基于單片機液位控制的設計

1、單片機原理與應用課程設計報告題目：基于單片機的液位控制器設計學院： xxxxxxxxxxxxxxxxxx班 級： xxxxxxxxxxxx學號：xxxxxx姓名：xxx聯(lián)系方 式：xxxxxxxx指導教師:報告成績:xxxxxxxxxxxx年xx月xx日目錄1緒論 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 2系統(tǒng)總體設計 6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 設計思路 6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 系統(tǒng)框圖 6 HYP

2、ERLINK l bookmark21 o Current Document 設計原理分析 7電路工作原理 錯誤！未定義書簽 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3系統(tǒng)硬件設計 9 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 驅動電路設計 9 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 報警電路設計 9液位指示電路設計 錯誤!未定義書簽。壓力自動控制模擬和手動操作控制電路設計.錯誤!未定義書簽。晶振電路 錯誤!未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark39

3、 o Current Document 復位電路 14 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 4系統(tǒng)軟件設計 15 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 軟件設計說明 15 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 主程序流程圖 15 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 液位控制程序流程圖 155設計的結果 186總結 錯誤!未定義書簽。附錄 錯誤!未定義書簽。摘要該設計是由單片機AT89C51 空制的鍋爐水位控制

4、器，它主要有硬件和軟件部 分共同完成控制系統(tǒng)功能。其中硬件部分主要由水位檢測電路、 驅動電路、夜位 指示電路以及壓力自動控制模擬和手動控制等部分組成；軟件部分主要由匯編語言所編寫的程序組成。本系統(tǒng)可實現(xiàn)液位報警、控制和壓力控制等功能，并對液 位進行數(shù)字顯示。電路主要實現(xiàn)功能是液位檢測和報警，然后控制水泵的啟停。液位控制主要 的控制的對象是水泵，容器是鍋爐，液位的檢測可根據(jù)探測器探測得到。 液位正 常情況下控制在一定測量點距離段之間，當液位低于或高于正常水位段下限和上 限是進行光報警，若液位在正常液位時，則解除報警。當液位低于液位下限時， 水泵一直注水，而高于上限實則關閉水泵，并且當液位處于不同

5、探測電時， 可顯 示相應數(shù)字來顯示液位。壓力檢測主要由一個開關來模擬壓力的高低， 并用指示 燈的亮滅來模擬風機的運行和停止，另設手動操作按鈕，用以人為啟動水泵和風 機。關鍵詞：單片機控制檢測報警ABSTRACTThe design of boiler water level controller is controlled by single chip microcomputer AT89C51, it mainly are part of the complete control system hardware and software functions. The hardware par

6、t is mainly composed of water level indication circuit detection circuit, drive circuit, night and pressure parts such as simulation of automatic control and manual control; Software part is mainly composedof programs written in assembly language. This system can realize the function such as liquid

7、level alarm, control and pressure control, and the liquid level digital display.Circuit functionality is largely liquid level detection and alarm, and then control the pump start-up. Liquid level control of main control object is the water pump, a container is boiler, liquid level detectioncan be ob

8、tained according to the detector. Liquid level control in acertain period of measurement point distance between normal, when theliquid level is less than or higher than the normal water level is lowerlimit and upper limit alarm light, if the liquid level in the normal level, cancel the alarm. When t

9、he liquid level is less than level lower limit, the pump has been flooding, above the ceiling actually shut down pumps, and when the liquid level in different detecting electric, it can display the corresponding number to display liquid level. Pressure testing is mainly composed of a switch to simul

10、ate the stress of high and low, and destroy the light of lights to simulate the operation of the fan and stop, the other a manual button, to start the pump and fan.Key words: single chip microcomputer control detection alarm第一章緒論我國燃燒鍋爐的現(xiàn)象很普遍而且數(shù)量眾多，因此耗煤量巨大，十分浪費資源。并且大多數(shù)鍋爐處于能耗大、浪費大、環(huán)境污染嚴重的工作狀態(tài)。鍋爐微機控制，是

