(完整版)新基于51單片機的水塔水位檢測課程設計

1、目錄第1章緒論31.1概述31.2設計要求及意義3第2章總體方案論證與設計52.1總體設計方案52. 2設計要求及意義5第3章系統(tǒng)硬件設計63.1總體設計方案63. 2系統(tǒng)組成63.3 ADC0808的簡要介紹73. 4水位監(jiān)測電路8第4章系統(tǒng)的軟件設計114. 1水位控制程序114. 2水質檢測程序124.3 使用說明與注意事項14第5章系統(tǒng)調試與測試結果分析165.1軟件測試165.2硬件測試16結論17參考文獻18附錄1程序19附錄2仿真效果圖23水塔水位控制器第1章緒論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。自動檢測水位的檢測系統(tǒng)能根據(jù)水

2、位變化的情況自動調節(jié)。本次課題采用單片機進行主控制，利用水的導電性測量水位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，用單片機對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。1.1 概述隨著科學技術的發(fā)展，單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)，智能儀器和家用電器中得到廣泛應用。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中單片機往往是作為一個核心部件來使用。水塔水位控制系統(tǒng)的基本要求是能夠在無人監(jiān)控的情況下自動進行工作，在水塔中的水位到達水位下限時自動啟動電機，給水塔供水；在水塔水位達到水位上限的時候自動關閉電機，停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候能夠發(fā)出警報，以及時排除故障

3、，隨時保證水塔的對外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工業(yè)應用中經常見到的蓄水裝置，通過對其水位的控制對外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。不論社會經濟如何飛速，水在人們正常生活和生產中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及損失，從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時、準確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統(tǒng)的改造。從而實現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動控制有設計低成本、高實用價值的控制器。該設計采用分立的電路實現(xiàn)超高、低警戒水位處理實現(xiàn)自動控制而達到節(jié)能的目

4、的提高了供水系統(tǒng)的質量。1.2 設計要求及意義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。自動檢測水位的檢測系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的情況自動調節(jié)。本次課題采用單片機進行主控制，利用水的導電性測量水位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，用單片機對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。本次課程設計對我有以下意義:1通過這次課程設計，加深對單片機理論方面的理解。2掌握單片機的內部模塊的應用，如片內外存儲器、A/D轉換器等。3了解和掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設計和實現(xiàn)單片器應用系統(tǒng)打下良好基礎。4通

5、過簡單課題的設計練習，了解必須提交的工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。23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，轉換為不同的數(shù)字量，經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，便自動轉到延時子程序，系統(tǒng)經過一定的預定延時（本設計設定值為10S）之后，轉去執(zhí)行水質檢測電路。檢測電路根據(jù)不同的模擬量的輸入，轉換為不同的數(shù)字量，經過和設定的值進行比較后，由單片機產生不同的驅動信號，從而使對應的二

6、極管發(fā)光，以顯示不同的水質狀態(tài)。水質檢測結束，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的檢測和顯示，從而滿足水位和水質的要求。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。水質檢測的電路主要由A/D轉換器組成。通過A/D轉換為數(shù)字量作用于單片機，從而控制水質狀況的顯示。本次設計采用ADC0808芯片。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

7、無需進行切換選通。設計通過A/D轉換為數(shù)字量作用于單片機，進而控制電機的運轉。本次設計采用可調電阻器來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對比數(shù)字量來進行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。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 總體設計方案分析課題可知應分兩個電路來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，一是水位控制電路，二是水質檢測電路，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，轉換為不同的數(shù)字量，經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，便自動轉到延時子程序，系統(tǒng)

8、經過一定的預定延時（本設計設定值為10S）之后，轉去執(zhí)行水質檢測電路。檢測電路根據(jù)不同的模擬量的輸入，轉換為不同的數(shù)字量，經過和設定的值進行比較后，由單片機產生不同的驅動信號，從而使對應的二極管發(fā)光，以顯示不同的水質狀態(tài)。水質檢測結束，系統(tǒng)自動返回到主程序的入口處，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圖3-1硬件設計方框圖3.2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。水質檢測的電路主要由A/D轉換器組成。通過A/D轉換為數(shù)字量

9、作用于單片機，從而控制水質狀況的顯示。本次設計采用ADC0808芯片。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轉換為數(shù)字量作用于單片機，進而控制電機的運轉。本次設計采用可調電阻器來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對比數(shù)字量來進行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。進而通過輸出口對電機進行開關控制。3.3 ADC0808的簡要介紹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。ADC0808的8路模擬輸入8路

10、數(shù)字輸出的逐次逼近法A/D器件。其主要技術指標和特性為：(1) .分辨率為8位。(2) .轉換時間取決于芯片時鐘頻率。本次單元電路仿真采用640KHZ的時鐘方波信號。(3) .單一電源+5V。模擬輸入電壓范圍單極性0-5V，雙極性土5V或土10V。本次課程設計由于只有一個模擬輸入量，且電壓變化都為正值，故采用單極性電源接法。(4) .啟動轉換控制方式為脈沖式(正脈沖)，上升沿使內部所有寄存器清“0”，下降沿使A/D轉換開始。主要管腳說明：CLK:為時鐘信號輸入端，決定A/D轉換的速度，轉換一次為64各時鐘周期。ALE:地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，

