1、課程設(shè)計(論文(lnwn)題 目 名 稱 單片機(jī)水位(shuwi)控制系統(tǒng)課程設(shè)計 課 程 名 稱 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 年 月 日任務(wù)書年級專業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號題目名稱 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計時間課程名稱 單片機(jī)原理課程編號設(shè)計地點(diǎn) 數(shù)字控制與PLC實驗室課程設(shè)計（論文）目的單片機(jī)原理課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。通過課程設(shè)計使學(xué)生較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機(jī)控制的設(shè)計思想和設(shè)計方法，為學(xué)生今后從事單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下堅實的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計的基礎(chǔ)要求是使學(xué)生全面的掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的基本理論，熟悉掌握MCS-51系列單片機(jī)的編程方法，讓學(xué)生在

2、接近實際工作環(huán)境下，完成一個簡單的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計。已知技術(shù)參數(shù)和條件1、裝水容器，水位高度：0-50cm；2、開發(fā)環(huán)境：MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)、Proteus單片機(jī)仿真系統(tǒng);3、硬件：實驗室提供PC機(jī)、液位傳感器、小型水泵、設(shè)計控制系統(tǒng)所需的電子元器件、可調(diào)直流電源等；4、單片機(jī)設(shè)計相關(guān)書籍資料、試驗場地等。任務(wù)和要求設(shè)計任務(wù)：利用MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計一個水位自動控制系統(tǒng)，用兩個數(shù)碼管實時地顯示當(dāng)前水位，并能根據(jù)設(shè)定的水位值控制水位。水位設(shè)定值通過鍵盤輸入，容器內(nèi)水的注入和抽出通過水泵實現(xiàn)。設(shè)計要求：1、要求進(jìn)行方案論證，說明控制系統(tǒng)的工作原理；2、要求設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件電路

3、，給出電路原理圖和元器件清單；3、要求給出軟件流程圖并編寫程序源代碼；4、完成系統(tǒng)的調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果并分析；5、撰寫符合要求的課程設(shè)計說明書。注：1此表由指導(dǎo)(zhdo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批(shnp)，指導(dǎo)(zhdo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）1、THKSCM-1行單片機(jī)試驗系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書、KEIL軟件，WAVE軟件2、數(shù)字控制與PLC實驗室“THKSCM-1型單片機(jī)試驗系統(tǒng)”。五、進(jìn)度安排 *年*月*日-*日：收集和課程有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求 *年*月*日-*日：總體方案設(shè)計

4、*年*月*日-*日:硬件電路設(shè)計 *年*月*日-*日：軟件設(shè)計 *年*月*日-*日：系統(tǒng)調(diào)試改進(jìn) *年*月*日-*日：整理書寫設(shè)計說明書 *年*月*日-*月*日：答辯六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師(jiosh)（簽字）： 學(xué)生(xu sheng)（簽字）：附件(fjin)3評閱表學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 專業(yè)班級 題目名稱 課程名稱 一、學(xué)生自我總結(jié) 經(jīng)過這次的編程學(xué)會很多平時沒注意的東西。在這次的編程中也看到自己的不足，作為一個初學(xué)者有很多的不明白處。畢竟所掌握的有限，知道的不多。在此次編程中遇到很多的問題，

5、通過與同學(xué)的協(xié)商合作一一解決。很高興這次的編程給了機(jī)會，能夠提高自己的實力?？吹阶约旱牟蛔阒? 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目綜合成績權(quán) 重單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生(xu sheng)課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面(hu mian)；2、表中的“評分(png fn)項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。目 錄摘 要.60引言.61、幾種方案的比較.61.1簡單的機(jī)械式控制方式.61.2 復(fù)雜控制器控制方案.6 1.3通過水位變化上下限的控制方式.62、水塔水位(shuwi

6、)控制原理.63、電路設(shè)計 3.1 水位檢測(jin c)接口電路.8 3.2報警接口(ji ku)電路.8 3.3 存儲器擴(kuò)展接口電路. .94、系統(tǒng)軟件設(shè)計.94.1流程圖.94.2程序.105、實驗仿真.116、結(jié)語.117、參考文獻(xiàn).110摘要隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，為了使學(xué)生對單片機(jī)控制的智能型控制器有較深的了解。經(jīng)過綜合分析選擇了由單片機(jī)控制的智能型液位控制器作為研究項目(xingm)，通過訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識的潛能。另外，水位控制在高層(o cn)小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控

7、制中也被廣泛應(yīng)用。通過對模型的設(shè)計可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。設(shè)計一種基于單片機(jī)水塔(shut)水位檢測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和報警等功能，實現(xiàn)超高、低警戒水位報警，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)計流程圖和匯編程序，并用Proteus軟件仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；水位檢測；控制系統(tǒng)；仿真引言 水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機(jī)控制實現(xiàn)自動運(yùn)行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供

8、水。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應(yīng)采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電壓，測量水位變化，從而控制電動機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以Atmel公司的AT89C5l單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設(shè)計，實現(xiàn)水位的檢測控制、電機(jī)故障檢測、處理和報警等功能，并在Proteus軟件環(huán)境下實際仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。1設(shè)計方案比較(bjio)說明系 對于(duy)水位進(jìn)行(jnxng)控制的設(shè)計方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有3種，三種方式的實現(xiàn)如下：1.1簡單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

