電氣工程及其自動(dòng)化基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)評(píng)語：考勤（10）守紀(jì)（10）過程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（30）答辯（10）總成績(jī)（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)： 電氣1002班 姓 名： 林榮青 學(xué) 號(hào)： 201009140 指導(dǎo)教師： 張蕊萍 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2013 年 3 月 15 日基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由at89c52單片機(jī)、電機(jī)開館電路、led燈示警電路、水位探測(cè)電路和穩(wěn)壓電路等部分組成,能夠?qū)崿F(xiàn)水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、報(bào)警和處理，實(shí)現(xiàn)超高、中、低水位顯示，高、低警戒水位處理等功能，并在proteus軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)仿真。關(guān)鍵字：s

2、cm；at89c52；水位檢測(cè)；水位控制abstract: the design aim to realize water lever control what is based on the selected scm. the system is made up of at89c52,electric machine switching circuit, led warning circuit, water level detection circuit and voltage stabilizing circuit.it can realize the water level detect

3、ion, fault detection, alarm and hand functions, achieve high middle and low water level show, high and low warning level handle, and so on. the system is successful realization of the software simulation with proteus.key words: scm, at89c52, water level detection, water lever control1 引言目前，無論是城鎮(zhèn)住宅小區(qū)

4、還是農(nóng)村家庭住宅的供水系統(tǒng)很多都還保留著人工操作的辦法，即用完水了才知道需要抽水了，水滿了沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)關(guān)斷電源造成溢出，這很大程度上影響了人們?nèi)粘５恼Ｓ盟约霸斐闪怂Y源浪費(fèi)。為了解決該問題，該方案著眼于設(shè)計(jì)水位控制系統(tǒng)，從而讓水位始終保持在一定的范圍內(nèi)，保證連續(xù)正常地供水，避免無水可用和水滿溢出的情況。這里給出了以atmel公司的at89c52單片機(jī)為核心器件的水位檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、報(bào)警和處理等功能，并在proteus軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)具有良好的檢測(cè)和控制水位、故障報(bào)警和處理的功能。2 設(shè)計(jì)方案及原理在該設(shè)計(jì)方案中設(shè)置了一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探

5、測(cè)傳感器電路來探測(cè)水位,在探測(cè)到低水位后通過穩(wěn)壓電路給單片機(jī)一個(gè)高電平，單片機(jī)給燈光示警電路輸出一個(gè)代表低水位的亮紅燈的低電位信號(hào)，紅燈亮，并給電機(jī)開關(guān)電路一個(gè)代表電機(jī)運(yùn)行的低電位，電機(jī)運(yùn)行加水；相應(yīng)的，中水位時(shí)，黃燈亮，電機(jī)依然運(yùn)行加水；高水位時(shí)，綠燈亮，電機(jī)停止運(yùn)行；出現(xiàn)故障時(shí)，紅黃綠三個(gè)燈同時(shí)閃爍警示并停止運(yùn)行電機(jī)。該系統(tǒng)由at89c52單片機(jī)、電機(jī)開關(guān)電路、led燈示警電路、水位探測(cè)電路和穩(wěn)壓電路等部分組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)組成框圖2.1 硬件設(shè)計(jì)2.1.1 at89c52單片機(jī)該單片機(jī)本身擁有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以不需要擴(kuò)展。工作中，管腳p1.0、p1.1作為

6、低水位和高水位信號(hào)輸入口，單片機(jī)通過循環(huán)檢測(cè)這個(gè)端口的輸入電平來執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，輸出不同的信號(hào)給p3.1、p3.2、p3.3來告知水位情況，即紅、黃、綠三種顏色燈光分別表示水位在低、中、高水位狀態(tài)。然后，根據(jù)不同的水位決定是否通過p3.0驅(qū)動(dòng)電機(jī)加水還是停止加水。2.1.2 電機(jī)開關(guān)電路該開關(guān)電路以p3.0口的輸出電平作為是否驅(qū)動(dòng)電機(jī)加水的信號(hào)來控制電磁式繼電器的通斷，從而控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)p3.0輸出信號(hào)為高電平時(shí)，電磁式繼電器斷開，電機(jī)停止運(yùn)行；當(dāng)p3.0輸出信號(hào)為低電平時(shí)，電磁式繼電器導(dǎo)通，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。2.1.3 水位檢測(cè)電路該電路用兩個(gè)開關(guān)sw0和sw1來模擬水位探測(cè)傳感器狀態(tài)。

