單片機(jī)水位檢測(cè)

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 1\o"CurrentDocument"2設(shè)計(jì)方案及原理 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)原理 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)方案 2\o"CurrentDocument"3硬件設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"時(shí)鐘電路和手動(dòng)復(fù)位電路 3\o"CurrentDocument"水位檢測(cè)接口電路、故障報(bào)警電路 3\o"CurrentDocument"存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口電路 4\o"CurrentDocument"4軟件設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"程序流程圖 4\o"CurrentDocument"運(yùn)行結(jié)果 5\o"CurrentDocument"5總結(jié) 7\o"CurrentDocument"6參考文獻(xiàn) 7\o"CurrentDocument"7附錄 71引言隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便與生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了我們的生活，單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支，具有高可靠性、高性能價(jià)格比、低電壓、低功耗等優(yōu)勢(shì)，以其為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)贏得了廣泛的應(yīng)用。該課程設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的水塔水位控制，在此水塔水位控制系統(tǒng)中，檢測(cè)信號(hào)來(lái)自插入水中的3個(gè)金屬棒，以感知水位變化情況。工作正常情況下，應(yīng)保持水位在某一范圍內(nèi)，當(dāng)水位變化發(fā)生故障的時(shí)候，及時(shí)關(guān)斷電機(jī)電源，發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。其目的在于對(duì)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，使水塔內(nèi)水位始終保持在一定范圍，以保證連續(xù)正常地供水。該課程設(shè)計(jì)給出以AT89C51單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測(cè)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水位的檢測(cè)控制、處理和報(bào)警等功能，并在Proteus軟件環(huán)境下模擬仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測(cè)控制功能，可移植性和擴(kuò)展性好。2設(shè)計(jì)方案及原理設(shè)計(jì)原理單片機(jī)水塔水位控制原理如圖1所示，圖中虛線表示容許水位變化的上下線，在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍之內(nèi)。其中A棒處于下限水位，C棒處于上限水位，B棒在上下水位之間。A棒接+5V電源，B棒、C棒各通過一個(gè)電阻與地相連。圖1水塔水位控制原理圖水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到對(duì)水位控制之目的。供水時(shí)，水位上升，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，B、C棒連通+5V。因此，b，c兩端均為1狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵的工作，不再給水塔供水。當(dāng)水位處于上下限之間時(shí)，B棒與A棒導(dǎo)通。因C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為1狀態(tài)，c端為0狀態(tài)。這時(shí)，無(wú)論是電機(jī)已在帶動(dòng)水泵給水塔加水，水位在不斷上升；或者是電機(jī)沒有工作，用水使水位在不斷下降。都應(yīng)繼續(xù)維持原有的作

狀態(tài)。當(dāng)水位降到下限時(shí)，B，C棒都不能與A棒導(dǎo)電，因此，b，c兩端均為0狀態(tài)。這時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)水泵工作，給水塔供水。設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)為一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系統(tǒng)中，檢測(cè)信號(hào)來(lái)自插入水中的3個(gè)金屬棒，以感知水位變化情況。工作正常情況下，應(yīng)保持水位在某一范圍內(nèi)，當(dāng)水位變化發(fā)生故障的時(shí)候，及時(shí)關(guān)斷電機(jī)電源,發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。水塔水位的硬件原理圖如圖2所示。 ”嘲m rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒絲欣《圖2硬件原理圖用其蟠rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒絲欣《圖2硬件原理圖用其蟠&nlwP2S3JD時(shí):洶IftLwiiP2*3M3一號(hào)手F4尋一.“FH漕玉圖2中的硬件和主要控制信號(hào)分析如下:⑴使用8031單片機(jī)。由于8031沒有內(nèi)部ROM,因此需外擴(kuò)展ROM,作為程序存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)采用2732構(gòu)成4KB的外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。74LS373作為地址鎖存器。⑵兩個(gè)水位信號(hào)由和輸入，這兩個(gè)信號(hào)共有四種組合狀態(tài)，如圖7—10，其中10狀態(tài)正常情況下是不可能發(fā)生的，但在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。⑶控制信號(hào)由輸出，去控制電機(jī)，并串聯(lián)一個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與否。⑷由輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管和一只蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。3硬件設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)主要有CPU（AT89C51）、水位檢測(cè)接口電路、報(bào)警接口電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩等部分組成。時(shí)鐘電路和手動(dòng)復(fù)位電路

時(shí)鐘電路和手動(dòng)復(fù)位電路如圖3時(shí)鐘電路和手動(dòng)復(fù)位電路如圖3所示。圖3時(shí)鐘電路和外部手動(dòng)復(fù)位電路圖3中，在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度就快，同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的速度也高。復(fù)位電路的成功與否，關(guān)系到一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位方式，是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。水位檢測(cè)接口電路、故障報(bào)警電路水位檢測(cè)接口電路、故障報(bào)警電路如圖4所示。圖4水位檢測(cè)接口電路、故障聲光報(bào)警電路圖4中，為了便于水位檢測(cè)，在實(shí)際仿真過程中用一個(gè)兩位的撥碼開關(guān)模擬b、c端的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)水位狀態(tài)的四種組合，如圖所示7—10。正電極接和口，每個(gè)負(fù)電極分別通過的電阻接地，將單片機(jī)的口接開關(guān)1，口接開關(guān)2。單片機(jī)通過負(fù)電極重復(fù)采集檢測(cè)水位，當(dāng)缺水時(shí)（此時(shí)兩個(gè)開關(guān)均置0），電機(jī)必須帶動(dòng)水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)，檢測(cè)信號(hào)為高電平，此時(shí)開關(guān)1置1，開關(guān)2置0；當(dāng)水位過高時(shí)，檢測(cè)信號(hào)為高電平，此時(shí)開關(guān)1和開關(guān)2都置1，單片機(jī)檢測(cè)到和為高電平后，立即停機(jī)。為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，水位失去控制造成嚴(yán)重后果，在超出和低于警戒線水位時(shí)，報(bào)警電路產(chǎn)生光電報(bào)警。單片機(jī)為啟動(dòng)電機(jī)命令輸出端口，通過反相器與電機(jī)相連，為低電平時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，否則，電機(jī)停轉(zhuǎn)；電機(jī)故障報(bào)警由單片機(jī)的和口控制，當(dāng)為高電平，為低電平時(shí)，表示產(chǎn)生故障，則為低電平，報(bào)警燈亮,

