液位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計(論文)題目: _ 基于單片機的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級: 應(yīng)電 08-2 學 號: 6 姓 名: 聲 二一年九月十日息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書學 生姓 名學號56班級應(yīng)電 08-2專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計題目液位控制系統(tǒng)設(shè)計指導教師姓名職 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)計內(nèi)容：注意：選題要結(jié)合實際。設(shè)計內(nèi)容要詳細寫明具體步驟；學生在該設(shè)計中具體完成的工作（結(jié)果）1.具有一個總開關(guān)；2.電路根據(jù)檢測結(jié)果能對電機實施控制；3.電路具有報警功能；4.完成電路設(shè)計方案的選擇；5.單元電路的

2、設(shè)計；6.整機電路的原理分析；7.設(shè)計仿真與調(diào)試。 進度安排：要有較為詳細的時間安排（時間具體到周） ；第 23 周：消化課題，查找資料，選擇參考方案；第 45 周：確定設(shè)計方案并熟悉部分器件的用途；第 67 周：查找資料，進行單元電路的設(shè)計；第 810 周：分析電路原理，完成設(shè)計過程，撰寫初稿；第 1113 周：按畢業(yè)論文的各項要求，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、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)：1 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導.北京:高等教育出版社，20032 詩白.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.實用電子電路精選.北京:化學工業(yè)出版社，19994 王漢才.單片機原理及接口技術(shù).北京:清華大學出版社，19965 李偉.單片機原理及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機原理及應(yīng)用.北京:北京大學出版社，20088 陳忠平.單片機基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實踐.北京:北京航空航天大學出版社，2006審批意見教研室負責人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)目 錄摘 要 .1第章緒論 .2第 2 章設(shè)計方案 .32.1 方案

4、舉例 .32.2 方案比較 .42.3 方案確定 .4第 3 章硬件設(shè)計 .53.1 控制系統(tǒng) .53.1.1 AT89C51 單片機 .53.1.2 AT89C51 的信號引腳 .73.1.3 單片機最小系統(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 電機與報警系統(tǒng) .12第 4 章軟件設(shè)計 .134.1 延時子程序 .134.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序 .134.3 指示系統(tǒng)程序 .144.4 電機和警報系統(tǒng)程序 .154.5 液位預選系統(tǒng)程序 .154.6 系統(tǒng)主流程圖 .17第 5 章系統(tǒng)測試 .18 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)I5.1

5、仿真測試過程 .185.2 仿真結(jié)果 .21總結(jié) .22參考文獻 .23附錄 1系統(tǒng)仿真電路.24附錄 3 元件明細表.25附錄 3 源程序.26 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 0 頁 共 29 頁摘 要本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心設(shè)計一款簡易液位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要適用于容器內(nèi)液位高低的檢測，由控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報警和電機系統(tǒng)組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面，能夠顯示液位高低，可進行液位預設(shè)，到達預定液位后自動關(guān)閉電機并時報警功能。系統(tǒng)以硬件軟件化為指導思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，同時該系統(tǒng)還具有功耗小、成本

6、低的特點，具有很強的實用性。由于該系統(tǒng)所用元器件較少，單片機所被占用的I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有較強的可擴展性。軟件程序均采用 C 語言編寫，便于移植與升級。報告詳細介紹了整個系統(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。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞液位控制；AT89C51；單片機 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 1 頁 共 29 頁第章緒論21 世紀，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它作

7、為自動控制中的一個核心器件在小型自動控制系統(tǒng)及信號采集方面已被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對成熟，向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展趨勢。單片機應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(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，存在著自動化程度低、調(diào)節(jié)精度差的缺點，已經(jīng)不符合當今高效、低耗、低勞動強度的要求，同時會產(chǎn)生大量的污染。對于小型測控系統(tǒng)，一般可采用以單片機為核心、配以接口電路和外