11、譯碼選通對應模擬通道。START:為啟動轉換信號，正脈沖有效。此信號通常與系統(tǒng)信號相連，控制AD轉換器的啟動。EOC:轉換結束信號，高電平有效，表示一次AD轉換已完成?？勺鳛橹袛嘤|發(fā)信號，也可用程序查詢的方法檢測轉換是否結束。OE:輸出允許信號，高電平有效，可與系統(tǒng)讀選通信號相連。當計算機發(fā)出此信號時，ADC0808的三態(tài)門被打開，此時可通過數(shù)據(jù)線讀到正確的轉換結果。DC0808的邏輯結構及引腳功能如圖3-3所示3.4 水位檢測電路模擬量由模擬通道IN1輸入，通過對可調電阻的調節(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

12、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。通過對PO的信號和設定的數(shù)值比較，得出水位的高低而通過P1.2口對電機進行控制。同時P0口的信號轉入P2口，通過LED燈的顯示來顯示水位的高低，燈光的不同來表示水塔的水位狀態(tài)。電路連接圖如圖3-4所示。F1HP1F1IP1JF1.kF15P1JSF1.1FQJVAJDFD.IIdFUMESFCMH3FE3I耳FEMEFDAAIEFC.T甌F2AWSFZ.IiFZZACPZ3AI1FZjfTACP23L口FZSAhFZ3YAU5-壬迪33T：d35pH3Z!”23

13、9.|Z+B*STflV2infhiwdL12FSTB-F3.4TGP3STT1F3SRJRFQlEh.7S：£I:TE：-X：L0CKSTARTIIQIIIIIIBOO1130IT1in115QITZIRGQIT31110IT4.aitsADDAaeTiADD9ait?AbDCqiteALEQEVP-B=Hl/FE陽1SlaHZ1Z2JJ'If'T<2n圖3-4電路連接圖3.5水質檢測電路水質檢測電路主要由ADC0808實現(xiàn)，通過A/D轉換對比來判斷水質的好壞。模擬量由模擬通道IN0輸入，通過對可調電阻的調節(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

14、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。由于只需采用一個模擬輸入通道（IN0）,故可將模擬通道地址選擇端都就地，這樣，轉換出的數(shù)字量便全部為IN0口的模擬量的對應值。輸出端為Pl.5、Pl.6、P1.7，分別接一發(fā)光二極管，用以顯示不同的水質的狀態(tài)。電路連接圖如圖3-5所示。f-1-.匚RVSTAL353a3332ClXTAL1pndjwdoPHpna«D2PQ4f*D4PO叫EPO6C6FSTPO7ffiD7P2DJABP2J

15、JA9P2.2?A1DPSENP2.3i'A11ALEFa.-nrAiEEZ-P2.WI31=2.715P10PJOiFIKDP11P31HKDP1.2F3.2HTDP14FS.-UiTtlP15P3占P16P1.7旳泗乏P3.7rf?rrAraacei-text-.U2A'垃、>.刃眄LL-1±-1*GL0GHSTPTEOCOUT1OUT2OUTSUT4QUT5QDDAOUT6DDBOUT7aCCCOUT8VREFf-r)OEVREF(-1心WOE<Tf：KT圖3-5電路連接圖第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

16、。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水位控制程序通過對水位控制電路圖的分析，做出以下水位控制程序流程圖如圖4-1所示。啟動A.D存魏AP2電機停轉心電機轉動屮圖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：ORG0000HAJMPMAINORG0030HSJMPLOOPORG0050HMAIN:SETBP1.0CLRP3.0CLRP3.6ACALLDELAYSETBP3.0SETBP3.6W

17、AIT:JBP1.1,DONE1;檢測轉換是否完成SJMPWAIT;等待轉換完成DONE1:CLRP3.0CLRP3.7MOVA,P0CLRCSUBBA,#0F4HJNCD1MOVA,P0SETBCSUBBA,#0003HJCD2SJMPLOOPD1:CLRP1.2SJMPBACKD2:SETBP1.2SJMPBACKBACK:ACALLD10SSJMPLOOP4.2 水質檢測程序通過對水質檢測電路圖的分析，做出以下水質檢測程序流程圖如圖4-2所示。啟動妙殍瀆歎止一FJY水質無綠燈亮外質中，甸T憑水質堂紅燈亮圖4-2水質檢測流程圖由以上流程圖，可以得出水質檢查系統(tǒng)程序清單如下:ORG0000H

18、SJMPMAINORG0030MAIN:CLRP3.0CLRP3.6ACALLDELAY;調用延時子程序SETBP3.0SETBP3.6WAIT:JBP2.7,DONE；轉換結束則轉SJMPWAIT；未結束則等待DONE:CLRP3.0CLRP3.7MOVA,P0；讀取數(shù)據(jù)CLRCSUBBA,#0AAHJNCDONE1MOVA,P0SUBBA,#55HJNCDONE2SETBP1.5CLRP1.6CLRP1.7SJMPMAINDONE1:SETBP1.7CLRP1.6CLRP1.5SJMPMAINDONE2:SETBP1.6CLRP1.5CLRP1.7SJMPMAIN;與設定值比較大小;大則轉

