動模式子程序流程圖3）3）手動模式子程序設計MEN： NOPJNB P1.1 , 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.

17、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（8）手動模式子程序流程圖3）4）延時1S子程序設計延時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

18、6S子程序設計延時6ms子程序:T1M3: MOV R4, #12MM: MOV R5, #248DJN2 R5, $ DJN2 R4, D3RET3）6）有無鍵合子程序設計有無鍵合子程序：KEY： ACALL KS1 ；有無閉合JNZ LK1ACALL TIMAJMP KEY ；無鍵閉合返回LK1： ACALL TIMACALL TIMACALL KS1JNZ LK2 四、結束語通過這次單片機的課程設計，使我認識到單片機的應用領域確實很廣泛，不僅培養(yǎng)了我自己的獨立思考能力，還加深了對單片機應用的認識。但我也僅僅是掌握了其中的一小部分而已。所以設計過程中難免出現(xiàn)差錯，以后我會繼續(xù)學習，不斷完善自己。系統(tǒng)以單片機89C51為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對水箱水位信號的采集、處理、等功能;運行程序該系統(tǒng)的主要特點是: 1)工作運行穩(wěn)定，抗干