水塔水位確定版(正文)

1、目 錄 第1章 緒論11.1概述11.2設計要求及意義1第2 章 總體方案論證與設計22.1總體設計方案22.2系統(tǒng)組成2第3章 系統(tǒng)硬件設計33.1以8051單片機為例講解單片機的引腳及相關功能33.2水位檢測電路43.3水質(zhì)檢測電路4第4章 系統(tǒng)的軟件設計錯誤！未定義書簽。4.1 水位控制程序錯誤！未定義書簽。4.2水質(zhì)檢測程序74.3使用說明與注意事項9第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果分析105.1軟件調(diào)試105.2硬件測試10心得體會11參考文獻12附錄1程序13附錄2仿真效果圖19第1章 緒論一個應用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持

2、，尤其是微機應用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用mcs51匯編語言和結構化程序設計方法進行軟件編程。這個系統(tǒng)程序由主控程序、延時子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個系統(tǒng)程序的運行和跳轉(zhuǎn)。包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報警等。1.1概述水位控制在日常生活及工業(yè)領域中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位

3、變化情況報知主控室。然后主控室再開動電機進行給排水。很顯然上述重復性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本實驗采用兩種方法（單片機和時基集成電路）進行主控制，在水池上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應的電信號，主控臺應用單片微機或時基集成電路對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應的水位顯示、控制及故障報警等功能。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計

4、資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。1.2設計要求及意義 本次課程設計對我有以下意義: 通過這次課程設計，加深對單片機理論方面的理解。第2 章 總體方案論證與設計2.1總體設計方案 現(xiàn)系統(tǒng)的功能，一是水位控制電路，二是水質(zhì)檢測電路，并且對于整個系統(tǒng)我們采用順序控制。 首先進行水位控制，水位電路根據(jù)輸入不同的模擬量，轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量，經(jīng)過和設定的值進行比較，通過p1.2口對電機進行控制。水位控制電路完成其預定功能后，便自動轉(zhuǎn)到延時子程序，系統(tǒng)經(jīng)過一定的預定延時（本設計設定值為 10s）之后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行水質(zhì)檢測電路。檢測電路根據(jù)不同的模擬量的輸入

5、，轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)字量，經(jīng)過和設定的值進行比較后，由單片機產(chǎn)生不同的驅(qū)動信號，從而使對應的二極管發(fā)光，以顯示不同的水質(zhì)狀態(tài)。水質(zhì)檢測結束，系統(tǒng)自動返回到程序的入口處，繼續(xù)進行水位的檢測和控制。如此往復循環(huán)達到對水塔水位的自動控制和對水塔水質(zhì)的檢測和顯示，從而滿足水位和水質(zhì)的要求。2.2系統(tǒng)組成水位檢測電路可以通過兩個 51 單片機的管腳來感知水位的變化，產(chǎn)生不同的邏輯組合來控制是否進水或是停止進水。輸出端可由一個端口來控制電機的運行狀態(tài)，進而控制水泵的工作。 水質(zhì)檢測的電路主要由 a/d 轉(zhuǎn)換器組成。通過 a/d 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機，從而控制水質(zhì)狀況的顯示。本次設計采用 adc0808 芯

6、片。用 led 燈來顯示水位的高低。adc0808 有 8 路模擬量的輸入端口，本次設計只要用其中一個，8 路模擬開關無需進行切換選通。設計通過 a/d 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機，進而控制電機的運轉(zhuǎn)。本次設計采用可調(diào)電阻器來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調(diào)節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對比數(shù)字量來進行判斷水位的高低，不同顏色的信號指示燈顯示不同的水質(zhì)。進而通過輸出口對電機進行開關控制。第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1以8051單片機為例講解單片機的引腳及相關功能電源: vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端； 注：用萬用表測試單片機引腳電壓一般為0v或者5v，這是標準的ttl電平，但

7、有時候在單片機程序正在工作時候測試結果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這是萬用表的響應速度沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電壓仍保持在0v或者5v。 時鐘:xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ale/prog:地址鎖存允許/片內(nèi)eprom編程脈沖 ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址 prog功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 psen:外rom讀選通信號。 rst/vpd:復位/備用電源。 rst（reset）功能：復位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。 ea/

8、vpp:內(nèi)外rom選擇/片內(nèi)eprom編程電源。 ea功能：內(nèi)外rom選擇端。 vpp功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。 i/o線 80c51共有4個8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32個引腳。 p3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線） 5. p3口第二功能 p30 rxd 串行輸入口 p31 txd 串行輸出口 p32 int0 外部中斷0（低電平有效） p33 int1 外部中斷1（低電平有效） p34 t0 定時計數(shù)器0 p35 t1 定時計數(shù)器1 p36 wr 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通（低電平有效） 3.2水位