19、;與設定值比較大小;大則轉;控制紅燈亮;控制綠燈亮;控制黃燈亮;延時子程序DELAY:MOVR5,#5DL1:MOVR6,#10DL2:MOVR7,#10DJNZR7,$DJNZR6,DL2DJNZR5,DL1RETEND4.3 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：使用水質和水位檢測和調節(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轉換，利用浮力原理使浮標帶動觸頭工作,進而

20、影響直流接觸器動作,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)對電機的調節(jié)。本次設計中的電機調節(jié)電路簡單的接了個5V的直流電機來實現(xiàn)控制。水質檢測系統(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會感應處不同的電壓信號，這些不同的模擬電信號經過A/D轉換。由單片機驅動相應的水質指示燈，從而達到檢測水質的目的。綠燈表示水質為“良”，黃燈表示水質為“中”，當指示器為紅色時，水質等級為“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檢測不是同時進行的，因為在

21、軟件上有一定的時間差，不過在水塔水位和水質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)調試與測試結果分析5.1 軟件調試本設計主要是用proteus軟件繪圖以及偉福軟件進行編程仿真的。調試步驟由兩個部分組成：首先，確定程序中錯誤的確切性質和位置；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

22、被排除且沒有引入新的錯誤；5.2 硬件測試這個電路是在老師指導下設計的，電路的實際在理論上完全行得通，不過接線是設計中最關鍵的一步，我的接線員則是從全局出發(fā)，逐個模塊鏈接調試，最后總體調試，在這個指導思想下，我的安裝還算是成功的。逐個模塊連接在調試，可以為總體調試省去很多時間，只要每個模塊，正常運行，幾個模塊通過紙質總線連接之后，就不會出現(xiàn)太大問題了。結論隨著科學技術的迅猛發(fā)展，單片機被廣泛應用于人們生活的各個領域，社會需要大量掌握單片機技術的人才，單片機的使用方法應該是我們熟練掌握的內容，水塔水位的單片機控制系統(tǒng)水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應用。通過這次的課程設計，理論加上

23、實踐，我掌握了80C51單片機的基本工作原理和基本編程方法，熟悉了A/D轉換器ADC0808的功能和使用方法，還可以根據(jù)需要對單片機進行擴展。在此過程中我還熟悉了單片機的軟硬件開發(fā)環(huán)境，提高了綜合演練單片機的編程能力，并且親身體驗了單片機的開發(fā)成果。此次課程設計之后，我對單片機知識點了解了更多，腦海中能把一個個分離的知識模塊聯(lián)系成整體，讓后對其進行分析與比較。在單片機課程中的部分知識學會了融會貫通，也讓我深刻認識到“學以致用”的重要性。參考文獻1 李川，汪秋蒙.ISP技術的原理及實現(xiàn)方法J.科技資訊.2007,35期：93-94.2 Philips.74HC595.datasheet.Phil

24、ipsSemiconductors.2003Jun25周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設計與仿真M.北京航空航天大學出版社.2005.4張毅剛單片機原理及應用M.高等教育出版社.2003:160-190.彭介華電子技術課程設計指導J.北京:高等教育出版社,1997.周向紅.51系列單片機應用于實踐教程M.北京航空航天大學出社.2005:75-73附錄1程序ORG0000HD5EQU33HD6EQU34H;顯示緩存區(qū)33H-34HWEI1EQUP1.3WEI2EQUP1.4;位選端口P2.4-P2.7AJMPMAINORG0030HSJMPLOOPORG0050HMAIN:SET

25、BP1.0CLRP3.0CLRP3.6ACALLDELAYSETBP3.0SETBP3.6WAIT:JBP1.1,DONE1SJMPWAITDONE1:CLRP3.0CLRP3.7MOVA,P0CLRCSUBBA,#0F4HJNCD1MOVA,P0SETBCSUBBA,#0003HJCD2SJMPLOOPD1:CLRP1.2SJMPBACKD2:SETBP1.2SJMPBACKBACK:ACALLD10SSJMPLOOP;檢測轉換是否完成;等待轉換完成;與最高位比較；與最低位比較；電機停轉；電機轉動D10S:MOVR3,#19HLOOP3:MOVR1,#85HLOOP1:MOVR2,#0FHLOOP2:DJNZR2,LOOP2DJNZR1,LOOP1DJNZR3,LOOP3RETILOOP:MOVA,P0MOVP2,AACALLTRANACALLDISP;水位顯示CLRP1.0CLRP3.0;水質檢測CLRP3.6ACALLDELAYSETBP3.0SETBP3.6WAIT1:JBP1.1,DONE;檢測轉換是否完成SJMPWAIT1;等待轉換完成DONE:CLRP3.0CLRP3.7MOVA,P0;讀取P0口數(shù)字量CLRCSUBBA,#0AAH;與設定值#OAAH比較JNCA1;