8、圍設(shè)備，在編制應(yīng)用程式的模式來實現(xiàn)。下面將介紹一個簡單的液位控制系統(tǒng)，可用于容器內(nèi)液體存儲，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、經(jīng)濟性好的特點，還節(jié)約能源、利于環(huán)保。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 2 頁 共 29 頁第 2 章設(shè)計方案2.1 方案舉例方案一：液體流入容量控制方式。對輸入容器的液體的管道進行監(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)：對進入容器的液體體積進行監(jiān)控。管道控制系統(tǒng)：控制管道對液體的傳輸

9、情況。在液體向容器內(nèi)部輸入時，通過對容量的監(jiān)控知道容器內(nèi)的液體體積，在液體進入容器內(nèi)部的體積到達目標時，控制輸送液體的管道，使液流停止，最終達到目標液位。方案二：簡單的連通器控制方式。在目標容器內(nèi)連接連通器，使多余的液體導入副容器，以致目標容器的液位達到目的液位。導入液體連通器液位達標多余液體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 在目標液位位置給目標容器連接連通器，在觀察到多余溢出的液體流入連通器內(nèi) 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 3 頁 共 29 頁后，停止液體輸送。方案三：采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)液位控制的功能。系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心控制器件，它除

10、具有靈活強大的控制功能，以便實時檢測液位的傳遞信號、控制液位到達的高低實現(xiàn)自動控制?？刂浦噶顚胍后w指示系統(tǒng)控制系統(tǒng)電機與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 2-3 基于單片機實現(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)到的液位信號傳遞給單片機控制器?？刂浦噶睿簩⒖刂菩畔鬟f給單片機，使液位到達預定位置。顯示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機辨別后，顯示當前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。電機與報警控制系統(tǒng)：單片機經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機和報警2.2 方案比較方案一結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但是自動化程度低，精度不高，控制響應(yīng)時間慢，且只能單獨控制。方案二結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。但精度不高，無法顯示，浪費資源，自動化程度低。方案三不僅結(jié)

11、構(gòu)簡單，成本低廉，而且準確度高，自動化高，節(jié)省人力資源，更重要的是利用單片機控制后，由于其擁有多個引腳，在為添加功能時更改電路方便快捷，而且內(nèi)部程序可以進行反復輸入和擦除，在以后更改控制方法時只要更改程序內(nèi)容就可以達到相對應(yīng)目的，省時省力，及其節(jié)約成本。2.3 方案確定綜合考慮以上方案的優(yōu)缺點以及題目的基本要求和發(fā)揮要求，在本設(shè)計中，我采用了第三種方案，即采用單片機來實現(xiàn)液位控制的功能為我此次設(shè)計的方案。主控制器 AT89C51 單片機與 MCS51 系列單片機產(chǎn)品兼容，內(nèi)部自帶有 4KB 的 Flash 存儲器及256KB RAM 單元，不需另外擴展 EEPROM 及靜態(tài) RAM，可以在線下

12、載程序，易于日后的 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 4 頁 共 29 頁升級。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 5 頁 共 29 頁第 3 章硬件設(shè)計該系統(tǒng)硬件設(shè)計總體思想是以單片機為控制系統(tǒng)，接受感應(yīng)信息并進行處理后，將控制指令傳出，對各個系統(tǒng)進行對應(yīng)操作。硬件設(shè)計總體框圖如圖 3-1 所示?？刂葡到y(tǒng)復位、時鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預選系統(tǒng)電機與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 3-1 硬件設(shè)計總體框圖控制系統(tǒng)：根據(jù)輸入信息進行處理，并將控制數(shù)據(jù)傳出。感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號傳遞給單片機控制器。指示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機辨別后，顯示當前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。液位預選系統(tǒng)：將控制信息

13、傳遞給單片機，使液位到達預定位置。電機與報警控制電路：單片機經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機和報警3.1 控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制主要為單片機控制。單片機是單片微型計算機的簡稱，是指集成在一個芯片上的微型計算機，它的各種功能部件，包括 CPU、存儲器、基本輸入/輸出接口電路、定時/計數(shù)器和終端系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。3.1.1 AT89C51 單片機單片機實質(zhì)上是一個芯片。它具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，單片機技術(shù)作為計算機技術(shù)的一個重要分支，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT

