液位控制系統(tǒng)設計

1、信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目: _ 基于單片機的液位控制系統(tǒng)設計 專 業(yè): 應用電子技術 班 級: 應電 08-2 學 號: 6 姓 名: 聲 二一年九月十日息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書學 生姓 名學號56班級應電 08-2專業(yè)應用電子技術設計題目液位控制系統(tǒng)設計指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注工程師術21設計內容：注意：選題要結合實際。設計內容要詳細寫明具體步驟；學生在該設計中具體完成的工作（結果）1.具有一個總開關；2.電路根據(jù)檢測結果能對電機實施控制；3.電路具有報警功能；4.完成電路設計方案的選擇；5.單元電路的

2、設計；6.整機電路的原理分析；7.設計仿真與調試。 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，進行單元電路的設計；第 810 周：分析電路原理，完成設計過程，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.電子技術課程設計指導.北京:高等教育出版社，20032 詩白.模擬電子技術基礎（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.北京:清華大學出版社，19965 李偉.單片機原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機原理與接口技術.北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機原理及應用.北京:北京大學出版社，20088 陳忠平.單片機基礎與最小系統(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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)目 錄摘 要 .1第章緒論 .2第 2 章設計方案 .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 章軟件設計 .134.1 延時子程序 .134.2 感應系統(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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)I5.1

5、仿真測試過程 .185.2 仿真結果 .21總結 .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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 0 頁 共 29 頁摘 要本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心設計一款簡易液位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要適用于容器內液位高低的檢測，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，到達預定液位后自動關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)的硬件組成結構、工作原理和系統(tǒng)的軟件程序設計。關鍵詞關鍵詞液位控制；AT89C51；單片機 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 1 頁 共 29 頁第章緒論21 世紀，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產品性能進一步提高，產品更新?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用，技術也相對成熟，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裝化等幾個方面發(fā)展趨勢。單片機應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)設計思想和設計方法。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也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。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、圍設備，在編制應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)，可用于容器內液體存儲，例工、農用蓄水池，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，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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 2 頁 共 29 頁第 2 章設計方案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)結構框圖容量監(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。在液體向容器內部輸入時，通過對容量的監(jiān)控知道容器內的液體體積，在液體進入容器內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)結構框圖 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 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(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)感應系統(tǒng)圖 2-3 基于單片機實現(xiàn)的液位控制系統(tǒng)結構框圖感應系統(tǒng)：將感應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 方案比較方案一結構簡單，操作方便。但是自動化程度低，精度不高，控制響應時間慢，且只能單獨控制。方案二結構簡單，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

11、構簡單，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容就可以達到相對應目的，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計的方案。主控制器 AT89C51 單片機與 MCS51 系列單片機產品兼容，內部自帶有 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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 4 頁 共 29 頁升級。 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 5 頁 共 29 頁第 3 章硬件設計該系統(tǒng)硬件設計總體思想是以單片機為控制系統(tǒng)，接受感應信息并進行處理后，將控制指令傳出，對各個系統(tǒng)進行對應操作。硬件設計總體框圖如圖 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)感應系統(tǒng)圖 3-1 硬件設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。感應系統(tǒng)：將感應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，構成一個完整的微型計算機。3.1.1 AT89C51 單片機單片機實質上是一個芯片。它具有結構簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，單片機技術作為計算機技術的一個重要分支，廣泛的應用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個領域。ATMEL 公司生產的 AT

14、89C51 單片機采用高性能的靜態(tài) 80C51 設計，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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 6 頁 共 29 頁理芯片，市場應用最多。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。技術特點有：256 字節(jié)內部 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 單片機的基本結構請參見圖 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。內部數(shù)據(jù)存儲器（內部 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)。因此通常所說的內部數(shù)據(jù)存儲器就是指前 128 單元，簡稱內部 RAM。內部程序存儲器（內部 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 單片機結構框圖并行 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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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 芯片的內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需外接。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為 6MHZ 和 12MHZ。從上述內容可以看出，AT89C51 雖然是一個單片機芯片，但作為計算機應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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；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、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。單片機能夠工 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(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電容構成。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。感應系統(tǒng)目的就是將感應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出液位情況的感應器件，此系統(tǒng)中我們選用浮球 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(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，使傳感器內電阻成線性變化，由智能轉換器將電阻變化轉換成 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介質液位的測量，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)技術學院畢業(yè)設計說明書(

