基于單片機(jī)的水庫水位報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

合肥師范學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)水庫水位報(bào)警系統(tǒng) 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 1108441069 姓 名 指導(dǎo)教師 助教 摘 要隨著世界與中國科技的日益發(fā)展進(jìn)步，單片機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化早已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工作、科學(xué)研究等重要領(lǐng)域內(nèi)，目前也擴(kuò)展普及到我們的日常生活的各個(gè)領(lǐng)域中，扮演著十分重要的角色，為人們的生產(chǎn)生活帶來了許多方便。大到可用于水庫、湖泊、池塘水位的檢測，小的可以用于魚缸、鍋爐水位的檢測。水庫水位的檢測也可以用自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)（本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的操作）。目前我國的監(jiān)測儀器已具有了一定的研究能力、開發(fā)力和生產(chǎn)力，但是我國的傳感和檢測儀器從技術(shù)、工藝、行業(yè)生產(chǎn)水平和專業(yè)化等方面來看，于發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距，本設(shè)計(jì)從分析水庫水位（用簡易水杯模擬水庫）報(bào)警器的原理和設(shè)計(jì)方法入手，主要基于單片機(jī)STC89C52的硬件電路和實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行為基礎(chǔ)，可以自動(dòng)顯示水庫水位以及防護(hù)水位的過高所造成的危險(xiǎn)?？刂葡到y(tǒng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)碼顯示部分、和光電報(bào)警部分構(gòu)成。該電路采用簡單而靈敏的監(jiān)測報(bào)警電路，操作簡單方便，接通電源即可工作。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、簡易，靈敏度高，工作穩(wěn)定，能夠自動(dòng)檢測與顯示當(dāng)前水位、高低水位報(bào)警等功能。關(guān)鍵詞： STC89C52單片機(jī)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；數(shù)碼顯示管 Abstract With the development of science and technology progress, MCU technology and automation has been widely used in scientific research, work, and other important areas, plays a very important role. Deep into the various fields, for the production and living of people brought a lot of convenience. the monitoring instrument in our country have a certain research, development, and productivity, but won the testing instrument from technology and technology in our country, from the level of industry production specialization, and other aspects, domestic water level monitoring instrument are mainly float type water level gauge, pressure sensor level meter,This design from the analysis of reservoir water level alarm (tank was used to simulate reservoir), the principle and design method of main hardware circuit and the implementation based on micro control machine STC89C52 motor run automatically as the foundation. Control system consists of A/D conversion part of the modulus conversion system, single-chip microcomputer control, digital display part, and photoelectric alarm. The circuit is simple and sensitive monitoring alarm circuit, the operation is simple, it starts working just by turning on the power supply. The system design is novel, simple, high sensitivity, stable work, can automatically detect and display the current level, high and low water level alarm, and other functions.KEY WORD：MCU-89C52，A/D conversion ,Digital display tube 目 錄摘要IAbstractII目錄.III1 緒論11.1 課題研究的背景11.2 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢11.3 課題內(nèi)容與意義22 水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)概述22.1 該系統(tǒng)的工作原理22.