同時(shí)蜂鳴器響。出現(xiàn)故障時(shí)，電機(jī)也停止轉(zhuǎn)動(dòng)。存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口電路如圖5所示。中娛4KH的外郃河口所P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g1P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g14F￡.7■但帕FO.Dg口口FO.1/SD1Fti.2/AD2FO.3gD，F(xiàn)O.4/ftD4.FO.OZADCFCi.O/ftDOFO.7/AD7ElS3上T公二匚_LZ.■:CE□E/VFPDDDDDDDDFS.1/TM- 圖5擴(kuò)展4KB外部ROM電路圖圖5中，為了便于系統(tǒng)擴(kuò)展，存放大容量應(yīng)用程序，系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器2732,用于存放源程序代碼，因只擴(kuò)展一片存儲(chǔ)器，片選端OE接地。74LS373用于地址鎖存，地址鎖存信號(hào)ALE接鎖存器的LE端，通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸。4軟件設(shè)計(jì)程序流程圖程序流程圖如圖6所示。圖6中，由于水位狀態(tài)有四種組合，而水位一直在變化，所以一種水位狀態(tài)在持續(xù)一定時(shí)間后要再次判斷新的水位，在本設(shè)計(jì)中，設(shè)延時(shí)時(shí)間為10S，程序的流程用到了循環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖6圖6水塔水位控制程序流程圖運(yùn)行結(jié)果根據(jù)硬件原理圖，在Proteus環(huán)境下做出水塔水位控制的仿真圖，并在Proteus和Keilc的聯(lián)合調(diào)試下，進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果如圖7—10所示。圖7電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)其中，和均為低電平，即水位處于00態(tài)，也為低電平，電機(jī)運(yùn)行的指示燈亮;為高電平，報(bào)警指示燈不亮，蜂鳴器不響。

PjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami?nsrtTW打EPjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami?nsrtTW打E圖8維持原狀其中，為低電平，為高電平，即水位處于01態(tài)，為低電平，電機(jī)運(yùn)行的指示燈亮；為高電平，報(bào)警指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖9電機(jī)停轉(zhuǎn)其中，和為高電平，即水位處于11態(tài)，也為高電平，電機(jī)運(yùn)行的指示燈不亮;為高電平，報(bào)警指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖10故障聲光報(bào)警，電機(jī)運(yùn)行的指示其中，為高電平，為低電平，即水位處于10態(tài)，為高電平燈不亮；為低電平，報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器響。，電機(jī)運(yùn)行的指示5總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬仿真，完成了此課程設(shè)計(jì)的全部要求，即硬軟件設(shè)計(jì)，口接線、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、設(shè)計(jì)報(bào)告等。在課程設(shè)計(jì)過程中，遇到了好多問題，例如，雖然說(shuō)上學(xué)期認(rèn)真地學(xué)習(xí)了單片機(jī)課程，熟悉了Proteus和Keilc的使用，但由于很長(zhǎng)時(shí)間的不用，變得有些生疏通過跟老師和同學(xué)請(qǐng)教自己不懂的技巧再加上這次做課程設(shè)計(jì)對(duì)Proteus和Keilc的進(jìn)一步使用，使我對(duì)上述兩種軟件更加熟悉，用起來(lái)更得心應(yīng)手在此，感謝老師和同學(xué)們的幫助。另外，此課程設(shè)計(jì)用到了好多單片機(jī)的知識(shí)，遇到一些不懂的問題，通過查資料和跟老師和同學(xué)討論，都一一解決了。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更加堅(jiān)信“千里之行，始于足下〃這句話，剛開始拿到題目，覺得很難，只要你勇于思考，勇于探索，最終順利地完成了此題課程設(shè)計(jì)，使我的動(dòng)手實(shí)踐能力也得到很大的提高。6參考文獻(xiàn)[1]李華，王思明,張金敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社,2001.⑵張金敏，董海棠，高博.單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2010.[3]杜樹春.基于Proteus和Keilc51的單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.7附錄基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)程序如下，用匯編語(yǔ)言編寫，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行控制?！ㄖ鞒绦颉∣RG0000HLOOP：ORLP1,#03HAJMPLOOPORG0100H；為檢查水位狀態(tài)做準(zhǔn)備MOVA,P1JNB,ONE；=0則轉(zhuǎn)移JB,TWO；=1則轉(zhuǎn)移BACK：LCALLDELAY；延時(shí)AJMPLOOPONE：JNB,THREE；=0轉(zhuǎn)移CLR93H；=0,啟動(dòng)報(bào)警裝置SETB92H；=1,停止電