9、簡單，成本低廉。存在問題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能單獨(dú)控制，與計算機(jī)進(jìn)行通信較難實現(xiàn)。 1.2復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、AD變換成數(shù)字信號傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由DA變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制水塔水位的目的。1.3通過(tnggu)水位變化上下限的控制方式。這種控制方式通過在水塔的不同(b tn)高度固定不動的3根金屬棒ABC，以感知水位的變化情況

10、(qngkung)。其中，A棒處于下限水位，C棒處于上限水位，B棒在上下限水位之間。A棒接+5V電源，B棒C棒各通過一個電阻與地相連。 針對上述3種控制方式，以及設(shè)計需達(dá)到的性能要求，這里選擇第三種控制方式。最終形成的方案是，利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)計一個對供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。當(dāng)水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵；水塔水位上升至上限水位時，關(guān)閉水泵；水塔水位在上、下限水位之間時，水泵保持原狀態(tài)；供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警；故障解除時，水泵恢復(fù)正常工作。2 水塔水位控制原理 單片機(jī)水塔水位控制原理如圖l所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)

11、。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，用以反映水位變化的情況。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(jī)帶動水泵供水，單片機(jī)控制電機(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，由于水的導(dǎo)電作用，使B、C棒均與+5 V連通。因此b、c兩端的電壓都為+5 V即為“1”狀態(tài)此時應(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，B棒和A棒導(dǎo)通，而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“1”狀態(tài)，c端為“0”狀態(tài)。此時電機(jī)帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不斷下降

12、，都應(yīng)繼續(xù)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(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。 3 電路設(shè)計 水塔(shut)水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測(jin c)接口電路、報警接口電路、存儲器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時鐘振蕩等部分組成，如圖2所示。圖3為系統(tǒng)(xtng)硬件電路。 3.1 水位檢測(jin c)接口電路 為了便于(biny)實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的撥碼開關(guān)模擬b、c端的(dund)狀態(tài)(1、0)，正電極接+5 V電源，每個負(fù)電極分別通過47 kQ的電阻(尺1，R2)接地。將單片機(jī)的P10端口接開

13、關(guān)1，P11端口接開關(guān)2。假設(shè)被水淹沒的負(fù)電極都為高電平，此時開關(guān)置1；露在水面的負(fù)電極都為低電平，開關(guān)此時置為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(此時兩個開關(guān)均置0)，電機(jī)必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平(此時開關(guān)1置1，開關(guān)2置0)；當(dāng)水位過高時，檢測信號為高電平(此時開關(guān)l和2都置1)，單片機(jī)檢測到P10和P11為高電平后，立即停機(jī)。 3.2 報警接口電路 為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴(yán)重后果，在超出、低于警戒界水位時，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得。單片機(jī)P17端口為啟動電機(jī)命令輸出端口，P17=0為低電平，經(jīng)過非門后與電機(jī)的另

14、一端接地導(dǎo)通，啟動電機(jī)工作；P17=l為高電平，反之，電機(jī)停止工作。電機(jī)故障報警由單片機(jī)控制，電機(jī)故障報警信號由P10和P11輸人當(dāng)P15為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位，單片機(jī)控制系統(tǒng)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，向水塔內(nèi)供水工作也停止。 3.3 存儲器擴(kuò)展接口(ji ku)電路 為了便于系統(tǒng)(xtng)擴(kuò)展，存放大容量應(yīng)用程序，系統(tǒng)設(shè)計擴(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(dzh)，單片機(jī)的P00P07通過復(fù)用方式分別接鎖存器74LS373的DOD7和存儲器2732的D0D7端，地址鎖存信號線ALE接鎖存器的OE端，通過軟件設(shè)置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出

15、端OQ0O7與存儲器地址線A0A7相連，剩余的3根地址線A8A11接P20P22單片機(jī)選通引腳麗接存儲器OE端，因只擴(kuò)展一片存儲器，片選端CE接地。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1流程圖 當(dāng)水塔水位處于上、下限之間時，P10=l，P11=0，此時無論電機(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)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時，P10=0，P11=0，此時啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號與輸出控制操作關(guān)系如表1所列，圖4為水塔水位控制程序流程。 4.2程序(chngx) ORG 0030HLOOP: ORL R1 #03H;為檢查水位(shuwi)狀態(tài)準(zhǔn)備

16、 MOV A P1 JNB ACC.0 ONE；P1.0=0則轉(zhuǎn) JB ACC.1 TWO； P1.1=1則轉(zhuǎn)BACK: ACALL D10S；延時10s AJMP LOOPONE: JNB ACC.1 THREE；P1.1=0則轉(zhuǎn) CLR 95H；0P1.5,啟動(qdng)報警裝置 SETB 97H；1P1.7,停止電機(jī)(dinj)工作FOUR: SJMP FOURTHREE: CLR 97H；啟動(qdng)電機(jī) AJMP BACKTWO: SETB 97H；停止電機(jī)工作 AJMP BACK 延時子程序D10S（延時10s）: ORG 0100HD10S: MOV R3 #19HLOOP: MOV R1 #85HLOOP1: MOV R2 #0FAHLOOP2: DJNZ R2 LOOP2 DJNZ R1 LOOP1 DJNZ R3 LOOP3 RET 5 實驗仿真(fn zhn)結(jié)果 根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫(binxi)相應(yīng)的程序在Proteus軟件環(huán)境下實際仿真，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能成功實現(xiàn)了水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和報警等功能，具有良好(lingho)的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于某實驗的水冷卻系統(tǒng)。6 結(jié)語 該系統(tǒng)設(shè)計是基于在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的