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖32.3控制方案說明42.4系統(tǒng)組成與原理42.5 本章小結(jié)43 硬件電路設(shè)計(jì)53.1設(shè)計(jì)背景53.2電路設(shè)計(jì)53.2.1 探測電路53.2.2電源開關(guān)的設(shè)計(jì)73.2.3時(shí)鐘復(fù)位電路設(shè)計(jì)73.2.4光電報(bào)警電路83.2.5顯示數(shù)碼管與功能93.2.6繼電器電路103.2.7蜂鳴器電路103.3 本章小結(jié)114 程序設(shè)計(jì)124.1 程序設(shè)計(jì)流程圖124.2 水位判斷函數(shù)134.3 顯示函數(shù)134.4 本章小結(jié)145 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試155.1 調(diào)試軟件介紹155.1.1 程序編輯軟件155.1.2 仿真軟件155.2 調(diào)試與運(yùn)行155.3 系統(tǒng)仿真165.4 硬件調(diào)試185.5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試結(jié)果分析21結(jié)論22參考文獻(xiàn)23附錄A 電路原理圖1附錄B PCB圖1附錄C 系統(tǒng)源程序1IV1 緒論1.1 課題研究的背景我國地大物博，水資源豐富，但對于水利資源的利用層面仍然有很多的缺陷。水庫是國家的重要資產(chǎn)，也于人們的生活息息相關(guān)，在水的管理方面具有著舉足輕重的作用, 我國各地仍有水災(zāi)頻頻發(fā)生的現(xiàn)象，因此監(jiān)測湖泊、江河與水庫等的水位及這些區(qū)域的降雨量成為不可忽視的工作。這種監(jiān)測不但可以為及時(shí)預(yù)防水災(zāi)、決策防汛提供可靠的數(shù)據(jù)和資料，同時(shí)還能夠?yàn)榉篮閾岆U(xiǎn)救災(zāi)和保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮不可忽視的作用。水庫水位監(jiān)測以及報(bào)警系統(tǒng)是保證人們基本生活條件中不可或缺的部分，能夠?yàn)橛脩籼峁┏渥愕挠盟⒈ＷC日常生活、生產(chǎn)的需要。但是長期以來人們使用傳統(tǒng)人工控制方式管理水庫，這種管理方式存在著許多缺點(diǎn)，如：水資源的浪費(fèi)、不能及時(shí)供水、影響生產(chǎn)效率等。隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷提高、計(jì)算機(jī)科學(xué)逐漸走向成熟，作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一部分，使用計(jì)算機(jī)對水資源進(jìn)行管理有著老式手工管理所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。例如：節(jié)約水資源、及時(shí)、可靠性強(qiáng)、效率高、成本低等，這些優(yōu)點(diǎn)能夠極大地提高管理的效率。目前，我國水資源已經(jīng)緊缺，高效率節(jié)約用水已成為程序設(shè)計(jì)制作的焦點(diǎn)，既要求蓄水池的水位保持一定高度，還要防止溢水。老式遠(yuǎn)地觀測深水池水位裝置，如浮球彈簧管開關(guān)、水漂式上下水位控制開關(guān)、，只能控制一路水泵的控制器，這些均有接觸不良且不易控制多級(jí)水位和遠(yuǎn)地觀測水位等缺點(diǎn)，而且不同程度存在如下兩個(gè)問題：一是通用性不夠強(qiáng)，僅適用于某單位，若作他用則另需修改；二則是功能不夠齊全，無法準(zhǔn)確應(yīng)用。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢早先，國內(nèi)許多水文站監(jiān)測水位和降雨量仍采用人工方法。該方法不但存在測量時(shí)人身安全問題，而且還存在數(shù)據(jù)測量難以準(zhǔn)確、監(jiān)測實(shí)時(shí)性不強(qiáng)以及不能及時(shí)反饋等問題，這些都會(huì)嚴(yán)重影響正常的工作效力。而正常的水位監(jiān)測需要對水位進(jìn)行自動(dòng)顯示、監(jiān)測和報(bào)警。傳統(tǒng)的水位檢測系統(tǒng)一般是通過有線方式與監(jiān)控中心取得接合，這種傳輸方式不但難以保護(hù)，而且在很大水平上限制了其在時(shí)空上的拓展性。近年來現(xiàn)場水位位監(jiān)測技術(shù)在國際上一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始發(fā)展，如美國、日本等國家相繼研究出自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備。而且發(fā)達(dá)國家均具有較為先進(jìn)產(chǎn)品，并已走進(jìn)國際市場，而目前我國關(guān)于水位監(jiān)測技術(shù)的國情突出表現(xiàn)在：儀器設(shè)備昂貴、操作步驟復(fù)雜、質(zhì)控程序繁瑣等方面。我們應(yīng)采取有效措施揚(yáng)長補(bǔ)短，將國外的先進(jìn)技術(shù)引入國內(nèi)，消化吸收建立即適合我國國情又和國際接軌的監(jiān)測方法。 1.3 課題內(nèi)容與意義水況水位測量一直是水利部門的重要課題。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未然，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠的水位監(jiān)測系統(tǒng)在此將發(fā)揮重要的作用。