11、近年來新開發(fā)的一項新技術，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用的是微機控制和原有的儀表 控制，微機控制有以下明顯優(yōu)勢：）可以直觀地顯示鍋爐的運行參數(shù)，顯示液位、壓力等狀態(tài)。）在運行中可以修改各種各樣的運行參數(shù)的初始值以及系統(tǒng)的控制參數(shù)，還可以很方便的改變液位、壓力。3）可以提高鍋爐的熱效率，節(jié)約能源，符合國家的節(jié)能減排政策，有利于 我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。4）鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風機和水泵等大型電動機，采用微機控制更加節(jié)約電能，可以節(jié)約成本。5 ）作為鍋爐控制系統(tǒng)裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行， 減少勞動人員的勞動強度。綜合以上的種種優(yōu)

12、點可以預見采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機是在一塊芯片上集成了一片微型計算機所需的 cpu、存儲器、輸入、輸出等部 件。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點 使它的應用領域非常廣泛。在現(xiàn)代社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展，居民生活區(qū)的集中熱力供應量的需求量越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷高，對操作過程的要求也更加嚴格，鍋爐的液位 控制直接影響人們自身和設備的安全。 液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象， 液位 過高則又會使鍋爐蒸汽壓力過高發(fā)生危險。傳統(tǒng)的液位控制自動化程度低，調(diào)節(jié) 精度差等缺點，而且單靠人工操作已不能適應控制系統(tǒng)改造的必要性。隨著科學技術的不斷進步，被控對象

13、越來越復雜，人們對控制精度的要求越來越高。隨著單片機技術和自動控制技術的發(fā)展， 利用單片機及外圍芯片實現(xiàn) 鍋爐液位控制已經(jīng)成為一種趨勢，單片機體積小，安裝方便，功能齊全，性價比 好，應用前景廣，本系統(tǒng)即是基于AT89C51單片機設計的，簡單易行并且有著較 高的實用價值和優(yōu)越性。第二章系統(tǒng)總體設計設計思路：電路主要實現(xiàn)功能是液位檢測和報警，然后控制水泵的啟停。液位控制主要的控制的對象是水泵，容器是鍋爐，液位的檢測可根據(jù)探測器探測得到。 液位正 常情況下控制在一定測量點距離段之間，當液位低于或高于正常水位段下限和上限是進行光報警，若液位在正常液位時，則解除報警。當液位低于液位下限時，水泵一直注水，

14、而高于上限實則關閉水泵，并且當液位處于不同探測電時， 可顯示相應數(shù)字來顯示液位。壓力檢測主要由一個開關來模擬壓力的高低， 并用指示 燈的亮滅來模擬風機的運行和停止，另設手動操作按鈕，用以人為啟動水泵和風機。(1)當液位低至給定的下限液位時，啟動水泵對鍋爐進行加水，同時光報警器和聲報警器都報警。(2)當液位高至給定上限的液位時，停止水泵對鍋爐進行加水，同時報警燈亮起。(3)當液位高于上上限水位時，停止水泵加水，報警燈亮起并且聲報警器蜂鳴 器開始鳴叫。系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：檢測電路水位指示電 路執(zhí)行電路光報警電路89C51復位電路聲報警電路壓力目動控 制模擬手動操作晶振電路圖1.1系統(tǒng)框

15、圖設計原理分析S1 、S2、S3 S4為四個開關，用來傳遞液位變化的情況，其中S4表示下限液位，S2表示上限液位，S3表示處于正常液位，S1表示上限液位，在這里四個 開關表示的是四個光電液位傳感器，如下圖 1.2開關模擬電路。XTAL2RSIP5日1 且 事Fl Pl.f Fl 2 P13 M4Pl .6 P1J0： PI .7PDJWF 口融2 FDfttO PUT值pmtAft” 411g用，Q 日爐411 E*便 P2 S .13 P2Mk14 M，*伯F3 DJR 加 卯儂 FJ 肅MTC paTriP3-VTOP3四F3 EZ亞商7圖1.2開關模擬電路光電液位傳感器是利用光在兩種不同

