簡易高塔水位控制系統(tǒng)

1、本科畢業(yè)論文(設計)題目: 簡易高塔水位控制系統(tǒng) 學院： 班級： 姓名： 指導教師： 職稱： 完成日期： 2013 年 05 月 18 日簡易高塔水位控制系統(tǒng)摘 要：本文就生活中常見的高塔存水不方便的問題，設計了一個簡易水位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機為主要控制芯片，并搭配水位傳感器電路，穩(wěn)壓電路，單片機AT89C52，電機開關電路，LED燈示警電路和電機，組成了簡單可行的一個水位控制系統(tǒng)，解決了生活中的一些問題。在文中，詳細介紹了水位控制系統(tǒng)的工作原理，并闡述了它的基本組成和軟硬件設計方法，最后，對該系統(tǒng)做出評價和討論。關鍵詞：單片機，水位，控制目 錄1、緒論- 1 -2、水位控制系統(tǒng)的基本功能

2、及原理- 2 -2.1、基本功能- 2 -2.2、簡易水位控制系統(tǒng)原理- 2 -2.2.1、水位檢測傳感器電路- 3 -2.2.2、穩(wěn)壓電路- 3 -2.2.3、單片機AT89C52- 5 -2.2.4、LED示警電路- 5 -2.2.6、設計原理圖- 7 -2.3、系統(tǒng)軟件總體方案- 7 -2.4、系統(tǒng)程序流程圖- 8 -2.5、系統(tǒng)匯編程序- 9 -3、系統(tǒng)仿真- 10 -3.1、程序編譯和加載- 10 -3.2、系統(tǒng)仿真- 10 -4、結束語- 15 -參考文獻- 16 -1、緒論 所謂的單片機，就是把中央處理器CPU,存儲器，定時器，I/O接口電路等一些計算機的一些主要功能部件集中在一

3、塊集成電路芯片上的微型計算機。雖然說，單片機僅僅是一塊電路芯片，但是，從組成上，我們不難看出，它具有了微型計算機的含義。只要我們對單片機有些許的了解，我們就能發(fā)現(xiàn)，單片機把繁雜的微型計算機各個部件集成在了一塊芯片上，不僅僅只是體積上的縮小，更重要的是它大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號的傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度，這樣就使這一塊不是很大的芯片可以完成許多以前不可想象的工作。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小，速度快，價格低廉，低功耗的特點使它在應用領域日益廣泛。大學四年如白駒過隙，匆匆流逝，在畢業(yè)的時候，我們要寫畢業(yè)論文。當我拿上論文范圍時，我眼前一亮，我要用我所學的知識來造福我們

4、老百姓自己。經(jīng)過我的調(diào)查，我發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在隨著新中國的發(fā)展，自來水用戶通入千家萬戶了。每家每戶在方便用水的同時，也有一個比較麻煩的問題蓄水。是啊，這個“隨叫隨到”的自來水當自來水公司或別的什么原因出現(xiàn)問題時，我們?nèi)绾斡盟?？如何保證生活？高塔存水！高塔存水是指在樓房頂層安置一個能存儲大量生活用水的高塔，平時保證上面有水，當停水時，就可以救急了。然而，這個也是有所不足，由于是人工加水，人們看不見水位，導致了加水時看不見水位而加多了溢出水塔，或是人們在不知不覺中用完水了卻不知道，急用水時卻沒有水了，十分不便。這時，我就想起了單片機，用單片機制作一個簡易的水位控制系統(tǒng)，既簡單可行的解決了日常生活中這個比較嚴

5、重的問題，又可以讓我大學四年所學知識付諸實踐。這樣兩全其美的事情，我何樂而不為？所以，經(jīng)過與指導老師討論研究以后，我決定把簡易水位控制系統(tǒng)作為我這次畢業(yè)設計的課題，并在指導老師的指導幫助下完成了本次畢業(yè)設計。2、水位控制系統(tǒng)的基本功能及原理2.1、基本功能本設計是采用AT89C52單片機為核心芯片,及其相關硬件來實現(xiàn)的水位控制系統(tǒng)。我首先設計了一個水位探測傳感器電路，在用水位探測傳感器測液位的同時,為了防止水導電等一系列的影響因素影響高低電平，用一個穩(wěn)壓電路為AT89C52單片機提供穩(wěn)定的高低電平。當穩(wěn)定的高低電平經(jīng)過單片機時，單片機就會控制LED各個燈的亮滅以及電機的開關。從而達到水位控制的