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的水庫水位（用簡易水杯模擬水庫）監(jiān)測器主要由硬件與軟件兩部分組成。硬件是基于AT89C52芯片為核心的水位監(jiān)測，采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理。軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想將軟件主要分為數(shù)據(jù)處理模塊和功能模塊兩大模塊，設(shè)計(jì)出了能精確測量水庫水位檢測器。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測水位。 本設(shè)計(jì)從分析水庫水位報(bào)警器的原理和設(shè)計(jì)方法入手，主要基于單片機(jī)的硬件電路和實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行為基礎(chǔ)，可以自動(dòng)防護(hù)水位的過高過低?？刂葡到y(tǒng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)碼顯示部分、和光電報(bào)警部分構(gòu)成。因?yàn)榇蟛糠蛛娐凡捎脭?shù)字電路，所以本水位監(jiān)測報(bào)警器還具有耗能低、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、簡易，靈敏度高，工作穩(wěn)定，能夠自動(dòng)檢測與顯示當(dāng)前水位、高低水位報(bào)警等功能。2 水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)概述2.1 該系統(tǒng)的工作原理本水位監(jiān)測報(bào)警器使用5V低壓直流電源就可以對210厘米的水位進(jìn)行監(jiān)測，用LED顯示和數(shù)碼管顯示水位，并可以對高于此范圍內(nèi)的水位發(fā)出報(bào)警. Y1，Y2，Y3，Y4，COM都安裝好，COM是高電平，當(dāng)水位在Y1位置，Y1通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P20拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)黃燈亮，同時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器使其閉合。當(dāng)水位達(dá)到Y(jié)2位置，Y2通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P23拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)綠燈亮，同時(shí)保持繼電器閉合，當(dāng)水位達(dá)到Y(jié)3位置，Y3通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P26拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)綠燈亮，同時(shí)保持繼電器閉合，當(dāng)水位達(dá)到Y(jié)4位置，Y4通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P27拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，同時(shí)使電繼電器斷開，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。反過來，當(dāng)水位降到Y(jié)3位置，Y3通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P26拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)綠燈亮，同時(shí)保持繼電器斷開，當(dāng)水位降到Y(jié)2位置，Y2通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P23拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)綠燈亮，同時(shí)保持繼電器斷開， 當(dāng)水位降到Y(jié)1位置，Y1通過水和COM接通得到高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使P20拉低，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)綠紅亮，同時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器使其閉合。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 采用單片機(jī)AT89C52作為本設(shè)計(jì)的控制芯片，主要工作過程是當(dāng)水庫中的水在低水位時(shí)，水位探測傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，單片機(jī)讀取這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)黃燈燈亮；手動(dòng)加水，當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)綠燈燈亮；繼續(xù)加水，當(dāng)水位在高水位時(shí),單片機(jī)驅(qū)動(dòng)紅燈燈亮。如圖2-1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖2-1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3控制方案說明這個(gè)方案中使用了單片機(jī)處理，此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會(huì)產(chǎn)生誤判的情況，由于STC89C52單片機(jī)有四端口，40引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。