16、介質(zhì)界面發(fā)生反射折射原理而開發(fā)的新型接觸式點液位測控裝置。它具有結構簡單，定位精度高；沒有機械部件，不 需調(diào)試；靈敏度高及耐腐蝕；耗電少；體積小等諸多優(yōu)點而受到市場的逐漸認可， 廣泛應用液位控制系統(tǒng)中。1、由于液位的輸出只與光電探頭是否接觸液面有關，與介質(zhì)的其它特性， 如溫度、壓力、密度、電等參數(shù)無關，所以光電液位傳感器檢測準確、重復精度 高；響應速度快，液面控制非常精確，并且不需調(diào)校，就可以直接安裝使用。2、由于光電液位傳感器探頭體積相對小巧，可分開安裝在狹小空間中適合 特殊罐體或容器中使用。另外還可以在一個測量體上安裝多個光電探頭制成多點 液位傳感器、變控器。3、由于對傳感器部的所有元器件

17、進行了樹脂澆封處理 ，傳感器部沒有任何機 械活動部件，因此光電液位傳感器可靠性高、壽命長、免維護。液位的情況則可以通過數(shù)碼管顯示出來，當液位為下限時，數(shù)碼管顯示為1,當液位為上限時數(shù)碼管顯示為 3,當液位為正常液位時數(shù)碼管顯示為 2,當液 位為上上限水位時，數(shù)碼管顯示為 4,從而根據(jù)不同的關系來控制輸出電路其具 體邏輯關系如下表1.3所示。表1.1工作原理表P1.0P1.1P1.2P1.3光報警(P1.5)聲報警(P1.7)數(shù)碼管顯示(P2)上上0111報警報警4限上限0011報警不報警3正常0001不報警不報警2下限0000報警報警1通過數(shù)碼管顯示的數(shù)值，人們可以清楚地知道鍋爐的液位狀況，方

18、便工作人員時刻監(jiān)控鍋爐的運行情況，再加上聲報警和光報警裝置的配合，則會使工作更 加得心應手，從而避免事故的發(fā)生，保證人們的生命財產(chǎn)安全。2.4電路工作原理當通電后系統(tǒng)開始工作，調(diào)整開關模擬電路，當數(shù)碼管顯示為 1時，表示水 位到達水位下限，此時光報警并且聲報警；當數(shù)碼管顯示為2時，表示水位正常； 當數(shù)碼管顯示為3時，表示水位到達水位上限，此時光報警聲不報警；當數(shù)碼管 顯示為4時，表示水位到達水位上上限，此時光報警并且聲報警。第三章系統(tǒng)硬件設計3. 1驅動電路設計驅動電路用開關來模擬實現(xiàn)，當開關 S5按下時電動機開始工作，即水泵開始抽水，表示水泵在工作；當開關沒有被按下時，電動機則會根據(jù)液位的變

19、化選10擇工作或者不工作，即水泵抽水還是不抽水，如下圖3.1所示。LJnln 與廊 7FPFFFFF-FLU- U PLLWm。當 L 口由 口 FW g DUrs 厘/s， 受富八惘1 亨Wl俘 P7SA13 P2HSrAl - FZJFM.1#F3IQfHXD F3Linrxi P32HHI P3ZFllTTf ra.-mu F3STHPJSVffF P,1.7rF.D圖3.1模擬驅動電路3. 2報警電路設計本系統(tǒng)用到兩個報警電路 光報警電路通過89C51輸出端口的報警信號驅動一只紅色的發(fā)光二極管進行光報警它使用低電平驅動。當鍋爐液位不正常時，即液面過低或過高，發(fā)光 二極管LED就會亮起，

20、工作人員通過該發(fā)光二極管是否點亮， 就可以知道鍋爐的 液位狀況，既而知道是否需要對鍋爐進行人工加水，從而保證鍋爐的正常運行, 避免財產(chǎn)損失，如下圖3.2所示 .w WA1 P*.=VAt4 ROPO 2,EP0.7/At7FJ力的F2 -jCM-P? N口尸士p?r min FSJ H/miApz 7網(wǎng)111miPj-4/rxio 無*!州1* P3 3jTMT彳，二.ajMF .i u川r* F-3.7/RCT圖3.2光報警電路11聲報警電路它是用一個晶體三極管驅動P1.7接晶體基極輸入端當P1.7輸出高電平1時晶體管導通壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V的電壓而鳴叫；當P1.7輸出低 電平0時三

