智能水位控制系統(tǒng)設計

1、 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目:智能水位控制系統(tǒng)設計 專 業(yè): 電子信息工程技術 班 級: 納思達08-1 班 學 號: 0819040 姓 名: 黎 輯 蓉 指導教師: 胡 德 清 二0一0年八月一日四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書學 生姓 名黎輯蓉學號0819040班級納思達08-1專業(yè)電子信息工程技術設計（或論文）題目智能水位控制系統(tǒng)設計指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注胡德清講師四川信息職業(yè)技術學院 電子工程計（論文）內(nèi)容：1.主要內(nèi)容和技術指標（1）電路以單片

2、機為核心、集成電路驅動電機、LED顯示而構成；（2）外接電源供電，具有自帶時鐘電路、復位電路、工作狀態(tài)切換電路等；（3）電路系統(tǒng)具自動控制水位等功能。2.任務與要求（1）選擇各單元電路結構并闡述工作原理，給出整機電路原理圖；（2）準確計算或估算電路參數(shù)，正確選擇電路元件，給出元件明細表，仿真測試；（3）撰寫設計說明書，要求準確闡述電路選擇依據(jù)，反映計算方法、元件選擇等設計過程，字數(shù)不少于6000字。進度安排：進度安排內(nèi)容及要求備注7.1-7.7了解畢業(yè)設計相關要求，搜集資料，擬定方案7.8-7.20選擇各單元電路結構并闡述工作原理，確定系統(tǒng)電路原理圖，計算電路參數(shù)，選擇電路元件，仿真測試或做樣

3、品。7.21中期檢查7.22-8.10繪制電路原理圖、元件明細表，撰寫設計說明書等8.11畢業(yè)設計答辯主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)： 1 蘇平單片機原理與接口技術電子工業(yè)出版社2003年5月；2 林伸茂8051單片機徹底研究實習篇人民郵電出版社2005年8月；3 韓志軍單片機應用系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2005年1月；4 陳坤、張義中等電子設計技術電子科技大學出版社1997年5月；5 鄭應光模擬電子線路（一）.東南大學出版社. 2005年3月；6 李秀忠單片機應用技術人民郵電出版社2007年1月；7 肖洪兵跟我學單片機北京航空航天大學出版社2002年3月；審批意見教研

4、室負責人：年 月 日備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。目 錄摘 要1第一章 緒 論2第二章 總體方案42.1 設計思路42.2 功能描述4第三章 硬件設計53.1 CPU的選擇53.2 復位電路83.2.1 按鍵復位83.2.2 上電復位83.3 時鐘電路93.4 水位檢測電路103.5 顯示電路113.5.1 LED介紹123.5.2 顯示電路設計123.6 灌水電路123.6.1 直流電機工作原理123.6.2 驅動電路133.6.3 灌水電路設計143.7 報警電路153.8 整機工作原理15第四章 軟件設計174.1 用PROTEUS 繪制原理圖174.

5、2 用Keil Vision3編寫程序184.3 用PROTEUS對單片機內(nèi)核的仿真184.4 程序流程圖22第五章 實物制作235.1 元器件的安放順序235.2 焊接235.2.1 焊接的工藝要求235.2.2 焊接的操作245.3成品使用與驗證24結 論26參考文獻27附錄 1 整機電路圖28附錄 2 元器件明細表29附錄3 源程序清單30II 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益的更新。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，僅單片機方面知識是不夠的，還

6、應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件相結合，以作完善。本系統(tǒng)是以單片機的基本語言“C語言”來進行軟件設計編程的，其指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。關鍵詞單片機(AT89C51)；LED顯示技術；直流電機。第一章 緒 論21世紀是通信、電力、材料、電子、能源以及控制技術大發(fā)展并相互交叉的時代，而機電一體化技術正是把機械、電子、控制技術和計算器技術相結合的綜合技術。智能產(chǎn)品具有品種多、涉及的領域廣等特點，自從應用電子技術發(fā)展以來，單片機微型計算器因其體積小、價格低、性能靈活、