2.4系統(tǒng)組成與原理本系統(tǒng)由電源電路、水位探測電路（簡易水杯模擬）、單片機(jī)系統(tǒng)、聲光報(bào)警顯示電路、繼電器控制水泵加水電路，以及水庫模型組成。主電氣原理圖如下：圖 2.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖 2.5 本章小結(jié)本章主要闡明了水庫水位報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理與工作流程。在介紹水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的工作原理時(shí)，文章重點(diǎn)描述了系統(tǒng)電路的組成結(jié)構(gòu)和如何實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和報(bào)警控制。在介紹系統(tǒng)原理時(shí)說明了水位變化與單片機(jī)管腳接合的利用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測的功能。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)背景 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) STC89C52是本設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)類型，他是具有低電壓的8位單片機(jī)，該單片機(jī)含有40引腳，通過引腳與外界電路的接洽，利用已經(jīng)設(shè)計(jì)完整的電路圖可實(shí)現(xiàn)水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的目的。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用STC89C52，它是一種高性能低價(jià)格單片機(jī)。引腳(40個(gè))和指令系統(tǒng)與8051單片機(jī)完全兼容。用它構(gòu)成的測量、控制系統(tǒng)具有電路簡單、可靠性好、體積小和成本低等優(yōu)點(diǎn)。P1 口輸出驅(qū)動(dòng)器能提供20mA 的灌電流驅(qū)動(dòng)能力, 其鎖存器寫1 時(shí)可作為輸入口。STC89C52的P3 口為七位雙向I/ O 口, 有內(nèi)部上拉電阻, P3 口輸出驅(qū)動(dòng)器能提供20mA 灌電流驅(qū)動(dòng)能力, 其鎖存器寫1 時(shí)可作輸入口。P316作為輸入線與片內(nèi)精密比較器輸出端在片內(nèi)相連, 故無引出線, 但可讀該位的值。P310 P315的第二功能與8031 P3 口相應(yīng)口線的第二功能完全相同。綜上所述, P1 和P3 口中的各口線可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管, 不用再配置發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路,P1.0與P1.1具有第二功能, 不用再配置比較器, 從而簡化了控制電路的結(jié)構(gòu)。3.2電路設(shè)計(jì)3.2.1 探測電路 圖 3-1 水庫液位探測 圖3-1是水庫液位探測原理圖（用水箱模擬水庫），圖中虛線表示允許水位變化的上下限。其中A為下線，D為上線。在正常情況下，應(yīng)保證水位在虛線范圍之內(nèi)。在水庫邊沿的不同高度安裝了5根金屬 棒，以感知水位變化情況。其中，A棒處于下限水位，B、C棒處于上限正常水位，D棒處于水位上線。最左方金屬棒接+5V電源，A、B、C、D棒各通過一個(gè)電阻與地相連。電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 水庫液位探測電氣原理圖 3.2.2電源開關(guān)的設(shè)計(jì) 本開關(guān)采用簡單的單個(gè)觸電開關(guān)，觸點(diǎn)接觸時(shí)使電流形成回路，觸點(diǎn)不接觸時(shí)電流開路 ，在開關(guān)電路中還加入了二極管和光電二極管，二觸點(diǎn)接觸時(shí)電路導(dǎo)通，光電二極管發(fā)亮，二觸點(diǎn)不接觸時(shí)電路開路，光電二極管變暗。電氣原理圖如圖3-3所示。圖3-3 電源開關(guān)電氣原理圖 3.2.3時(shí)鐘復(fù)位電路設(shè)計(jì) 電源、時(shí)鐘信號(hào)以及復(fù)位電路是單片機(jī)工作的基本條件，缺一不可。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)由12MHZ的晶體振蕩器產(chǎn)生，振蕩脈沖信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器進(jìn)行二分頻之后，成為單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是維持單片機(jī)能夠正常工作的基本保障，在內(nèi)部是以脈沖的形式來提供單片機(jī)工作。電氣原理圖如圖3-4所示。圖3-4時(shí)鐘電路原理圖 時(shí)鐘振蕩電路常采用石英晶體振蕩器。晶體振蕩器在時(shí)鐘振蕩電路延時(shí)一段時(shí)間后起振，石英晶體的頻率決定了它的振蕩頻率。振蕩同時(shí)會(huì)在引腳產(chǎn)生正弦波時(shí)鐘信號(hào)。 3.2.4光電報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路總共有由3只發(fā)光二極管組成，在這其中D4發(fā)光二極管的作用是：當(dāng)燈泡亮?xí)r表明現(xiàn)在的水位是高水位狀態(tài)（即水位大于等于10cm）；D5的作用是：當(dāng)燈亮?xí)r表明水位處于正常狀態(tài)（即小于10cm，大于等于2cm）；D6的作用是：當(dāng)燈亮?xí)r表明水位處于低水位的狀態(tài)(即小于2cm)。此電路采用的是共陰極的，所以只有當(dāng)單片機(jī)給發(fā)光二極管為高電平時(shí)才能推動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，其中R1為上拉電阻起限壓控流作用。