6、目的。設計中水位檢測電路探測到低水位以后穩(wěn)壓電路會給單片機一個高電平，此時，單片機會及時給燈光示警電路傳送一個低水位的信號，使其亮起代表低水位的紅燈，同時，給電機開關電路一個電機加水的信號此時，電機加水；當加到一半的水時燈光示警電路黃燈亮，電機繼續(xù)加水；當加到高水位時，單片機給燈光示警電路一個高水位的信號，使其亮起綠燈，電機停止加水。當出現(xiàn)三燈同時亮起閃爍警示的情況時，表示出現(xiàn)故障，電機將會停止工作。2.2、簡易水位控制系統(tǒng)原理本設計的簡易水位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖。如圖1所示。電機電機開關電路單片機AT89C52穩(wěn)壓電路水位檢測傳感電路LED燈示警電路 圖1 水位控制系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖 它由水位檢

7、測傳感器電路，穩(wěn)壓電路，單片機AT89C52，電機開關電路，LED燈示警電路和電機組成。水位檢測傳感電路負責檢測水的多少，穩(wěn)壓電路負責給單片機提供穩(wěn)定的電壓，經(jīng)過單片機的控制后，電機開關電路將會打開或關閉電機，此時并有LED示警電路的示警燈告知控制人。各個部分相互協(xié)調(diào)，缺一不可，完成水位控制的工作。2.2.1、水位檢測傳感器電路 單片機的水位檢測傳感器電路原理如圖2所示： 圖2 水位檢測傳感器電路圖中有ABC三點并且AC兩點上畫有虛線，這個代表了此傳感器電路的三個水位低水位、中水位、高水位，這個用來指導電機的加水。ABC三個位固定不變的三根到小金屬棒。當處于低水位時，傳感電路會給單片機一個高電

8、平，此時電機加水，由于水是導電的，單片機控制電機轉動，隨著供水，水位不斷上升當水位上升到上限水位時，B棒和C棒之間有5V的電壓。2.2.2、穩(wěn)壓電路由于加水時水的震動或是水中雜質等的各種原因，水位檢測傳感電路傳給單片機的將會是不平穩(wěn)的電壓，這個時候，增加個穩(wěn)壓電路可以保證由水位檢測電路傳過來的電平平穩(wěn)，從而不會影響到單片機的判斷。這個穩(wěn)壓電路主要是由兩個三極管和一個二極管以及一些電阻組成。表1給出穩(wěn)壓系統(tǒng)功能表。表1穩(wěn)壓系統(tǒng)功能表SW0SW1P1.0P1.1P3.0P3.1P3.2P3.3電機狀態(tài)LED狀態(tài)低水位斷開斷開000011運轉紅燈亮中水位導通斷開100101運轉黃燈亮高水位導通導通1

9、11110停止綠燈亮故障斷開導通011000停止全部亮 我們所設計的穩(wěn)壓電路如圖3所示圖3穩(wěn)壓電路圖 設計的這個穩(wěn)壓電路目的是從水位傳感器電路傳來的電平能夠平穩(wěn)的輸入到單片機中，其工作過程是把傳來的電平輸入給R1，如果輸入是高電平則R3，D1，Q1,Q2導通，把低于1.4V的低電平送給單片機；如果是低電平，則R3，D1，Q1，Q2不能導通而是R2導通，把高于1.4V的高電平送給單片機。2.2.3、單片機AT89C52 (a)AT89C52引腳圖 (b)AT89C52封裝圖圖4 圖4給出了AT89C52的（ a）引腳圖與(b)封裝圖。89C52基本組成(1) 一個8位89C52中央處理器CPU。

10、 (2) 存儲器 ：單片機的存儲器有兩種基本結構：一種是普林斯頓結構；另一種是哈佛結構。目前的單片機以哈佛結構為多，有程序存儲器(RAM)和數(shù)據(jù)存儲器（ROM）。 (3) 并行I/O口：用于并行輸入/輸出數(shù)據(jù)，包括P0口、P1口、P2口、P3口（共32線）。 (4) 串行I/O口 ：包括1個全雙工串行I/O口，可以實現(xiàn)單片機之間或單片機與PC機之間的串行通信。 (5) 定時器/計數(shù)器 ：包括2個16位定時器/計數(shù)器，用于對外部事件的計數(shù)或定時 (6) 定時電路及元件 89C52 CPU（8位）(1) 中央處理器（CPU）是微機的核心部件,由運算器、控制器和工作寄存器及時序電路等部件組成。 運算