9、檢測電路 為了便于實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的浮子開關a,b模擬b、c端的狀態(tài)(1、0)，正電極接+5 v電源，每個負電極分別通過4.7 k的電阻(r1，r2)接地。將單片機的p1.0端口接開關b，p1.1端口接開關a。假設被水淹沒的負電極都為高電平，此時開關置1；露在水面的負電極都為低電平，開關此時置為0。單片機通過負電極重復采集檢測水位，當缺水時(此時兩個開關均置0)，電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平(此時開關b置1，開關a置0)；當水位過高時，檢測信號為高電平(此時開關a和b都置1)，單片機檢測到p1.0和p1.1為高電平后，立即停止電動機工作。3.3水

10、質(zhì)檢測電路水質(zhì)檢測電路主要由adc0808實現(xiàn),通過a/d轉(zhuǎn)換對比來判斷水質(zhì)的好壞。模擬量由模擬通道in0輸入，通過對可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)，模擬輸入不同的電壓量。數(shù)字量的輸出端與單片機的p0口相連接。單片機可通過對p0口數(shù)據(jù)的采集和處理，發(fā)出相應的控制信號。p3.0口和p3.6口通過邏輯或非門后，輸出端接start與ale端口。p3.0口和p3.7口也通過邏輯或非門后，輸出端接oe端。第4章 系統(tǒng)的軟件設計一個應用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復

11、雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單。以下為設計的具體程序4.1 水位控制程序圖4-1水位控制程序流程圖由以上流程圖，可以得出水位控制程序清單如下：org 0000h ajmp main org 0030h sjmp loop org 0050hmain: setb p1.0 clr p3.0 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait: jb p1.1,done1 ;檢測轉(zhuǎn)換是否完成 sjmp wait ;等待轉(zhuǎn)換完成done1 : clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 clr c subb a,#0f4h jn

12、c d1 mov a,p0 setb c subb a,#0003h jc d2 sjmp loop d1: clr p1.2 sjmp back d2: setb p1.2 sjmp back back: acall d10s sjmp loop4.2水質(zhì)檢測程序通過對水質(zhì)檢測電路圖的分析，做出以下水質(zhì)檢測程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2水質(zhì)檢測流程圖由以上流程圖，可以得出水質(zhì)檢查系統(tǒng)程序清單如下：org 0000h sjmp main org 0030main: clr p3.0 clr p3.6 acall delay ;調(diào)用延時子程序 setb p3.0 setb p3.6wait:

13、 jb p2.7,done ;轉(zhuǎn)換結束則轉(zhuǎn) sjmp wait ;未結束則等待done: clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 ;讀取數(shù)據(jù) clr c subb a,#0aah ;與設定值比較大小 jnc done1 ;大則轉(zhuǎn) mov a,p0 subb a,#55h ;與設定值比較大小 jnc done2 ;大則轉(zhuǎn) setb p1.5 ;控制紅燈亮 clr p1.6 clr p1.7 sjmp maindone1: setb p1.7 ;控制綠燈亮 clr p1.6 clr p1.5 sjmp maindone2: setb p1.6 ;控制黃燈亮 clr p1.5 clr

14、p1.7 sjmp maindelay: mov r5,#5 ;延時子程序dl1: mov r6,#10dl2: mov r7,#10 djnz r7,$ djnz r6,dl2 djnz r5,dl1 ret end 4.3使用說明與注意事項該電路設計比較簡單，功能穩(wěn)定，適合于實際的水塔水位控制中使用。作為一個很實用的自動控制裝置，為了工作人員的操作的方便，下面對其使用方法與注意事項作如下簡單描述：使用水質(zhì)和水位檢測和調(diào)節(jié)功能是一個完全自動的過程，不過仿真電路是需要人為改變輸入量的變化，在水位的輸入量就是通過浮標來改變輸入量電壓的大小，通過a/d轉(zhuǎn)換，利用浮力原理使浮標帶動觸頭工作,進而影響

15、直流接觸器動作,控制交流接觸器工作,實現(xiàn)水塔無水時自動開啟水泵電動機,水滿時自動關閉的自動控制目的，整個由單片機來實現(xiàn)對電機的調(diào)節(jié)。本次設計中的電機調(diào)節(jié)電路簡單的接了個5v的直流電機來實現(xiàn)控制。水質(zhì)檢測系統(tǒng)的輸入量是由一個能夠接受發(fā)光二極管的感光器來完成的。感光器對不同的水質(zhì)會感應處不同的電壓信號，這些不同的模擬電信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換。由單片機驅(qū)動相應的水質(zhì)指示燈，從而達到檢測水質(zhì)的目的。綠燈表示水質(zhì)為“良”，黃燈表示水質(zhì)為“中”，當指示器為紅色時，水質(zhì)等級為“差”，為保證人們的飲水安全，工作人員應立即停止供水再進行檢查確定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水質(zhì)檢測不是同時進行的，因為在軟件