其電路圖如下圖3-5所示。圖3-5 光電報(bào)警電路原理圖。 3.2.5顯示數(shù)碼管與功能 1.顯示電路概述 水庫水位報(bào)警系統(tǒng)中顯示模塊和硬件有緊密的關(guān)聯(lián)。常用的方法分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，占用CPU時(shí)間較少，顯示的亮度，溫度等容易調(diào)節(jié)，顯示穩(wěn)定。缺點(diǎn)是占用單片機(jī)I/O口端口線較多。而動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是占用單片機(jī)I/O口端口線較少，缺點(diǎn)是顯示亮度不夠穩(wěn)定，受外部影響因素較多，編程較復(fù)雜，占用CPU時(shí)間較多。由于水庫水位報(bào)警系統(tǒng)中其他功能需要占用較少的端口線，所以通常會(huì)采用靜態(tài)顯示方法。 2.顯示電路整體設(shè)計(jì) 顯示電路如圖3-4 所示：圖3-6 顯示電路原理圖 3.2.6繼電器電路 本設(shè)計(jì)所使用的繼電器為液位繼電器，液位繼電器的的作用是根據(jù)液位的高低變化來控制電路中蜂鳴器的作用，在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)被測水位處于低電位狀態(tài)或者正常水位時(shí)，液位繼電器都處于斷開狀態(tài)，蜂鳴器電路斷開，不能發(fā)出警報(bào)聲，當(dāng)水位處于高電位狀態(tài)時(shí)，液位繼電器觸點(diǎn)閉合，蜂鳴器電路閉合，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)以達(dá)到報(bào)警的目的。電氣原理圖如圖3-3所示。圖3-7 繼電器電路原理圖3.2.7蜂鳴器電路 蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器采用直流電壓供電，其能發(fā)出單調(diào)的或者某個(gè)固定頻率的聲音，電氣原理圖如圖3-3所示。圖 3-8 蜂鳴器電路原理圖完整的電路圖見附錄A3.3 本章小結(jié) 本章主要闡明了基于STC89C52單片機(jī)的水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計(jì)步驟，以及具體的設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)分析了水庫水位報(bào)警系統(tǒng)電路運(yùn)行原理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過向單片機(jī)錄入程序的方式，結(jié)合報(bào)警系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率電路、復(fù)位電路、顯示電路以及水位探測電路來實(shí)現(xiàn)對溫度的控制，設(shè)計(jì)出符合要求的水位報(bào)警系統(tǒng)。4 程序設(shè)計(jì) 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)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。我們可以充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用C語言進(jìn)行軟件編程。這個(gè)系統(tǒng)程序由主控程序、延時(shí)子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個(gè)系統(tǒng)程序的運(yùn)行和跳轉(zhuǎn)。4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖主程序主要完成硬件初始化，子程序調(diào)用等功能。其中程序開發(fā)的流程示意圖，如圖4-1所示。圖4-1 程序設(shè)計(jì)流程圖4.2 水位判斷函數(shù) 當(dāng)水位處于低水位是傳感器檢測到送入ADC0808，經(jīng)過處理后生成數(shù)字信號(hào)送到AT89C52。這時(shí)flag的值等于1，這時(shí)送出一個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)D1黃燈工作；當(dāng)水位處于正常水位時(shí)，這時(shí)flag的值等于2、3，這時(shí)送出一個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)D1綠燈工作；當(dāng)水位處于高水位時(shí)，這時(shí)flag的值等于4，P2.6這時(shí)送出一個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)D1紅燈工作，并且伴有警報(bào)聲。圖4-2 水位判斷中斷子函數(shù)流程圖4.3 顯示函數(shù)顯示屏的主要功能是直觀顯示當(dāng)前水位的高度，以便我們能過及時(shí)了解當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其主要用到的接口是P0和部分P2，首先對接收口進(jìn)行賦值然后分位顯示各個(gè)數(shù)值。其中斷子函數(shù)程序如圖4-3所示：圖4-3 顯示中斷子函數(shù)流程圖根據(jù)這些流程圖編寫出的最終源程序見附錄C4.4 本章小結(jié)本章主要闡明了水庫（簡易模擬水杯）水位報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程，通過將軟件程序錄入單片機(jī)內(nèi)部的方式來實(shí)現(xiàn)對水庫（簡易模擬水杯）水位的報(bào)警系統(tǒng)。在程序的編寫過程中，需要通過與電路原理圖以及仿真程序不斷的調(diào)試已達(dá)到正確應(yīng)用的過程，這個(gè)過程非常繁瑣，需要同學(xué)與老師的幫助與指導(dǎo)以達(dá)到預(yù)期的目的。