7、開發(fā)方便的獨特優(yōu)勢，在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)和控制中得到了最廣泛的應有，而且越來越向縱深發(fā)展。從簡單的機電一體化產(chǎn)品深入到數(shù)控系統(tǒng)、柔性化、智能化系統(tǒng)以及機器人系統(tǒng)等。當今世界在電子信息技術的領域里取得了社會跨躍式的進步，科學技術的飛速發(fā)展使各國生產(chǎn)力大規(guī)模提高。由此可見科技已成為各國競爭的核心，尤其是電子信息技術更顯得重要，在國民生產(chǎn)各部門中電子信息技術得到了廣泛的應用。智能技術的發(fā)展使得許多系統(tǒng)更加友好，更方便我們對他們的控制。幾乎在各個方面都可以充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，比如說本文要提出的智能水位控制系統(tǒng)，當然在其他方面也可以有很好的應用，比如說具有智能功能的溫度檢測器、有智能功能的計算機控制系統(tǒng)

8、。智能功能的實現(xiàn)可以幫助更多人，可以減少事故的發(fā)生，更可以節(jié)省資源的利用。所以說，智能控制功能的實現(xiàn)有助于生活的改善，具有良好的市場前景。隨著科學技術的發(fā)展,人們身邊的一些用電器件已經(jīng)具有智能控制的性能.智能控制可理解為自動控制,所謂自動控制,就是在沒有人直接參與的情況下,通過控制裝置,使被控制對象或過程自動地按照預定的規(guī)律運行.器件的職能化使工作簡單并易于控制整個工作系統(tǒng).在實際應用中,很多方面需要檢測容器里液面高度以方便于生產(chǎn)的需求,如鍋爐水位,自來水塔水位.如今的智能水位控制系統(tǒng)技術相當成熟了,市場上有多種多樣的智能水位控制器,一般具有水位控制、水位顯示、報警功能；有些水位控制器還有輸出

9、短路或過載保護，控制器過熱保護，避免電機空轉，保護電機而自動切斷電源保護?；趯λ恢悄芩豢刂葡到y(tǒng)的學習，本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，用按鈕模擬水位，用發(fā)光二極管顯示水位制作了一個簡易的智能水位控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)同樣具有水位控制和報警功能。此系統(tǒng)只可應用于仿真，不能應用于實際中，如果想運用于實踐中，可以在此系統(tǒng)基礎上對硬件和程序再進一步改善。例如在程序方面,程序中添加上看門狗程序可以對整個控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；為提高對系統(tǒng)硬件的故障檢測及報警,也可在程序中添加一些檢測程序。在硬件方面,可通過安裝硬件性看門狗；水位檢測器可使用水位繼電器；整個系統(tǒng)出現(xiàn)的報警信號很多,有緊急性的,有提示性的,可

10、以安裝多個報警硬件!根據(jù)智能水位控制系統(tǒng)的功能要求來增設硬件設備和軟件程序。智能水位控制系統(tǒng)還具有開發(fā)的空間。第二章 總體方案2.1 設計思路本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為核心芯片的電路來實現(xiàn)，硬件電路由單片機(AT89C51)、水位檢測電路、復位電路、時鐘電路、顯示電路、報警電路和灌水電路等組成。其中，晶振采用12MHZ的晶振；再通過按鍵開關模擬水位來實現(xiàn)功能。 其智能水位控制系統(tǒng)設計框圖如圖2-1所示：單 片 機 時鐘電路 顯示電路 復位電路 報警電路 水位檢測電路 灌水電路 圖2-1總體框圖設計 2.2 功能描述當接通電源后，在水位低于某點時，電機工作，對蓄水池灌水；當水位在某點時，電

11、機停止對蓄水池灌水；當遇到特殊情況時，報警電路發(fā)出報警直到水位低于該點時消除報警；并在各種情況中均有指示燈指示當前水位。第3 頁第三章 硬件設計智能水位控制系統(tǒng)設計是由六部分組成：單片機（AT89C51）、復位電路、時鐘電路、水位檢測電路、顯示電路、灌水電路。3.1 CPU的選擇 在當今電子時代控制芯片CPU有很多種，例如AT89C51、MSP430、ARM、AVR.單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)，可用二節(jié)電池供電。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes

