基于AT89C51單片機的水位控制系統(tǒng)的課程設(shè)計

基于單片機的水位限制系統(tǒng)設(shè)計書目TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 32設(shè)計的基本任務(wù)和要求 42.1基本功能 42.2塔水位限制原理 42.3系統(tǒng)硬件總體方案 53限制系統(tǒng)方案設(shè)計 53.1系統(tǒng)硬件方案 53.2核心芯片AT89C51單片機 63.3系統(tǒng)軟件總體方案 74.Proteus設(shè)計與仿真 84.1元器件清單 84.2基于單片機水位限制原理圖5 94.3基于單片機的水位限制PCB圖6 94.4水位檢測的主程序 104.5試驗仿真結(jié)果 134.6結(jié)語 135設(shè)計體會 13參考文獻 141概述液位限制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的限制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多地方須要對容器內(nèi)的介質(zhì)進行液位限制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對窯爐的運用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液位限制一般指對某一液位進行限制調(diào)整，使其達到所要求的限制精度。液體的液位的自動限制,是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù),它是微型計算機軟件、硬件、自動限制等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采納的是微機限制和原有的儀表限制,微機限制有以下明顯優(yōu)勢:1)直觀而集中的顯示各運行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。2)在運行中可以隨時便利的修改各種各樣的運行參數(shù)的限制值,并修改系統(tǒng)的限制參數(shù),可以便利的變更液位的上限、下限。3)具有水體限制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能依據(jù)限制效果剛好修運行參數(shù)，這樣能有效地削減工人的疲憊和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、平安性綜合以上的種種優(yōu)點可以預(yù)見采納計算機限制系統(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(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般,工業(yè)限制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強,利用單片機限制就能克服這些缺點,因此單片機在限制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,運用單片機限制液體液位是很好的選擇。目前我國在單片機測控裝置探討、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成果,總結(jié)了許多閱歷,但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期,經(jīng)調(diào)查,更多科探討所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法,數(shù)年來這方面的探討的論文較多,著重生產(chǎn)實際的很少。在上海,新型的單片機測控裝置與系統(tǒng)探討的生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚,在生產(chǎn)過程中須要新型的測控裝置與系統(tǒng),因此在不斷的努力探討與開發(fā)。上海的工程技術(shù)探討人員更著重的是生產(chǎn)實際探討,對理論、算法和成果的論文較少;深圳在研制新型的測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就,盡管與其他國家比較尚有差距,但是,深圳的高校、探討院所的最大的特點就是實際,與生產(chǎn)實際應(yīng)用項目無關(guān)的問題基本不去考慮,主要考慮選取什么材料,測控什么物理量,優(yōu)點是什么,與機器設(shè)備的通訊接口等等。2設(shè)計的基本任務(wù)和要求2.1基本功能本設(shè)計是采納AT89C51單片機為核心芯片,及其相關(guān)硬件來實現(xiàn)的水體液位限制系統(tǒng),在用液位傳感器測液位的同時,CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測液位數(shù)據(jù),實施報警平安提示,當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時,系統(tǒng)自動打開泵上水,當(dāng)水位到達設(shè)定值時,系統(tǒng)自動關(guān)閉水泵或打開排水泵。2.2塔水位限制原理單片機水塔水位限制原理如圖l所示，圖中的虛線表示允許水位變更的上、下限位置。在正常狀況下．水位應(yīng)限制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C。用以反映水位變更的狀況。其中，A棒在下限水位．B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位(底端靠近水池底部．不能過低，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機帶動水泵供水。單片機限制電機轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升．當(dāng)水位上升到上限水位時，由于水的導(dǎo)電作用。使B、C棒均與+5V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5V即為。l”狀態(tài)，此時應(yīng)停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時。B棒和A棒導(dǎo)通．而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“r狀態(tài)。C端為“O”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應(yīng)接著維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)。此時應(yīng)啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。2.3系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采納8個按鈕進行水位檢測，在現(xiàn)場的3個不同的位置，由下至上測量水體的液位值,。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳到單片機中,在通過3位七段LED顯示器顯示出液位的三種狀態(tài)及報警平安提示。用LED顯示是因為它具有顯示清楚、亮度高、運用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長等特點，依據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位確定是否進行開、關(guān)水泵,須要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動閥門的電動機。