單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-水位控制系統(tǒng)

單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)評語：考勤10分守紀(jì)10分過程30分設(shè)計(jì)報(bào)告30分答辯20分總成果（100）分專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣姓名：xxx學(xué)號：指導(dǎo)老師：xxx蘭州交通高校自動化與電氣工程學(xué)院2014年1月13日基于單片機(jī)的水位限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)目的水位限制系統(tǒng)是以水位為被控參數(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(jìn)行水位限制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐水位的穩(wěn)定對窯爐的運(yùn)用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。水位限制一般指對某一水位進(jìn)行限制調(diào)整，使其達(dá)到所要求的限制精度。液體的水位的自動限制,是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動限制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采納的是微機(jī)限制和原有的儀表限制,微機(jī)限制有以下明顯優(yōu)勢:(1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示水位狀態(tài)。(2)在運(yùn)行中可以隨時(shí)便利的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的限制值,并修改系統(tǒng)的限制參數(shù),可以便利的變更水位的上限、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(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能依據(jù)限制效果剛好修運(yùn)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(shí)時(shí)性、平安性。綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采納計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)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(diǎn)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(qiáng),利用單片機(jī)限制就能克服這些缺點(diǎn),因此單片機(jī)在限制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,運(yùn)用單片機(jī)限制液體水位是很好的選擇。2設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)水位檢測限制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位報(bào)警，超高警戒水位處理。介紹電路接口原理圖，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖和匯編程序，并用Proteus軟件仿真。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測限制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)為一個實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的水塔水位限制部分。在此水塔水位限制系統(tǒng)中，檢測信號來自插入水中的3個金屬棒，以感知水位變更狀況。工作正常狀況下，應(yīng)保持水位在某一范圍內(nèi)，當(dāng)水位變更發(fā)生故障的時(shí)候，剛好關(guān)斷電機(jī)電源，發(fā)出聲、光報(bào)警信號。（1）完成單片機(jī)硬件的設(shè)計(jì)，包括：CPU、存儲器（外擴(kuò)ROM、RAM）、輸入/輸出接口（外擴(kuò)并行I/O口）以及總線連接部分（附限制電路原理圖）。（2）完成限制軟件的設(shè)計(jì)（附限制軟件清單）。3水位限制原理以水塔水位限制為例。單片機(jī)水塔水位限制原理圖1所示，圖中的A、B表示允許水位變更的上、下限位置。由于題目中所要求的金屬導(dǎo)體在長時(shí)間置于水和空氣中會被氧化，因此導(dǎo)電性會下降，這樣會影響系統(tǒng)的正常工作，所以本設(shè)計(jì)須要改動部分限制硬件，上部兩個導(dǎo)體分別用浮子開關(guān)代替，第三個不須要置于水中，而將它干脆接地然后串入電阻接入電路中。在正常狀況下，水位應(yīng)限制在上下限的范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的兩個浮子開關(guān)A、B，利用杠桿原理，A浮子限制開關(guān)A，B浮子限制開關(guān)B，受到浮力時(shí)開關(guān)打開，A靠近水塔上部，B靠近水池底部，A、B之間足夠距離，要保證有足夠大的流水量。水塔由電機(jī)帶動水泵供水，單片機(jī)限制電機(jī)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(shí)，由于水的浮力作用，使浮子開關(guān)A，B均斷開。因此b、c兩端的電壓都為+5V即為“1”狀態(tài)．此時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)，B開關(guān)斷開和A開關(guān)閉合，b端為1狀態(tài)，c端為0狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)保持原來的運(yùn)行狀態(tài)，使水位上升或下降，當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)，A，B開關(guān)都斷開，b、c均為0狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。當(dāng)開關(guān)A斷開B閉合（這種狀態(tài)在正常狀況下不會出現(xiàn)，因此必有一浮子出現(xiàn)故障停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，報(bào)警器打開。圖1所示水塔浮子的限制原理。圖1限制原理圖4系統(tǒng)總體方案4.1電路設(shè)計(jì)水塔水位限制系統(tǒng)主要由CPU(80C31)、水位檢測接口電路、報(bào)警接口電路、存儲器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩等部分組成，圖2為系統(tǒng)硬件電路。圖2系統(tǒng)硬件電路4.2水位檢測接口電路為了便于實(shí)現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的浮子開關(guān)A，B模擬P1.1和P1.0端的狀態(tài)(0、1)，浮子開關(guān)另一端接地，每個負(fù)電極分別通過4.7k的電阻(R1，R2)接+5V電源。