智能水箱控制器

1、2013級學(xué)生單片機(jī)課程設(shè)計 單片機(jī)課程設(shè)計報告書課程名稱：智能水箱控制器姓 名：褚金強(qiáng) 學(xué) 號：1323080403 院.系.部:航空工程學(xué)院 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 指導(dǎo)老師: 丁雷 2015年9月11號一、設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)：采用單片機(jī)、LCD等芯片，設(shè)計電子密碼鎖，能隨時修改密碼，輸入密碼時可以使用刪除鍵對輸入密碼進(jìn)行修改；具有防多次試探功能，連續(xù)輸入密碼達(dá)到一定次數(shù)，發(fā)出光聲報警密碼輸入錯誤時有光聲報警，連續(xù)輸入3次錯誤，鍵盤自鎖，等待管理解鎖；開鎖后或修改密碼后可以選擇退出，返回開鎖前狀態(tài)。技術(shù)要求：(1) 掌握Keil軟件的基本應(yīng)用，用于程序編寫與調(diào)試；(2) 需要用Alti

2、um制圖軟件繪制電路原理圖及局部原理圖；(3) 掌握單片機(jī)編程語言，可選用匯編語言或C語言；(4) 掌握焊接電路的步驟與技巧。二、成績： 三、指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目 錄緒論·································

3、3;························1一、單片機(jī)的說明························&

4、#183;···························21、單片機(jī)簡介·····················

5、;······························22、單片機(jī)的時序··················&#

6、183;·······························43、引腳極其功能·················

7、;·································5二、水箱給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成··············

8、83;···························9三、本系統(tǒng)8051單片機(jī)控制部分···················

9、3;··················.10四、本系統(tǒng)的工作原理·····························

10、83;··············11五、主程序框圖··································

11、················11六、本系統(tǒng)程序清單································&

12、#183;···········13七、附錄：本系統(tǒng)電路圖····································

13、··········17一.緒論為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在石油化工環(huán)保水處理冶金等行業(yè)，液位是過程控制系統(tǒng)的重要被控量，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要對某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測量和控制。通過檢測與控制，了解容器中的原料半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。通過控制計算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運行過程，即時地監(jiān)視或控制容器液位，保

14、證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。如果控制系統(tǒng)設(shè)計欠妥，系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，會造成生產(chǎn)中對液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費產(chǎn)品的不合格，影響工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計一個良好的控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實際意義。水箱控制實驗系統(tǒng)是一個研究和開發(fā)先進(jìn)的控制方法、策略的平臺，它具有體積 小、功耗小、靈活安全等諸多優(yōu)點，它不僅能夠完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，還可以通過大量的實驗來對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。它是專門針對于過程控制中液位控制研究的實驗研究系統(tǒng)，它包含有溫度、壓力、液位等多種被控變量，通過PLC上位機(jī)軟件

15、設(shè)計控制器，可實現(xiàn)多種控制方式。同時也可以對控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行設(shè)計、驗證與研究。水箱液位控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計為解決實際工程應(yīng)用提供了良好的研發(fā)平臺。單片機(jī)系統(tǒng)說明1 單片機(jī)簡介目前，8052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。89C52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微型計算機(jī)的各個組成部分。每一個單片機(jī)包括：一個8位的微型處理器CPU；一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既

16、可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。中央處理器CPU是單片微型計算機(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)邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數(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、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、

17、清“0”等運算，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?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、程序計數(shù)器Pc、定時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，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或Io接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器Pc 程序計數(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)束后，Pc計數(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

18、；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。事實上，cRJ是通過復(fù)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 時序 1時鐘電路 M田52片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(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)部方式時，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在使用外部時鐘時，XTAL2用來輸入外部時鐘信號，而XTALI接地。

19、 2時序 MGL52單片機(jī)的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組成，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(jī)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(jī)器周期為1us，每個狀態(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，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，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)Mcs51指令周期為12個機(jī)器周期，

20、只有乘法和除法指令需要兩個以上機(jī)器周期的指令，它們需4個機(jī)器周期。 對于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個機(jī)器周期內(nèi)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(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跳過兩次取指操作。下面是51單片機(jī)的振蕩電路圖：3引腳極其功能MCS52系列單片機(jī)的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個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個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能。1、 電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接

21、+5V電源正端。2、 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，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，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)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，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。3、 控制信號或與其它電源復(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/V

22、PD（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，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(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，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，ALE（允許地址鎖存信號）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，每個機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)

23、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，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，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，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，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。 4.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，它可作

24、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，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供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，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)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(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(jìn)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

25、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(jìn)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(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立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 單片機(jī)P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求

26、輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS52系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機(jī)對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 附:89C52的管腳如二水箱給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成水箱和三只浮球開關(guān)組成，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）

27、時，LG閉合，當(dāng)水位低（小于75開度）時，LD閉合，當(dāng)水位低低（小于50開度）時，LDD閉合。為避免電機(jī)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(jī)組的起停和報警，其電路圖如下三 本系統(tǒng)8052單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用8052單片機(jī)，引腳具體控制如下：P1口和P3口為輸入輸出檢測信號和控制信號。下面是8052芯片引腳具體分配：P1.0：水位低低輸入信號。（低0 高1）P1.1：水位低輸入信號。（低0 高1）P1.2：水位高輸入信號。（高1，低0）P1.3：手動與自動轉(zhuǎn)換輸入信號。（手動1，自動0）P1.4：M1起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）

28、P1.5：M2起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）P1.6：M1開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）P1.7：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）P3.0：水位低低報警輸出信號。P3.1：水位低報警輸出信號。P3.2：水位高報警輸出信號。P3.4：手動起動M1輸入信號，低電頻有效動作。P3.5：手動起動M2輸入信號，低電頻有效動作。P3.6：手動停M1輸入信號，低電頻有效動作。P3.7：手動停M2輸入信號，低電頻有效動作。四 本系統(tǒng)的工作原理當(dāng)水箱水位低時，起動M1、M2給水，水位上升到90%，停M1。當(dāng)水箱水位低低（小于50%）時，同時起動M1、M2，當(dāng)水位上升到50%以上70%以下時，停

29、M2，M1繼續(xù)運行到水位上升到90%以上才停止工作。經(jīng)過調(diào)試系統(tǒng)，測得以下數(shù)據(jù)：水位從50%-70%，兩臺泵運行需要約10分鐘；水位從70%-90%，一臺泵運行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在70%-90%。報警控制如下：當(dāng)水位高與90開度的時候，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(dāng)水位低于75開度的時候，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(dāng)水位低與50開度的時候，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(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，兩臺給水泵的運行控制可由人工自己操作。五 主程序框圖1 主程序框圖2 自動模式子程序：六 本系統(tǒng)程序清單主程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ; P1 P3口初始化置1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AVT ； 若手動在自動位置，跳到自動模式子程序AJMP MEN ；否則