16、上有一定的時間差，不過在水塔水位和水質(zhì)檢測這種對時間的精確度要求不高的場合，時間差可以忽略不計，一般它不會影響到系統(tǒng)的安全性能和時間特性。第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果分析5.1軟件調(diào)試本設計主要是用 proteus 軟件繪圖以及偉福軟件進行編程仿真的。調(diào)試步驟由兩個部分組成：首先，確定程序中錯誤的確切性質(zhì)和位置；然后，對程序代碼進行分析，確定問題的原因，并設法改正這個錯誤。具體地說，由以下步驟組成： 1.從錯誤的外部表現(xiàn)入手，確定程序中出錯的位置； 2.分析有關程序代碼，找出錯誤的內(nèi)在原因； 3.修改程序代碼，排除這個錯誤； 4.重復進行暴露了這個錯誤的原始測試以及某些回歸測試，以確保該錯誤確實

17、被排除且沒有引入新的錯誤；5.2硬件測試 對水塔水位自動控制系統(tǒng)測試的要求如下： 1. 必須保障單片機及單片機的外圍電路正常工作，給硬件電路提供符合要求的直流電源；保證上位機和單片機核心硬件系統(tǒng)的正常通訊；從而提供上位機正常工作的相應條件；保證監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控程序成功的下載到上位機內(nèi)部； 2.必須保證系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和相應的軟件系統(tǒng)能夠彼此的結合起來； 3.必須把系統(tǒng)的控制程序完整的下載到單片機當中，保障單片機的相應端口和外面的相應被控制設備正確連接。 4.按照自己編寫的程序來自己控制水塔里面的水位和水質(zhì)的情況，從而測試本系統(tǒng)是否能夠處于正常工作狀態(tài)。心得體會回顧起此次單片機課程設計，讓我感慨很多

18、，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多書本上所沒有學到過的知識。兩周以來，整日埋頭于電路程序的設計，分析，組裝，繪制，仿真，總結以及打印材料等工作，。其實一開始真不知道該從何入手，短短幾天內(nèi)，在各位老師的耐心知道和同學的幫助之下，開始在腦海里有了大致的模塊，就這樣整天埋在圖書館，面對電腦搜索資料，一塊一塊的電路慢慢拼成，于是又開始查找相關的資料，分析電路，根據(jù)自己的目的有效地編制程序，對比之下有進一步的完善，在形成電路大致模塊下又進一步盡可能的減小成本，知道最終電路以自己最理想的形式

19、出現(xiàn)。在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，單片機課程設計的重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺得寫好一個程序不是一件簡單的事情。通過這次實習，我真正學到了不少東西，真正體會到了理論聯(lián)系實際的重要性。課堂教學考慮到大多數(shù)同學的需求，主要強調(diào)基本知識，基本理論，基本方法，基本技能。而這次設計正是為我們提供了一個深入學習、探索的機會，成為課堂教學的有益補充。參考文獻1、 教材單片微型計算機技術 劉國榮 編 機械工業(yè)出版社2、 單片微型計算機原理、應用及接口技術 張迎新 編 國防工業(yè)出版社3、 單片機實用系統(tǒng)設計技術 房小翠 編 國防工業(yè)出版社4、單片機應用

20、系統(tǒng)設計 何立民 編 北航出版社5、單片機原理及接口技術 曹琳琳編 國防科技大學出版社附錄1程序org 0000hd5 equ 33h ;顯示緩存區(qū)33h-34hd6 equ 34hwei1 equ p1.3 ;位選端口p2.4-p2.7wei2 equ p1.4 ajmp main org 0030h sjmp loop org 0050hmain: setb p1.0 clr p3.0 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait: jb p1.1,done1 ;檢測轉(zhuǎn)換是否完成 sjmp wait ;等待轉(zhuǎn)換完成done1 : clr p3.0

21、 clr p3.7 mov a,p0 clr c subb a,#0f4h ;與最高位比較 jnc d1 mov a,p0 setb c subb a,#0003h ；與最低位比較 jc d2 sjmp loop d1: clr p1.2 sjmp back ；電機停轉(zhuǎn) d2: setb p1.2 sjmp back ；電機轉(zhuǎn)動 back: acall d10s sjmp loop d10s: mov r3,#19h loop3: mov r1,#85h loop1: mov r2,#0fh loop2: djnz r2,loop2 djnz r1,loop1 djnz r3,loop3 re

22、ti loop: mov a,p0 mov p2,a acall tran acall disp ;水位顯示 clr p1.0 clr p3.0 ;水質(zhì)檢測 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait1: jb p1.1,done ;檢測轉(zhuǎn)換是否完成 sjmp wait1 ;等待轉(zhuǎn)換完成done: clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 ;讀取p0口數(shù)字量 clr c subb a,#0aah ;與設定值#0aah比較 jnc a1 ;若a值大，則綠燈亮 mov a,p0 subb a,#55h ;與設定值055h比較 jnc a2 ;若a值大，則黃燈亮 setb p1.5 ;其余情況，則紅燈亮 clr p1.6 clr p1.7 sjmp maina1: se