將單片機(jī)的P1.0端口接開關(guān)B，P1.1端口接開關(guān)A。假設(shè)被水沉沒的負(fù)電極都為高電平，此時(shí)開關(guān)置1；露在水面的負(fù)電極都為低電平，開關(guān)此時(shí)置為0。單片機(jī)通過負(fù)電極重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時(shí)(此時(shí)兩個開關(guān)均置0)，電機(jī)必需帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，檢測信號為高，低電平(此時(shí)開關(guān)B置1，開關(guān)A置0)；當(dāng)水位過高時(shí)，檢測信號為高電平(此時(shí)開關(guān)A和B都置1)，單片機(jī)檢測到P1.0和P1.1為高電平后，馬上停機(jī)。4.3報(bào)警接口電路為了避開系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，水位失去限制造成嚴(yán)峻后果，在超出、低于警戒界水位時(shí)，報(bào)警信號干脆從高、低警界水位電極獲得。單片機(jī)P1.3端口為啟動電機(jī)吩咐輸出端口，P1.3=0為低電平，經(jīng)過非門和驅(qū)動器7406后與電機(jī)的另一端接地導(dǎo)通，啟動電機(jī)工作；P1.3=l為高電平，反之，電機(jī)停止工作。電機(jī)故障報(bào)警由單片機(jī)限制，電機(jī)故障報(bào)警信號由P1.3輸人。當(dāng)P1.3為高電平常蜂鳴器報(bào)警。水位超過高警戒水位，單片機(jī)限制系統(tǒng)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，向水塔內(nèi)供水工作也停止。4.4存儲器擴(kuò)展接口電路為了便于系統(tǒng)擴(kuò)展，存放大容量應(yīng)用程序，系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展一片程序存儲器，用于存放源程序代碼。74LS373用于鎖存地址，單片機(jī)的P0.0～P0.7通過復(fù)用方式分別接鎖存器74LS373的DO～D7和存儲器2732的D0～D7端，地址鎖存信號線ALE接鎖存器的OE端，通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出端Q0～Q7與存儲器地址線A0～A7相連，剩余的3根地址線A8～A11接P2.0～P2.2．單片機(jī)選通引腳接存儲器OE端，因只擴(kuò)展一片存儲器，片選端CE接地。4.5各設(shè)備的地址安排各元件所接端口以及對應(yīng)地址如表1所示表1元件所接端口以及對應(yīng)地址表序號1 2 34 P1口P1.0P1.1P1.2P1.3元件開關(guān)B開關(guān)A電動機(jī)報(bào)警地址90H91H92H93H4.6軟件設(shè)計(jì)4.6.1設(shè)計(jì)思路描述當(dāng)水塔水位處于上、下限之間時(shí)，P1.0=l，P1.1=0，此時(shí)無論電機(jī)是在帶動水泵給水塔供水使水位不斷上升還是電機(jī)沒有工作使水位不斷下降，都應(yīng)接著維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時(shí)，P1.0=0，P1.1=0，此時(shí)啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔供水。4.6.2設(shè)計(jì)程序流程圖為實(shí)現(xiàn)表2的各個限制，要求程序選擇P1.0和P1.1的凹凸電平，以及當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)限制P1.3為低電平報(bào)警同時(shí)關(guān)閉電機(jī)。程序流程圖如圖3所示：圖3程序流程圖4.6.3主程序依據(jù)圖3的流程，首先將P1口寫1，為檢查P1.0和P1.1狀態(tài)做打算，然后選擇P1.0和P1.1的凹凸電平，實(shí)現(xiàn)限制P1.2和P1.3的7凹凸電平的變更，在沒有變更開關(guān)的狀態(tài)之前，為了保持各個端口的電平，須要調(diào)用延時(shí)程序，主程序以及延時(shí)程序見附錄一。5結(jié)論限制系統(tǒng)有四種運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)水塔里的水面低于最低限時(shí)即低于浮子B時(shí)，A、B浮子開關(guān)均閉合，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，向水塔注水；直到水面超過浮子B，B開關(guān)打開，電機(jī)任然保持原來的運(yùn)行的狀態(tài)；隨著水面上升，浮子開關(guān)A被打開，此時(shí)水面達(dá)到上限，因此關(guān)閉電機(jī)，停止向水塔里注水；隨著向外部供水，水面漸漸下降，浮子開關(guān)A閉合，但此時(shí)不須要再往水塔里注水，因此電機(jī)任然維持原來的停止?fàn)顟B(tài)不變。而當(dāng)不屬于上述的任何閉合狀況時(shí)，報(bào)警器打開。對四種不同狀態(tài)的仿真見附錄二。6結(jié)語本系統(tǒng)就是充分利用了80C31和2732芯片的I/O引腳。系統(tǒng)采納MSC-51系列單片機(jī)Intel80C31和可編程并行I/O接口芯片2732為中心器件來設(shè)計(jì)水塔水位限制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能依據(jù)水位的凹凸通過80C31芯片的P1口設(shè)置電動機(jī)的抽水和報(bào)警工作功能；通過二極管的發(fā)光來報(bào)警以及兩個開關(guān)來模擬水位的限制，二極管由驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)光。參考文獻(xiàn)[1]張毅坤單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M]，西安電子科技高校出版社，1998[2]雷麗文等微機(jī)原理與接口技術(shù)[M]，電子工業(yè)出版社，1997.2[3]王思明，張金敏等單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，科學(xué)出版社，2012.9[4]馮育長主編單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析[M]，西安電子科技高校出版社，2007[5]謝維成，楊加國主編單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M]，清華高校出版社，2006附錄一試驗(yàn)程序如下：ORG0000HAJMPLOOPORG0100HLOOP: SETB93H ORLP1,#03H；為檢查水位狀態(tài)做打算 MOVA,P1 JNBACC.0,ONE；P1.0=0則轉(zhuǎn)移JBACC.1,TWO；P1.1=1則轉(zhuǎn)移BACK:ACALLDELAY；調(diào)用延時(shí)AJMPLOOPONE: JNBACC.1,THREE；P1.1=0則轉(zhuǎn)移CLR93H；P1.3←0，啟動報(bào)警裝置 SETB92H；P1.2←1,停止電機(jī)工作 AJMPLOOPTHREE:CLR92H；啟動電機(jī)AJMPBACKTWO: SETB92H；停止電機(jī)工作AJMPBACK延時(shí)子程序（延時(shí)10s）：DELAY: ORG8030H MOVR3,#19HLOOP3:MOVR1,#85HLOOP1:MOVR2,#0FAHLOOP2:DJNZR2,LOOP2