14、89C51 單片機采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計，并采用先進工藝制造，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 6 頁 共 29 頁理芯片，市場應(yīng)用最多。其主要特點如下：8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。技術(shù)特點有：256 字節(jié)內(nèi)部 RAM；電源控制模式；時鐘可停止和恢復；空閑/掉電模式；6 個中斷源；4 個中斷優(yōu)先級；4 個 8 位 I/O 口；全雙工增強型TUAR；3 個 16 位定時/計數(shù)器：T0、T1(標準 80C51)和增加的 T2（捕獲和比較）

15、 ；全靜態(tài)工作方式：024MHZ；AT89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)請參見圖 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的核心，完成運算和控制功能。AT89C51 的 CPU 能處理 8 位二進制數(shù)或代碼。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM）：AT89C51 芯片中共有 256 個 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，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前 128 單元，簡稱內(nèi)部 RAM。內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部 ROM）：AT89C51 共有 8KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因

16、此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部 ROM。定時器/計數(shù)器：AT89C51 共有 2 個 16 位的定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。CPU時鐘電路ROM定時/計數(shù)器RAM中斷系統(tǒng)并行接口串行接口P3TxDx PRxDINT0INT1P2P1P0T1圖 3-2 AT89C51 單片機結(jié)構(gòu)框圖并行 I/O 口：AT89C51 共有四個 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。T0 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 7 頁 共 29 頁串行口：AT89C51 單片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設(shè)備之間的

17、串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作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 單片機的中斷功能較強，以滿足控制應(yīng)用的需要。AT89C51 共有 5 個中斷源，即外中斷 2 個，定時/計數(shù)中斷 2 個，串行中斷 1 個。全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。時鐘電路：AT89C51 芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。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 雖然是一個單片機芯片，但作為計算機應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此實際上它已是一個簡單的微型計算機系統(tǒng)了

18、。3.1.2 AT89C51 的信號引腳AT89C51 是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，其引腳排列請參見圖 3-3。引腳功能見表 3-1。表 3-1 AT89C51 引腳功能圖 3-3 MCS51 引腳ALE：在系統(tǒng)擴展時，ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存器鎖存起來，以實現(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，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部 ROM 時有效（低電平） ，以PSENPSEN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

19、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PSEN外部程序存儲器讀選通信號EA訪問程序存儲控制信號RST復位信號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/VPD9RXD P3.010TXD P3.111INT0 P3.212INT1 P3.313T0 P3.414T1 P3.515WR P3.616RD P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425

20、P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC408051 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 8 頁 共 29 頁實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外EAEA部程序存儲器；而當信號為高電平時，則對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，EA并可延至外部程序存儲器。RST：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù) 2 個機器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。XTAL1

21、 和 XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。VSS：地線。VCC：+5V 電源。由于工藝及標準化等原因，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，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就需要給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。最常用的是 P3 口線的第二功能詳見表 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名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.

22、1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.20INT外部中斷 0 申請P3.31INT外部中斷 1 申請P3.4T0定時器/計數(shù)器 0 的外部輸入P3.5T1定時器/計數(shù)器 1 的外部輸入P3.6WR外部 RAM 寫選通P3.7RD外部 RAM 讀選通3.1.3 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心，由單片機、時鐘電路、復位電路等組成如圖 3-4 所示。主要負責各個模塊的初始化工作，讀取并處理時間、按鍵響應(yīng)、顯示等。單片機的工作就是執(zhí)行用戶程序、指揮各部分硬件完成既定任務(wù)。單片機能夠工 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 9 頁 共 29 頁作的最小電路還包括時鐘和復位電路。