5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試5.1 調(diào)試軟件介紹 軟件的仿真是為了為后面的實(shí)物制作做下鋪墊，是為了我們能更清楚的了結(jié)所做設(shè)計(jì)的性能與成功性。5.1.1 程序編輯軟件 在本設(shè)計(jì)中我使用了在我們教學(xué)過程中所使用的KEIL軟件進(jìn)行編程，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，在查閱資料和咨詢老師的情況下用C語言編寫能夠?qū)崿F(xiàn)水庫水位報(bào)警系統(tǒng)的程序，加入KEIL 的文件庫工程，實(shí)現(xiàn)正確的軟件編寫。軟件編輯的過程中可能會(huì)產(chǎn)生或多或少的錯(cuò)誤，要不斷的調(diào)試以及糾錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)最終的0錯(cuò)誤。5.1.2 仿真軟件 Proteus是本設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)電路分析實(shí)物的仿真軟件，它可用于仿真實(shí)驗(yàn)電路，并支持含有單片機(jī)的電路運(yùn)行，其中包含的元件庫豐富，使用簡單方便，在仿真軟件Proteus中可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路的錯(cuò)誤以及需要改進(jìn)的地方并及時(shí)改進(jìn)，這樣的做法大大減少了操作實(shí)物電路過程中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤幾率，大大增加了設(shè)計(jì)的效率，有利于節(jié)約資源和成本。 該軟件的特點(diǎn)如下： 1. 能夠滿足我們提出的用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的各種要求，具有不可多得的優(yōu)勢與便利。2. 它具有模擬電路仿真、單片機(jī)、數(shù)字電路仿真及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232動(dòng)態(tài)仿真、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。5.2 調(diào)試與運(yùn)行1. 首先啟動(dòng)KEIL C51軟件的集成開發(fā)環(huán)境 2. 建立工程文件。首先單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件包含多個(gè)源程序文件，KEIL C51使用實(shí)現(xiàn)建立好的工程，將這些參數(shù)設(shè)置和所需的所有文件都加在一個(gè)工程中。之前，需要建立一個(gè)工程文件，并為這個(gè)工程選擇CPU，確定編譯，匯編，連接的參數(shù)，指定調(diào)試的方式。3. 建立和添加源文件。使用菜單或者單擊工具欄的新建文件按鈕，出現(xiàn)文本便捷窗口，在該窗口中輸入新編制的源程序并保存該文件。首先編寫程序，然后仿真直到0錯(cuò)誤，0警告，最后生成hex文件以備后用。5.3 系統(tǒng)仿真點(diǎn)全速運(yùn)行按鍵，分別可以得到水位在不同狀態(tài)的仿真結(jié)果： 1. 當(dāng)處于低水位狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過檢測，這時(shí)經(jīng)過ADC0808的轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)89C52，經(jīng)過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與處理，送出信號(hào)驅(qū)動(dòng)黃燈等亮并且蜂鳴器無響聲。其圖入下圖5-1所示：圖5-1 低水位仿真結(jié)果 2. 當(dāng)處于正常水位狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過檢測再經(jīng)過ADC0808的轉(zhuǎn)換送到AT89C52，經(jīng)過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換和處理，送出信號(hào)驅(qū)動(dòng)綠燈亮并且無響聲。其圖如下圖所示： 圖5-2 正常水位仿真結(jié)果 3. 當(dāng)處于高水位狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過再經(jīng)過ADC0808的轉(zhuǎn)換送到AT89C52，經(jīng)過單片機(jī)轉(zhuǎn)換與處理，送出信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅燈亮和蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的高音的響聲。其圖入下圖5-5所示：圖5-3 高水位仿真結(jié)果5.4 硬件調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)原理圖與PCB所設(shè)計(jì)的實(shí)物需要經(jīng)過實(shí)際的操作驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)的正常需求，本設(shè)計(jì)的調(diào)試結(jié)果如下所示。當(dāng)手動(dòng)加水到低水位時(shí)，數(shù)碼LED顯示燈顯示數(shù)字為1，此時(shí)表示低水位，并且黃燈燈亮。如圖5-4所示。繼續(xù)加水到正常水位是，數(shù)碼LED顯示燈顯示數(shù)字為12,3此時(shí)表示正常水位，并且綠燈燈亮。如圖5-5、5-6所示。再次加水到高水位時(shí)，數(shù)碼LED顯示燈顯示數(shù)字為4.此時(shí)表示高水位，并且紅燈燈亮，并且伴有蜂鳴器的聲音出現(xiàn)。如圖5-7所示。