21、極管截止蜂鳴器停止發(fā)聲，如下圖3.3聲報警電路圖。圖3.3聲報警電路3液位指示電路設計LED顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單 片機系統(tǒng)常使用8段LED數(shù)碼顯示器,8段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。 其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在 顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用， 通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字， 包括 AF在的部分英文字母和小數(shù)點”.”等字樣。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是 8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起構 成公共陽極，使用時公共陽極接+5V,每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相 連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)

22、光二極管就導通點亮，而輸入高電平時不點亮。 稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起構成公共陰 極，使用時公共陰極接地，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陽12極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時不點亮。稱為共陰極LED顯示器。LED數(shù)碼管顯示器的顯示段碼：為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“8”字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，共計8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)。各段碼位的對應關系如下表 3,1所示：表3.1段碼位關系表段碼位D7D6D5D4D3D2D1DO顯示段dpgfedcba共陽結

23、構的LED顯示器各筆劃段名和安排位置：當二極管導通時，相應的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。 8個筆劃段dpgfedcba對應 于1B （8位）的D7 D6 DS D4 D3 D2、D1、DO,于是用8位二進制碼就可 以表示欲顯示字符的字形代碼，如下表 3,2所示。表3.2共陽極常用字形表13字符一一字一字形碼一字符字形字形碼00COH3880H1F9H9990Hr 2 _2AiHAA88H33BOHBb83H4499HCCC6H5592Hr匚d二A1H6682HEE86Hr ? 一7F8HFF8EH如下圖3.4所示，是使用輸出端口的信號來驅動共陽極數(shù)碼管顯示，根據(jù)信號的不同，

24、即光電式液位傳感器所反饋回來的信號， 也就是鍋爐液面的高度，數(shù)碼管將顯示不同的數(shù)字：1, 2, 3, 4,從而表示鍋爐的液位狀態(tài)是否正常。通過 數(shù)碼管顯示的數(shù)字，工作人員就可以輕松地知道鍋爐的運行狀態(tài)，減輕工作人員的負擔，進而提高工作效率。mltT-二Mml!.:w.圖3.4數(shù)碼管顯示電路圖 0 L 1-:;，:一 口之22壓力自動控制模擬和手動操作控制電路設計如圖3.5可用開關S7模擬高低壓，而風機開關 S6代替手動操作部分設置一控制按鈕圖,D4代表壓力報警。當按下開關 S7時，表示鍋爐壓力過高，此時LED4會點亮，進行壓力報警，如圖 3.6所示。從而引起工作人員的注意，及時檢查故障并排除，

25、從而保證鍋爐的正常運行。按下開關S6時，則代表風機開始14工作，為鍋爐的燃燒提供保障。P3 口欣 pj irrHD PM，亦JTU P3 21nzi tP3 4/ro目.爭門” P 3 .BA/VEM.-1 JA2i p?衛(wèi)必q以 口工三四1 IF*N 4m l 2 05風d13 r? A/A I 4FZ 丁鵬1手圖3。5壓力模擬電路rlIHnlKC, L-nllrlllnwS!ML1:SW 二gsn:BKMMBrAMH 2落4.圖3.6壓力報警電路晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準頻率的。 通過

26、 基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。 同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片 機發(fā)出時鐘信號。下圖是單片機的晶振電路。片電路與片外器件就構成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，15 一般多在1.2MHz24MH/問選取。C1、C2是反饋電容，具值在 20pF100pF 之間選取，典型值為30pFo本電路選用的電容為30pF,晶振頻率為12MHz 振蕩周期=112 s;機器周期Sm 1 S指令周期=14 s。XTAL1接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機部，接 至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對H

27、MO單片機，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機 械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但 是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電 振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL所上輸出一個3V左右的正弦波，以便使89C51 片的OSCt路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC勺輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz典型值為12MH或者11.0592MHz電容C1和C2可以幫助起 振，典型值

28、為30pF,調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的，如圖3.7所示。16C5IJ1XTALiXTAL2RSTPO.OAOO PO.1 JA&1 POP0.3/AD3 PQ 4JAO4 PO.5JA05P0 7/AO7PSbhi ALE EAOptC4UQ出3犯g加_2i據(jù)_21a r-bP2.C/A.8P2.VA0P2 2/A1 0P2 31CA11P2.4/A12P2 SJA I 3P2.6JA1 4P2.7/A1 5圖3.7 晶振電路復位電路復位電路的主要功能是使單片機進行初始化， 在初始化的過程中需要在復位引腳上加大于2個機器周期的高電平。復位后的單片機地址初始化為0000H然后繼續(xù)從000