11、器主要用來實現(xiàn)對操作數(shù)的算術邏輯運算和位操作。主要包括算數(shù)邏輯運算單元ALU、累加器ACC(A)、暫存寄存器、B寄存器、程序狀態(tài)標志寄存器PSW以及碼運算修正電路等。 控制器識別和處理程序指令根據(jù)指令性質控制計算機各組成部件行工作的部件它與運算器一起構成中央處理器，并協(xié)調(diào)各邏輯部件按一定時序工作。程序計數(shù)器PC：PC(Program Counter)是中央控制器中最基本的寄存器，是一個獨立的計數(shù)器，存存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址。(2) CPU執(zhí)行程序的簡要過程：1)PC給出當前指令的存儲地址。2)CPU到存儲器取指令，PC自動加13)指令譯碼器對指令譯碼，CPU執(zhí)行指令。4

12、)CPU到存儲器取指令，PC=PC+1。5)CPU執(zhí)行下一條指令， 指令寄存器程序存儲器地址程序代碼PC=0000H 指令代碼1 PC=0001H 指令代碼2 PC=0002H 指令代碼3 N 指令代碼n 注釋：PC是一個16位的計數(shù)器，故而可對64KB的程序存儲器直接尋址。用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。2.2.4、LED示警電路 本文所設計的LED示警電路如圖5所示。它是一個共陽極電路，由三只發(fā)光二極管和三只電阻組成。當單片機給示警電路一個低電平時，發(fā)光二極管點亮，其中R14，R15，R16起限流作用三個發(fā)光二極管從上到下依次是紅黃綠。圖5 LED示警電路圖2.2.5、電機

13、開關電路 本文所設計的電機開關電路如圖6所示。它是一個光電耦合電路，它由繼電器，光電耦合器，水泵及若干電阻組成，當單片機給2口一個高電平信號時通過光電耦合器導致繼電器閉合，從而讓220V交流電流通過使電機加水。圖6 電機開關電路圖2.2.6、設計原理圖 根據(jù)系統(tǒng)原理圖以及各部分的功能圖，我們設計出了該水位控制系統(tǒng)的設計方案和硬件設計，并給出設計原理圖，如圖7所示。 圖7 設計原理圖2.3、系統(tǒng)軟件總體方案 本系統(tǒng)主要是由START，RESTART，LOOP1，LOOP2，LOOP3構成的，另外他有一個DELAY0.5S的延時子程序，START初始化P1.0和P1.1，RESTART則初始化整個

14、程序。RESTART，LOOP1，LOOP2，LOOP3分別比較P1.0和p1.1，當他們相同時，單片機順序執(zhí)行P3.0，P3.1，P3.2， P3.3的輸出值，用以控制電機工作和警示燈的亮滅，隨后用了延時程序的語句用以延時等待信號的輸入，隨后等待長跳轉語句等待RESTART初始化模塊，當他們不同時跳轉。2.4、系統(tǒng)程序流程圖這是一個簡易水位控制系統(tǒng)，各個電路在單片機的控制下，有條不紊的工作著。當系統(tǒng)工作開時，單片機會初始化；在電路的控制下，當P1口得到#00H信號時，說明是低水位，紅燈亮，單片機將命令電機抽水，完了延時五秒，重新掃描；當P1口得到#01H時，是中水位，黃燈亮，電機將繼續(xù)抽水，

15、完了延時五秒，重新掃描；當信號是#03H時，說明到達了高水位，電機將停止抽水完了延時五秒，重新掃描；當?shù)玫?02H時，說明遇見故障，三個燈將會都亮起來完了延時五秒，重新掃描。延時五秒電機停止抽水 黃燈亮電機停止抽水 三個燈全部亮電機抽水 綠燈亮電機抽水 紅燈亮P1=#03HP1=#02HP1=#01HP1=#00H初始化開始重新掃描2.5、系統(tǒng)匯編程序ORG 0000H START: SETB P1.0 SETB P1.1 RESTART: MOV A,P1 ANL A,#00000011B CJNE A,#00H,LOOP1 在低水位之下，開啟電動機，亮紅燈 SETB P3.2 SETB P

16、3.3 CLR P3.0 CLR P3.1 LCALL DELAY LJMP RESTARTLOOP1: CJNE A,#01H,LOOP2；當超過低水位，并且未達到高水位時，保持電動機轉動，亮綠燈 SETB P3.2 SETB P3.1 CLR P3.0 CLR P3.3 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP2: CJNE A,#02H,LOOP3;系統(tǒng)故障（達到高水位，卻沒達到低水位）紅，黃，綠燈均閃爍 SETB P3.0 CLR P3.3 CLR P3.2 CLR P3.1 LCALL DELAY SETB P3.3 SETB P3.2 SETB P3.1 LCAL