圖5-4圖5-5圖5-6圖5-75.5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試結(jié)果分析在PROTEUS環(huán)境,運(yùn)行水庫水位控制系統(tǒng),不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水位處于低水位區(qū)時(shí),揚(yáng)聲器不發(fā)聲且黃燈燈亮,人為手動(dòng)開始加水,隨著水位的不斷上升當(dāng)水位到達(dá)高位時(shí),揚(yáng)聲器發(fā)出斷續(xù)的高音且紅燈燈亮。隨著用戶使用,水位不斷下降,當(dāng)達(dá)到低水位時(shí)，黃燈燈亮。（本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)但是實(shí)際操作中未實(shí)現(xiàn)） 綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了水位自動(dòng)控制。結(jié) 論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)水庫水位水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我從中學(xué)到許多知識(shí)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，通過上網(wǎng)、在校圖書館查找資料，整理資料，我認(rèn)真努力的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中出現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)歸納為以下幾點(diǎn)：1本系統(tǒng)具有及時(shí)、可靠性強(qiáng)、效率高、壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)。2出現(xiàn)故障時(shí)，本系統(tǒng)維護(hù)簡單。3本系統(tǒng)中的顯示部分只是為維護(hù)或工作人員設(shè)計(jì)。在本次的設(shè)計(jì)過程中，從當(dāng)初選題時(shí)的迷茫、不知所措，到后來逐漸的從點(diǎn)滴做起、慢慢學(xué)習(xí)、慢慢咨詢的過程中我學(xué)到了不少知識(shí)和寶貴的經(jīng)驗(yàn)，以前看起來的單門學(xué)科的知識(shí)，到了現(xiàn)在都能夠基本的運(yùn)用并結(jié)合起來，在本設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的知識(shí)不僅都是平時(shí)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也是在日常生活中我們所需要的，這次的設(shè)計(jì)并不是一次普通的設(shè)計(jì)，而是大學(xué)四年來所學(xué)知識(shí)的綜合，是第一次知識(shí)的運(yùn)用，但也可能是最后一次的運(yùn)用，大學(xué)馬上就要畢業(yè)了，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我仍然有許多的困惑和不動(dòng)的地方，在知識(shí)儲(chǔ)備的過程中有很多不足的地方，當(dāng)我會(huì)努力的改進(jìn)，不斷的學(xué)習(xí)爭取進(jìn)步，爭取能夠準(zhǔn)確合理的應(yīng)用自己所學(xué)的知識(shí)。在此次設(shè)計(jì)的過程中，也感謝尹靜老師和王老師的指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的幫助，希望大家在以后的工作和學(xué)習(xí)中會(huì)越來越好。 參 考 文 獻(xiàn)1 王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社，20092 何立民.單片機(jī)高等教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2000 3 雄建云.Protel99se EDA技術(shù)及應(yīng)用.北京機(jī)械工業(yè)出版社，20074 華永平.陳松編著.電子線路課程設(shè)計(jì).東南大學(xué)出版社，20015 林春方.電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與實(shí)訓(xùn).北京電子工業(yè)出版社，20046 李珍主編.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例.西安電子科技大學(xué)出版社，20087 張存禮.韓愛娟主編.電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn).北京師范大學(xué)出版社，20008 鄭應(yīng)光.模擬電子線路（一）.東南大學(xué)出版社.，2005年3月9 李秀忠.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).人民郵電出版社，2007年1月10 金茂中.C語言程序設(shè)計(jì)高級(jí)教程.北京航空航天大學(xué)出版社2002年3月25附錄A 電路原理圖2附錄B PCB圖2附錄C：系統(tǒng)源程序2#include#defineucharunsigned char#defineuintunsigned int#define key_state_00 /宏定義按鍵初始狀態(tài)#define key_state_11/宏定義按鍵按下狀態(tài)#define key_state_22/宏定義按鍵計(jì)時(shí)狀態(tài)1#define key_state_33/宏定義按鍵計(jì)時(shí)狀態(tài)2（也是釋放狀態(tài)）#define KEY_TIME_MAX100/宏定義按鍵計(jì)時(shí)器最大計(jì)數(shù)值，#define KEY_TIME_MIN50/宏定義按鍵計(jì)時(shí)器連發(fā)開始時(shí)間，10MS中斷時(shí)為0.5S,修改此值可改變連發(fā)的開始計(jì)數(shù)時(shí)間#define NOKE