29、0H單元開始執(zhí)行程序。在復位電路中提供復位信號，等到系統(tǒng)電源 穩(wěn)定后，再撤銷復位信號。但是為了在復位按鍵穩(wěn)定的前提下， 電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復位， 如圖所小。17pi.XTAL1AA摩43 2- 1.OJ 二.3冉.50斤 11 tli fli p p ppppppFO.I/iftDI PO.AD-2M金泗心3 E.gg P0.5/AM .&JLlfll Pfi 7WT八 U/AK ?2 1/MP2PZ.WH 尸Z鼻料12 P2.3lAH2 F2.0lH P37WI 百P3.0 X。 P3.1/TX&Pi.2/1N TO p.o/iTn2.

30、4EPS.SIIP3BWfP3.77RF第四章系統(tǒng)軟件設計軟件設計說明軟件組要有主程序和液位控制程序兩部分組成，通過數(shù)碼管顯示檢測到的狀態(tài)，不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的功能，從而達到控制液位的目的。程序流程圖18系統(tǒng)開始后進行初始化，然后系統(tǒng)去檢測并開始接受檢測信號， 如果信號 沒有越過我們設定的報警限，那么系統(tǒng)會顯示檢測到的液面值，并判斷現(xiàn)在所處 于哪一種狀態(tài)，去執(zhí)行每種狀態(tài)所對應的功能并繼續(xù)檢測，如下圖4.1所示。開始初始化液位控制程序數(shù)碼管顯示圖4.1主程序流程圖液位控制程序流程圖如果信號越過報警限則開始報警，若鍋爐液面低于下限，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)字為1,則電動機馬上開始工作，即水泵開始向鍋爐加

31、水；若鍋爐液面高于上限，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)字為 3,則電動機馬上停止工作，不再像鍋爐加水；如果電動機繼續(xù)工作，導致鍋爐液面繼續(xù)上升，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)字為4,并且聲報警和光報警都啟動，關閉電動機，即停止向鍋爐加水，隨后鍋爐液面顯示正 常，數(shù)碼管顯示的數(shù)字將變?yōu)?2,系統(tǒng)進行正常運作狀態(tài)，如此循環(huán)下去，并時 刻檢測信號，如下圖4.2所示。19圖4.2液位控制程序流程圖第五章設計的效果點擊開始 數(shù)碼管顯示為020點擊開關S4數(shù)碼管顯示為1（水位下限 此時光報警并且聲報警）點擊開關S3數(shù)碼管顯示為2此時水位正常不發(fā)警報21點擊開關S2數(shù)碼管顯示為3 水位到達水位上限 此時光報警聲不報警FZJ1TCO

32、 Ug ran iirTT tiifraV3pn 213111 FTP213TA13 F53r川 亡.1 具鹿“彳、”點擊開關S1數(shù)碼管顯示為4水位到達上上限此時光報警并且聲報警22i i P JFT翻L善* * i|RI， :TLZftl 二 gMn Z-H/ll I*! 1,1a 二fi廖F I .1avTT UTE點擊S5恢復到正常狀態(tài)r 口=”工匚 FH 峭口， FU-aMEiPOE,ZJk*E rr hi！，uPZ3W1- 3：g* FZt立立，上rg.iThs b irrr，.WT ，工，E FZ*T點擊6 D3燈亮風力機開始正常工作23RI：Ft J.UK E*即K JAWK Vlil*FE5.MWE fisTIT7rjsnw印TJ點擊S7爐壓力過高LED4亮壓力報警24點擊S8給兩個Tp的高電平 電路復位七g 吃3出聲.，. r LDl-lllfMr;卜1 F1IHM k- iTTT FZ JTTNF isr nW 廂25第六章結論本系統(tǒng)主要介紹了鍋爐的液位檢測控制，還介紹了對壓力的檢測控制，介 紹了 89C51單片機在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用，介紹了它的引腳和在系統(tǒng)中的電