17、L DELAY LJMP RESTARTLOOP3: CJNE A,#03H,RESTART； 當達到高水位時，停止電動機，亮黃燈 SETB P3.1 SETB P3.0 SETB P3.3 CLR P3.2 LCALL DELAY LJMP RESTARTDELAY: MOV R0,#250 DELAY3: MOV R1,#200 DELAY2: MOV R2,#5DELAY1: DJNZ R2,DELAY1 DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R0,DELAY3 RET END 3、系統(tǒng)仿真3.1、程序編譯和加載 利用keil C51軟件編譯源程序，在菜單上選擇outputcreate

18、 hex，生成目標代碼文件。將編譯調(diào)試成功的源程序生成可供單片機加載的HEX文件加載到芯片中，設單片機的晶振頻率為12MHZ。3.2、系統(tǒng)仿真利用multisim，實現(xiàn)電路仿真。下圖為穩(wěn)壓電路仿真圖，用模擬信號發(fā)生器代替輸入信號，輸出信號直接在示波器顯示。圖8給出輸入信號為方波時的仿真圖。圖8從圖8可以看出，當輸入不穩(wěn)定信號時，穩(wěn)壓電路可以很好的完成所設計的任務。圖9為LED示警電路仿真圖，用模擬信號發(fā)生器代替輸入信號，等為仿真結果。 （a）(b)(c)圖9如圖9所示，當給LED燈高電平時，LED2能發(fā)出紅燈(a)，LED3能發(fā)出綠燈（b），LED1能發(fā)出黃燈(c)。圖10給出為低水位狀態(tài)仿真

19、圖圖10圖11為正常水位時仿真圖圖11圖12為出現(xiàn)故障時仿真圖圖12 從圖12可以看出，當出現(xiàn)故障時，警示燈三個全部亮起來，電機將停止工作。3、系統(tǒng)仿真結果分析在multisim環(huán)境下,運行水位控制系統(tǒng)以及的各個部分，我們發(fā)現(xiàn)，當水位處于較低水位區(qū)時,紅燈亮,單片機帶動電機運動電機加水；隨著水位上升,電機仍處于運行狀態(tài),綠燈亮，當水位到達高位時,黃燈亮,水泵會停止運行。隨著水位不斷下降,此時,水泵處于停止狀態(tài),當水位到達低位時,水泵起動,然后重復以上過程。上述仿真表明了，本設計達到了預期的設計目標，實現(xiàn)水位自動控制。4、結束語經(jīng)過我一個多月的學習并制作，我學習到了許多以前不會的東西，并懂得了許

20、多以前不太會的知識，這個，讓我受益匪淺，并對我以后的學習和工作有著很重要的作用。在這一個月里，我又重新認真學習了單片機，電路，multisim等知識，既復習了以前學過的知識，又掌握了新的知識，并練習了動手動腦能力。在制作簡易水位控制系統(tǒng)中，我有成功，有失敗，有汗水，有喜悅，但最重要的不是我在其中學到了什么知識，而是我學會了如何去收集信息，懂得了干什么事都要大膽假設，小心論證。所以說，我學到的不僅僅是知識，更重要的是做人的道理?？傊@次的畢業(yè)設計讓我收獲頗豐，同時也讓我發(fā)現(xiàn)了我自身的不足。我將用我這次畢業(yè)設計中所發(fā)現(xiàn)的哲理，去締造我自己美好的明天。參考文獻1 王文琦.工業(yè)鍋爐的檢測與控制技術

21、成都:四川科學技術出版社,1986.2 王驥程.化工過程控制工程 北京:化學工業(yè)出版社,1981.3 謝自美.電子線路設計、實驗與測試 .華中科技大學出版社，2003.4 楊國志,王立峰,楊東光,.實用電子制作實例 .福建科學技術出版社，2000.5 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理及用 電子工業(yè)出版社，2000.6 王永平，陳建華.基于S7200PLC的高性能電熱鍋爐控制系統(tǒng) 儀表技術與傳感器,2002.7 潘新民,王艷芳微.型計算機控制技術 .高等教育出版社，2002.8 侯玉寶、陳忠平、李成群、基于proteus的51系列單片機設計與仿真，2010.9 李朝青，單片機原理及接口技術 北京航空航天出版社，2011.10 李光飛,樓然苗.單片機課程設計實例指導.北京航空航天大學出版社，2004.11 李明,徐向東.用容錯技術提高鍋爐控制系統(tǒng)的可靠性.清華大學學報,1999.12 吳春旺.鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設計.北京:機械工業(yè)出版社,2006. Simple Water Level Control SystemAbstract