23、時鐘電路位單片機工作提供基本始終，復位電路用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復到初始值。單片機是一個負載的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘電路是由 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接的晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成。時鐘電路中晶體振蕩器的頻率高則系統(tǒng)的時鐘頻率就高，所以該系統(tǒng)采用 12MHz 晶振，工作周期為 1us。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。單片機復位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。本系統(tǒng)中采用的是

24、12MHz 晶振，時鐘頻率為 12MHz，每個機器周期為1us，需要加上持續(xù) 2us 以上時間的高電平。復位電路有兩種形式：手動按鍵復位和上電復位，在本系統(tǒng)中采用的是手動按鍵復位。如圖 3-4 所示，R1、C3 和 KEY1 組成系統(tǒng)手動按鍵復位電路。圖 3-4 單片機最小系統(tǒng)3.2 感應(yīng)系統(tǒng)為了使單片機在液位情況不同時進行判定，從而決定工作情況，我們要給單片機傳遞液位的信息。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，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 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 10 頁 共 29 頁液位計。浮球液位計由浮球、插桿

25、等組成。根據(jù)排開液體體積相等原理浮于液面，當容器的液位變化時浮球也隨著上下移動，由于磁性作用，浮球液位計的彈簧受磁性吸合，把液面位置變化成電信號，通過磁耦合作用，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 標準電流信號，傳供給控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液位的自動檢測、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)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。通過浮球液位計所傳出的電流信號，傳遞給單片機。如圖 3-5 所示，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 為液位檢測信號傳遞的接口。P1.0 端口接 a 位，P1.1 端口

26、b 位，P1.2 端口接 c 位，P1.3 端口接 d 位。圖 3-5 信號傳遞系統(tǒng)3.3 指示系統(tǒng) 為了得知控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時的情況，我們需要給整個系統(tǒng)添加裝置來明示，表明系統(tǒng)的進程、液體的位置，此系統(tǒng)中，采用連接指示燈來提供我們液位控制的必要的信息。如圖 3-6 所示，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4 端口為單片機與液位位置和單片機工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)端口。在單片機工作期間，除了表明工作進行的工作指示 D5會一直保持亮的狀態(tài)，其它指示燈會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 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(

27、論文)第 11 頁 共 29 頁液體到達 a 位D1液體到達 b 位D1,D2液體到達 c 位D1,D2,D3液體到達 d 位D1,D2,D3,D4圖 3-6 指示系統(tǒng)3.4 液位控制系統(tǒng)在液位進入容器時，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 為預定液位的控制端口，在 P2.0 端口、P2.1 端口、P2.2 端口接入三個開關(guān)分別限定液體到達 a 位、b 位和 c 位，如圖 3-7 所示。開關(guān)閉合時單片機會進行判定，然后根據(jù)程序進行液位控制，使進入容器的液體停止在相應(yīng)位置。如果在單片機起動后沒有開關(guān)閉合，那么液體直到 d 位才會停止。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)

28、計說明書(論文)第 12 頁 共 29 頁圖 3-7 液位控制系統(tǒng)3.5 電機與報警系統(tǒng)單片機在接受和判斷傳輸進來的信息后根據(jù)程序來控制電機的運轉(zhuǎn)和警報的鳴響。如圖 3-7，P3.0、P3.1 為電機和報警器的控制端口，P3.0 端口連接電機控制電路，在端口發(fā)出高電平時，會啟動光耦合器，使電路中得電磁繼電器閉合，導通電機電路，使電機轉(zhuǎn)動將液體送入容器。其工作狀態(tài)如表 3-4。圖 3-7 電機與報警系統(tǒng)圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 13 頁 共 29 頁表 3-4 電動機和報警器工作狀態(tài)表液位情況液位控制開關(guān)情況電動機及報警狀態(tài)未檢測到液體無開關(guān)閉合D6 亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不