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 端口接入三個開關分別限定液體到達 a 位、b 位和 c 位，如圖 3-7 所示。開關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位置。如果在單片機起動后沒有開關閉合，那么液體直到 d 位才會停止。 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設

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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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情況電動機及報警狀態(tài)未檢測到液體無開關閉合D6 亮，電動機轉，警報不

29、響a 位開關閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 a 位無開關閉合D6 亮，電動機轉，警報不響b 位開關閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 b 位無開關閉合D6 亮，電動機轉，警報不響c 位開關閉合D6 滅，電動機停，警報響液體到達 c 位無開關閉合D6 亮，電動機轉，警報響液體到達 d 位無開關閉合D6 滅，電動機停，警報響 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 14 頁 共 29 頁第 4 章軟件設計系統(tǒng)軟件設計的程序編寫內容，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)設制了三個按鍵，是控制液位位置的。整個系統(tǒng)的軟件設

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端，由于感應端的關系，在感應高位的端口時低端的感應器一定感應到了液位，所以端口會由于液位上漲依次 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 15 頁 共 29 頁接收到電信號，相對應得函數(shù)程序，流程及其相應程序為： P1=0 xf0 /液位無感應無信號。P1=0 xf1 / a 位有感應信號。P1=0 xf3 /a 位、b 位有感應信號。P1=0 xf7 /a 位、b 位、c 位有感應信號。P1=0 xff /四個液位檔均有感應信號。圖 4-2 液位感應流程圖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部的程序，當感應到液位信號后，作出對應指令。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、流程及其相應程序如下：if(P1=0 xf0) / 液位指感應無信號P0=0 xf0; / 只有工作指示燈亮if(P1=0 xf1) / a 位有感應信號P0=0 xf1; / a 位指示燈亮if(P1=0 xf3) / a 位、b 位有感應信號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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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電機轉動是否有按鍵按下相應液位

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

36、報警c 位控制：if(P1=0 xf7) / a 位、b 位、c 位有感應信號P0=0 xf7; / a 位、b 位、c 位指示燈亮if(P22=0) / c 位預選開關按下P30=0; / 電機停P31=1; / 報警 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(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電機停NY結束開始圖 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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 19 頁 共 29 頁第 5 章系統(tǒng)測試本設計的核心是采用 AT89C51 單片機，外部連接電子電路，構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，由于軟件內沒有浮球等液位感應器，所以連接簡單電路代替。如圖 5-1 所示，設有 4 個接地開關 SW1-SW4，對液位進行仿真控制如果沒有開關斷開，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、關斷開時，低于此液位的開關也要處于斷開狀態(tài)，對應仿真情況如表 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狀態(tài)未檢測到液體開關全部閉合液體到達 a 位SW1 斷開，其他開關全閉合液體到達 b 位SW1，SW2 斷開，其他開關閉合液體到達 c 位SW4 閉合，其他開關全斷開液體到達 d 位開關全部斷開5.1 仿真測試過程進行系統(tǒng)仿真。 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 20 頁 共 29 頁運行系統(tǒng)，開始傳感器無感應（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吸合，使電機電路導通，如圖 5-3 所示。圖 5-3 電機轉動當開關 SW1 斷開時，P1.0 端口為高電平（如圖 5-4） ，如果開關 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 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，則電機會轉動，報 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(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 位控制開關閉合 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 22 頁 共 29 頁當開關 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 SW6 狀況，如果此時開關 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)轉動。同理，在開關 SW3 斷開時，指示燈

41、D1，D2，D3 會變亮，判斷開關 SW7 的狀況。而在開關 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 仿真結果系統(tǒng)通過仿真調試后，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，要考慮單片機內部時鐘始終頻率。 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 23 頁 共 29 頁總結本設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。通過外圍元件構成了一個具有容器內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部的液位。系統(tǒng)經(jīng)連接、調試后，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)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)第 24 頁 共 29 頁參考文獻1 介華.電子技術課程設計指導.北京:高等教育出版社，20032 詩白.模擬電子技術基礎（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.北京:清華大學出版社，19965 李偉.單片機原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機原理與接口技術.北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機原理及應用.北京:北京大學出版社，20088 陳忠平.單片機基礎與最小系統(tǒng)實踐.北京:北京航空航天大學出版社，20069 沈慶陽.805

44、1 單片機實踐與應用.北京:清華大學出版社,200310 何立民.單片機應用技術選編.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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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)技術學院畢業(yè)設計說明書(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