12、的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口（如圖31）；AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器

13、可有效地降低開發(fā)成本。圖3-1 AT89C51單片機的管腳圖 表3-1 AT89C51單片機的要功能特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復擦寫（>1000次）Flash ROM32個雙向I/O口可編程UARL通道兩個16位可編程定時/計數(shù)器全靜態(tài)操作0-24MHz1個串行中斷128x8bit內(nèi)部RAM兩個外部中斷源共5個中斷源可直接驅動LED三級加密程序存儲器低功耗空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器及時鐘電路AT89C51單片機的管腳功能：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用

14、于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管

15、腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表3-2所示：表3-2P3

16、口管腳特殊功能P3口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻

17、率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密

18、方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 復位電路無論用戶使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設計。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)。而單片機復位電路設計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。 為確保模擬電風扇控制系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，

19、復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。復位是單片機的初始化操作，其目的是使CPU及各專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。如：把PC的內(nèi)容初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當單片機系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要復位以使其恢復正常工作狀態(tài)。RST端的外部復位電路有兩種操作方式：按鍵手動復位和上電自動復位。3.2.1 按鍵復位復位電路采用簡易的手動按鈕復位電路，主要由電阻R ，電容C ，開關K 組成，分別接至AT89C51

20、的RST復位輸人端。手動按鍵復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平（圖3-2(A)按鈕復位）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。3.2.2 上電復位AT89C51的上電復位電路如圖3-2(B)所示，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。當按下復位電路的復位開關Reset按鈕時，瞬間短接復位開關，由于此reset復位開關一端接地為低電平，另一端有電源5V供電端和PG信號端，間接

21、供給為高電平，通常為3.3V，而此復位開關的某一段也會直接或者間接的作用于南橋內(nèi)的復位系統(tǒng)控制模塊，所以瞬間短接復位開關會在開關的高電平端會產(chǎn)生一個低電平信號，此信號會直接或間接作用于南橋內(nèi)的復位系統(tǒng)控制器，使南橋強行復位之后，南橋也會強行去復位其他的設備和模塊，南橋給主板其他硬件設備復位后，整個主板復位完成，這就是主板復位電路的原理。本設計采用手動按鈕復位（如圖3-2(A)），以滿足復位的時間要求及設計質量。圖 3-2（A）按鍵復位電路圖 3-2 (B)上電復位電路圖3.3 時鐘電路單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘信號通常

22、用兩種電路形式得到: 內(nèi)部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設計采用內(nèi)部振蕩方式，如圖3-3所示。MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇，電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。8951單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放

23、大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保振震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。此單元電路根據(jù)常規(guī)電路參考值選擇：晶體振蕩器的頻率為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容C1、C2值都選擇30pF。圖3-3時鐘電路3.4 水位檢測電路實驗證明

24、，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ腗g2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導電。本控制裝置就是利用水的導電性完成的。如圖3-4所示，虛線表示允許水位變化的上下限。在正常情況下，應保持水位在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔的不同高度安裝了4根金屬棒，這里采用4只開關以感知水位變化情況并且具有以下優(yōu)點：1、建立快速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，保證水位數(shù)據(jù)信息的實時性與準確性；2、保證系統(tǒng)能夠高度可靠地實施和運行；3、系統(tǒng)為開放式設計，如果系統(tǒng)后期需要增設監(jiān)測網(wǎng)點，系統(tǒng)可以平穩(wěn)置換而不需重復投入大量資金；4、在保障水位測量功能的基礎上，優(yōu)化系統(tǒng)，降低系統(tǒng)費用。圖3-4 水位檢

25、測原理圖其中A開關處于下限水位，C開關處于飽和水位,D開關處于上限水位，各個開關的一端與地相連，另一端與單片機I/O口相連，蓄水池由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動以達到對水位控制之目的。供水時，水位上升，由于水的導電作用，A、B、C開關依次連通變?yōu)榈碗娖?。因此，P1.3、P1.2、P1.1三端依次為0狀態(tài)，當?shù)竭_上限水位時應停止電機和水泵工作，不再給水塔供水。當水位降到下限水位時，A、B、C開關都不能導通，因此，P1.3、P1.2、P1.1三端均為1狀態(tài)。這時啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水。當水位處于上下限水位之間時，A、C開關都導通，P1.3端為0狀態(tài)。P1.1端為1狀態(tài)。這時，電