29、響a 位開關(guān)閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 a 位無開關(guān)閉合D6 亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不響b 位開關(guān)閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 b 位無開關(guān)閉合D6 亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不響c 位開關(guān)閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 c 位無開關(guān)閉合D6 亮，電動機轉(zhuǎn)，警報響液體到達 d 位無開關(guān)閉合D6 滅，電動機停，警報響 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 14 頁 共 29 頁第 4 章軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序編寫內(nèi)容，可以監(jiān)控液位的不同位置，在液位處于不同狀態(tài)傳遞著不同信號而由程序控制指示燈、電機及報警器的狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)制了三個按鍵，是控制液位位置的。整個系統(tǒng)的軟件設(shè)

30、計均采用 C 語言開發(fā)，采用查詢的方式進行液位和按鍵狀態(tài)進行掃描，確保系統(tǒng)的實時性。系統(tǒng)框圖如圖 4-1?？刂葡到y(tǒng)復位、時鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預選系統(tǒng)電機與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖 4-1 控制系統(tǒng)框圖4.1 延時子程序電路中我們用的 12MHz 的晶體振蕩器，所以一個機器周期為 1us，為了使電路中的報警器發(fā)出正常的鳴叫聲，需要一個延時子程序。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 為自定義函數(shù)，在調(diào)用時插入語句“delay(z)”即可啟動延時，而其中的延時時間為

31、 Z110us。4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序由硬件系統(tǒng)可知，單片機的 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)高位的端口時低端的感應(yīng)器一定感應(yīng)到了液位，所以端口會由于液位上漲依次 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 15 頁 共 29 頁接收到電信號，相對應(yīng)得函數(shù)程序，流程及其相應(yīng)程序為： P1=0 xf0 /液位無感應(yīng)無信號。P1=0 xf1 / a 位有感應(yīng)信號。P1=0 xf3 /a 位、b 位有感應(yīng)信號。P1=0 xf7 /a 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號。P1=0 xff /四個液位檔均有感應(yīng)信號。圖 4-2 液位感應(yīng)流程圖4.3 指示系統(tǒng)程序液位和單片機工作指示燈

32、的控制和通信的數(shù)據(jù)接入單片機的 P0 端口。當端口處于高電平時指示燈就會變亮，而控制端口的高低電平就是單片機和其內(nèi)部的程序，當感應(yīng)到液位信號后，作出對應(yīng)指令。P0.4 端口的工作指示燈在單片機工作時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)無信號P0=0 xf0; / 只有工作指示燈亮if(P1=0 xf1) / a 位有感應(yīng)信號P0=0 xf1; / a 位指示燈亮if(P1=0 xf3) / a 位、b 位有感應(yīng)信號P0=0 xf3; / a 位、b 位指示燈亮if(P1=0 xf7) /a

33、 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號P0=0 xf7; / a 位、b 位、c 位指示燈亮if (P1=0 xff) /四個液位檔均有感應(yīng)信號P0=0 xff; /四個液位指示燈全亮圖 4-3 指示燈系統(tǒng)流程圖液位上升液位到 a 位液位到 b 位液位到 c 位液位到 d 位液位到達a 位液位到達b 位液位到達c 位液位到達d 位系統(tǒng)啟動液位指示燈 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 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 16 頁 共 29 頁4.4 電機和警報系統(tǒng)程序單片機的 P3.0、P3.1 為電機和報警器的控制端口,利用程序語言將這

34、兩個端口定義出來，更為方便簡單的控制，例：sbit P30=P30;/電機端口，將 P3.0 接口定義為 P30。sbit P31=P31;/報警器端口，將 P3.1 接口定義為 P31。相應(yīng)端口為高電平時會導致電機啟動，報警器鳴叫，系統(tǒng)流程圖如下：P30=1;/電機指示燈 D6 亮，電機啟動P31=0;/報警器不響P30=0;/電機指示燈 D6 滅，電機停P31=1;/報警器響圖 4-4 電機和警報系統(tǒng)流程圖4.5 液位預選系統(tǒng)程序P2.0、P2.1、P2.2 為液位預選控制的數(shù)據(jù)傳送端口，不同的感應(yīng)端口接收到信號后，通過單片機控制電機和報警器。流程圖如下：NY電機轉(zhuǎn)動是否有按鍵按下相應(yīng)液位