7、當(dāng)水淹沒水位探測(cè)傳感器時(shí)，即意味著開關(guān)導(dǎo)通，此時(shí)開關(guān)電路給p1.0或p1.1的信號(hào)為高電平；當(dāng)水沒有淹沒水位探測(cè)傳感器時(shí)，意味著開關(guān)斷開，此時(shí)開關(guān)電路給p1.0或p1.1的信號(hào)為低電平。2.1.4 穩(wěn)壓電路由于加水用水的過程中水的震動(dòng)以及水中的雜質(zhì)、水溫、水位的高低都有可能影響到電壓的穩(wěn)定性，因而添加了穩(wěn)壓電路來保證從傳感器傳送過來的電平能夠穩(wěn)定地輸入到單片機(jī)中，其電路主要由三極管的兩極放大穩(wěn)定電路組成。表1 系統(tǒng)功能表對(duì)象水位sw0sw1p1.0p1.1p3.0p3.1p3.2p3.3電機(jī)狀態(tài)led燈狀態(tài)低水位斷開斷開000011運(yùn)轉(zhuǎn)紅燈亮中水位導(dǎo)通斷開100101運(yùn)轉(zhuǎn)黃燈亮高水位導(dǎo)通導(dǎo)通1

8、11110停止綠燈亮出現(xiàn)故障斷開導(dǎo)通011000停止燈全亮2.1.5 設(shè)計(jì)原理圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及硬件設(shè)計(jì)，給出設(shè)計(jì)原理圖見附錄一。2.2 軟件設(shè)計(jì)2.2.1 程序結(jié)構(gòu)軟件的主體程序由start，restart，loop1，loop2和loop3構(gòu)成，還包含了一個(gè)延時(shí)0.5s的子程序delay。start作為p1.0和p1.1的初始化程序；restart作為整個(gè)程序循環(huán)的初始模塊；restart，loop1，loop2和loop3四個(gè)模塊都包含了對(duì)p1.0和p1.1與條件值比較的語句，值不相等時(shí)跳轉(zhuǎn)，值相等時(shí)順序執(zhí)行設(shè)置p3.0、p3.1、p3.2、p3.3輸出值以控制警示燈和電機(jī)的狀態(tài)，然后

9、是一個(gè)長(zhǎng)調(diào)用延時(shí)子程序的語句用以延時(shí)等待水位信號(hào)輸入，最后是一個(gè)長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)語句跳回循環(huán)初始模塊restart。2.2.2 程序設(shè)計(jì)流程圖根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給出程序流程圖如圖2所示。2.2.3 匯編程序根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、程序結(jié)構(gòu)與流程設(shè)計(jì)，編寫匯編程序見附錄二。圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖2.3 仿真結(jié)果操作說明如下：sw0斷開，sw1斷開，d7紅燈亮，電機(jī)運(yùn)行；sw0導(dǎo)通，sw1斷開，d8黃燈亮，電機(jī)運(yùn)行；sw0導(dǎo)通，sw1導(dǎo)通，d9綠燈亮，電機(jī)停止運(yùn)行；sw0斷開，sw1導(dǎo)通，d7、d8、d9閃爍，電機(jī)停止運(yùn)行；仿真結(jié)果圖見附錄三。3 總結(jié)該系統(tǒng)是基于在單片機(jī)系統(tǒng)由水位探測(cè)傳感器，穩(wěn)壓電路

10、，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，燈光報(bào)警電路組成的，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大控制功能和方便通信接口，實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、處理和報(bào)警等功能，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)控制能力。在設(shè)計(jì)過程中通過proteus仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)中存在的缺陷和不足，從而進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 王思明.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.科學(xué)出版社,2012.2 封志存.模擬電子技術(shù)m.蘭州大學(xué)出版社,2003.3 李積英.數(shù)字電子技術(shù)m.中國(guó)電力出版社,2011.附錄一 設(shè)計(jì)原理圖附錄二 匯編程序org 0000hstart: setb p1.0 setb p1.1restart:mov a,p1 anl a,#00000011b

11、 cjne a,#00h,loop1 ;當(dāng)檢測(cè)到低水位時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，亮紅燈 setb p3.2 setb p3.3 clr p3.0 clr p3.1 lcall delay ljmp restartloop1: cjne a,#01h,loop2 ;當(dāng)檢測(cè)到中水位時(shí)，保持電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，亮黃燈 setb p3.3 setb p3.1 clr p3.0 clr p3.2 lcall delay ljmp restartloop2: cjne a,#02h,loop3 ;系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)，三燈閃爍，停止電機(jī) setb p3.0 clr p3.3 clr p3.2 clr p3.1 lcall delay setb p3.3 setb p3.2 setb p3.1 lcall delay ljmp restartloop3: cjne a,#03h,restart ;當(dāng)檢測(cè)到高水位時(shí)，停止電機(jī)，亮綠燈 setb p3.1 setb p3.0 setb p3.2 clr p3.3