3限制系統(tǒng)方案設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件方案系統(tǒng)方案設(shè)計液位限制是利用把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C51把輸出狀態(tài)干脆接到單片機的I/O接口，單片機經(jīng)過運算限制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接LED進行顯示,實現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與限制；圖2即是液位限制系統(tǒng)：圖2液位限制系統(tǒng)由上圖可視察到傳感器通過對液面進行測量，輸出模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過AT89C51單片機的運算限制，在通過LED進行顯示,通過報警裝置進行報警,報警顯示之后再通過對閥門的開啟實現(xiàn)對水體的液位進行調(diào)整限制,閥門的驅(qū)動設(shè)備是電動機。3.2核心芯片AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采納ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微限制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為許多嵌入式限制系統(tǒng)供應(yīng)了一種敏捷性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3所以。圖3AT89C5引腳圖3.3系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過8個按鈕進行水位檢測的，當(dāng)水位到檢測位置其輸出端口就向單片機輸出低電平。由上至下的第一個位置為水位上限報警線，即當(dāng)水位高于此位置時，開水閥限制系統(tǒng)就會自動報警，提示工作人員留意，加水電磁閥有可能出故障；其次個位置是自動停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時，限制系統(tǒng)會自動關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個位置是自動加水線，即當(dāng)水位低于此位置時，限制系統(tǒng)會自動接通加水電磁閥，起先加水；第四個位置是水位下限報警線，即當(dāng)水位低于此位置時，限制系統(tǒng)就會自動報警，提示工作人員留意，加水電磁閥可能出故障如圖4。圖4水位限制流程圖4.Proteus設(shè)計與仿真4.1元器件清單7SEG-COM-CAT-GRNLED數(shù)碼管AT89C1單片機BUTTON按鈕CAP電容CAP-ELEC陶瓷電容CRYSTAL12兆晶振LED-RED發(fā)光二極管MOTOR-DC電機RES電阻RESPACK-8排阻4.2基于單片機水位限制原理圖5圖5水位限制原理圖4.3基于單片機的水位限制PCB圖6圖6水位限制PCB圖4.4水位檢測的主程序本限制系統(tǒng)采納的是限制，由于模糊限制量的求取是采納查表法，因此軟件程序較簡潔，整個軟件部分較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序。#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitMOR=P2^7;sbitMOT=P2^6;sbitLED=P2^0;codeuchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};voiddelay(uintn){while(n--);}voidLED_SHOW(){if(P1==0xfe) {P0=tab[8];LED=0;MOR=0;MOT=1;}if(P1==0xfd){P0=tab[7];LED=0;MOR=0;MOT=1;}if(P1==0xfb){P0=tab[6];LED=1;MOR=1;MOT=1;}if(P1==0xf7){P0=tab[5];LED=1;MOR=1;MOT=1;}if(P1==0xfd){P0=tab[4];LED=1;MOR=1;MOT=1;}if(P1==0xef){LED=1;MOR=1;MOT=1;}if(P1==0xdf){P0=tab[2];LED=0;MOR=1;MOT=0;}if(P1==0xbf){P0=tab[1];LED=0;MOR=1;MOT=0;}if(P1==0x7f){P0=tab[0];LED=0;MOR=1;MOT=0;}}voidmain(){while(1){LED_SHOW();}}4.5試驗仿真結(jié)果依據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應(yīng)的程序在Pro-teus軟件環(huán)境下實際仿真，試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能勝利實現(xiàn)了水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，具有良好的檢測限制功能，可移植性和擴展性強。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已勝利運用于某試驗水冷卻系統(tǒng)。4.6結(jié)語該系統(tǒng)設(shè)計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，充分利用單片機強大限制功能和便利通信接口，該檢測限制系統(tǒng)在試驗室某試驗水冷卻系統(tǒng)得到勝利實踐，實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了試驗的自動限制實力。進一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，可為實時實現(xiàn)遠端限制，因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測限制等領(lǐng)域有著廣袤的應(yīng)用前景。5設(shè)計體會設(shè)計過程中我遇到了許多的困難，因為學(xué)問是不連貫的，所以須要打算許多方面的學(xué)問去融合，去聯(lián)系。由于在學(xué)習(xí)的時候更留意的是書面上的東西，而本次課程設(shè)計更多的是熬煉了我的動手動腦實力，讓我有機會把課上學(xué)習(xí)的學(xué)問轉(zhuǎn)化為可以在實際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。本次課程設(shè)計的系統(tǒng)主要介紹了水體的液位檢測限制，介紹了AT89C51單片機和其它一些單片機在液位限制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，利用LED來進行信號的輸出顯示,我設(shè)計的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機交互功能,并設(shè)有液位報警，有問題馬上就能發(fā)覺。通過自動調(diào)整限制液位并實現(xiàn)水體的液位報警。液位限制在設(shè)定值上正常運行不須要人工干預(yù)，操作人員勞動強度小。通過本次課程設(shè)計，我了解到自己的學(xué)問應(yīng)當(dāng)充分利用在實踐上，在實踐中把書本上的學(xué)問固化成自己的實力。在設(shè)計系統(tǒng)的時候也有許多的想法，但是有一些想法被否定了，最終完成設(shè)計的時候優(yōu)先考慮了在課程上學(xué)習(xí)到的學(xué)問，并且和單片機、電子電路的學(xué)問結(jié)合起來。這次設(shè)計之后，我感覺到自己在自動化專業(yè)上的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)還有很長的路走，自動化是一個很有前途的行業(yè)，它涉及了生產(chǎn)生活的多個方面，對人們的