35、是否有液體感應(yīng)YN電機停止圖 4-5 液位控制系統(tǒng)流程圖關(guān)閉電機啟動電機電機轉(zhuǎn)報警器不響電機指示燈 D6 亮電機停轉(zhuǎn)報警器響電機指示燈 D6 滅 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 17 頁 共 29 頁a 位控制：if(P1=0 xf1) / a 位有感應(yīng)信號P0=0 xf1; / a 位指示燈亮if(P20=0) / a 位預選開關(guān)按下 P30=0; / 電機停P31=1; / 報警b 位控制：if(P1=0 xf3) / a 位、b 位有感應(yīng)信號 P0=0 xf3; / a 位、b 位指示燈亮if(P21=0) / b 位預選開關(guān)按下 P30=0; / 電機停P31=1; /

36、報警c 位控制：if(P1=0 xf7) / a 位、b 位、c 位有感應(yīng)信號P0=0 xf7; / a 位、b 位、c 位指示燈亮if(P22=0) / c 位預選開關(guān)按下P30=0; / 電機停P31=1; / 報警 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 18 頁 共 29 頁液位達到 d 位時，點機會自動停止，報警器鳴叫，程序如下：if (P1=0 xff) / a 位、b 位、c 位、d 位均有感應(yīng)信號P0=0 xff; / a 位、b 位、c 位、d 位水指示燈全亮 P30=0; /電機停 P31=1; /報警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

37、信息指示燈顯示初始化液位控制鍵位按下是否液位達標電機轉(zhuǎn)電機停NY結(jié)束開始圖 4-6 主程序流程圖系統(tǒng)程序詳見附錄 2。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 19 頁 共 29 頁第 5 章系統(tǒng)測試本設(shè)計的核心是采用 AT89C51 單片機，外部連接電子電路，構(gòu)成了一個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)沒有浮球等液位感應(yīng)器，所以連接簡單電路代替。如圖 5-1 所示，設(shè)有 4 個接地開關(guān) SW1-SW4，對液位進行仿真控制如果沒有開關(guān)斷開，就相當于液體低于 a 位，電機會自動運行。但要注意，在液位處于高液位時液位肯定浸沒過低液位，所以在表示高液位開

38、關(guān)斷開時，低于此液位的開關(guān)也要處于斷開狀態(tài)，對應(yīng)仿真情況如表 5-1。圖 5-1 信號傳遞仿真系統(tǒng)表 5-1 液位情況仿真表液位情況開關(guān)狀態(tài)未檢測到液體開關(guān)全部閉合液體到達 a 位SW1 斷開，其他開關(guān)全閉合液體到達 b 位SW1，SW2 斷開，其他開關(guān)閉合液體到達 c 位SW4 閉合，其他開關(guān)全斷開液體到達 d 位開關(guān)全部斷開5.1 仿真測試過程進行系統(tǒng)仿真。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 20 頁 共 29 頁運行系統(tǒng)，開始傳感器無感應(yīng)（如圖 5-1） ，P0.4 端口保持高電平，D5 會保持亮的狀態(tài)說明系統(tǒng)正在運行（如圖 5-2 所示） ，此時程序會使 P3.0 端口為高

39、電平，P3.1 端口為低電平，而當 P3.1 端口為高低電平，會使報警電路導通，才能使報警器會鳴叫。圖 5-2 系統(tǒng)運行工作指示燈 D5 亮當 P3.0 端口為高電平，D6 會變亮，會啟動光耦合器，電流同過電路三極管后會被放大到足夠大，以啟動電磁繼電器使開關(guān)吸合，使電機電路導通，如圖 5-3 所示。圖 5-3 電機轉(zhuǎn)動當開關(guān) SW1 斷開時，P1.0 端口為高電平（如圖 5-4） ，如果開關(guān) SW5 于閉合狀態(tài)下，會使 P2.0 端口為低電平，此時程序會使 P3.0 端口為低電平，P3.1 端口為高電平，則電機會停止，報警器會鳴叫，如圖 5-5；開關(guān) SW5 于斷開閉合狀態(tài)下，會使 P2.0

40、端口為高電平，此時程序會使 P3.0 端口為高電平，P3.1 端口為低電平，則電機會轉(zhuǎn)動，報 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 21 頁 共 29 頁警器不會鳴叫。圖 5-4 模擬液位到達 a 位，SW1 斷開圖 5-5 a 位控制開關(guān)閉合 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 22 頁 共 29 頁當開關(guān) SW2 斷開時（SW1 已處于斷開） ，P1.1 端口為高電平（P1.0 端口已處于高電平）指示燈 D1，D2 會變亮，判斷此時開關(guān) SW6 狀況，如果此時開關(guān) SW6 處于閉合狀態(tài)下，電機則會停止，報警器會鳴叫；否則電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。同理，在開關(guān) SW3 斷開時，指示燈

41、D1，D2，D3 會變亮，判斷開關(guān) SW7 的狀況。而在開關(guān) SW4 斷開時，液位指示燈會全亮，電機會自動停止且報警器鳴叫。5.2 仿真結(jié)果系統(tǒng)通過仿真調(diào)試后，可以穩(wěn)定運行，進行液位控置，且可以在系統(tǒng)進行時更改預設(shè)液位。但要注意在運用電磁繼電器時，要使電路有足夠的電壓啟動它；連接報警器時，要考慮單片機內(nèi)部時鐘始終頻率。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 23 頁 共 29 頁總結(jié)本設(shè)計以功能齊全適用于大眾為指導思想，選取 AT89C51 單片機為控制核心。通過外圍元件構(gòu)成了一個具有容器內(nèi)液位不同位置控制的液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有指示燈顯示液位，鍵位預選液位，到目的液位的報警功能，軟件

42、程序采用均采用 C 語言編寫，便于移植與升級。整個系統(tǒng)是根據(jù)單片機對液位感應(yīng)信號和液位控制端口的循環(huán)判斷后，做出對電機的端口信號控制，控制液體的導入與否進而控制了容器內(nèi)部的液位。系統(tǒng)經(jīng)連接、調(diào)試后，可以穩(wěn)定運行，同時可以對液體進入容器位置進行預先設(shè)置。系統(tǒng)具有線路簡單、清晰、體積小、價格低等優(yōu)點，但無法實時監(jiān)控液位情況，添加或更換不同的液位傳感器可以改進這一情況，之后可以根據(jù)容器參數(shù)計算出液體體積 。本設(shè)計系統(tǒng)主要的控制對象是電機，在不同的情況下來選擇電機的啟動和停止，沒有對液體流入容器的整個系統(tǒng)進行多方面的控制，此系統(tǒng)可以在影響液位的其他方面的因素進行提升和改進，形成多方向控制液位系統(tǒng)。 四

43、川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 24 頁 共 29 頁參考文獻1 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導.北京:高等教育出版社，20032 詩白.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.實用電子電路精選.北京:化學工業(yè)出版社，19994 王漢才.單片機原理及接口技術(shù).北京:清華大學出版社，19965 李偉.單片機原理及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機原理及應(yīng)用.北京:北京大學出版社，20088 陳忠平.單片機基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實踐.北京:北京航空航天大學出版社，20069 沈慶陽.805

44、1 單片機實踐與應(yīng)用.北京:清華大學出版社,200310 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.北京:北京航空航天出版社,200611 楊振江.單片機實用子程序及應(yīng)用實例.西安:西安電子科技大學出版社,2007 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 25 頁 共 29 頁附錄 1系統(tǒng)仿真電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 26 頁 共 29 頁附錄 3 元件明細表項目代號名 稱型號、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-RED1D5LED-YELLOW1D6LED-GREEN1D71N40