26、機帶動水泵為蓄水池供水。3.5 顯示電路在單片機應用系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行結果，通常都需要直觀交互顯示出來。單片機應用系統(tǒng)中最常用的顯示器有LED和LCD兩種。這兩種顯示器都可以顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，LED和LED數(shù)碼顯示最為普遍，但隨著低功耗設計的要求，LED的使用也越來越廣泛。3.5.1 LED介紹LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。通過發(fā)光二極管芯片的適當連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當?shù)墓鈱W結構?？蓸嫵砂l(fā)光

27、顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點。由這些發(fā)光段或發(fā)光點可以組成數(shù)碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。3.5.2 顯示電路設計顯示電路采用LED的亮滅來表示當前水位的狀態(tài)，如圖3-5所示。元件選擇：發(fā)光二極管的壓降為1.5V2.5V,流過發(fā)光二極管的電流在3mA10mA則可以點亮發(fā)光二極管，這里取1.7V計算，當流過發(fā)光二極管的電流為3mA 時:限流電阻的阻值約為1K，當流過發(fā)光二極管的電流為10mA 時:限流電阻的阻值約為330。這里選用470的電阻進行限流保護。 R7 圖3-5水位顯示電路3.6 灌水電路灌

28、水電路是當水位低于某水位或某幾點水位時對蓄水池進行灌水使水位達到規(guī)定水位處，當水位達到該飽和水位時電機停止對其灌水。3.6.1 直流電機工作原理定義輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。在電刷AB之間加上直流電壓U，電樞線圈中的電流流向為：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個方向。這樣兩個有效邊中受到的電磁力的方向一致，電樞開始轉動。通從而電磁力或電磁轉距的方向不發(fā)生改變。電磁轉距是驅動轉距，其大小也為：T=KT

29、Ia。電動機的電磁轉距T必須與機械負載轉距T2及空載損耗轉距T0相平衡。即T=T2+ T0另外當電樞繞組在磁場中轉動時，線圈中也要產(chǎn)生感應電動勢E，這個電動勢的方向與電流或外加電壓的方向相反，稱之為反電動勢。其大小為：E=kEn方向與Ia相反過換向器可以實現(xiàn)線圈的有效邊從一個磁極如N極轉到另一個磁極下如S極時，電流的方向同時發(fā)生改變。圖3-6電機工作原理3.6.2 驅動電路 由于單片機的輸出電流很小不能達到直接驅動直流電機則應該增加輸出電流，可以通過采用復合調(diào)整管的方法來增加輸出電流。由于現(xiàn)在是電子時代，驅動電路也可以采用芯片，本設計采用高耐壓、大電流達林頓陳列ULN2003. 特點： 1）U

30、LN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅 NPN 達林頓管組成，如圖3-7所示。 2） ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個 2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 3） ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，并且能夠在關態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 4）ULN2003 采用 DIP16 或 SOP16 塑料封裝. 圖3-7 ULN2003封裝圖極限參數(shù)：3.6.3 灌水電路設計此系統(tǒng)電路主要由ULN2003和電機組成。由單片機

31、的P2.4輸出一個高電平，若輸出為高電平，通過ULN2003后轉換為低電平，此時在電源的作用下，電機正常工作。電路圖如3-8所示。 圖3-8 電機控制電路3.7 報警電路此系統(tǒng)電路主要由發(fā)光二極管D5、電阻R2、三極管Q1與揚聲器LS1組成。D5是紅色發(fā)光二極管，其正極連接P2.0。電阻R2一端接P2.0，另一端接三極管Q1，信號從P2.0輸出，經(jīng)過Q1放大觸發(fā)揚聲器發(fā)出“嘀、嘀”報警信號。只要單片機的P2.0腳輸出高低電平，揚聲器就發(fā)出連續(xù)的報警聲音，系統(tǒng)水位低于D點時停止工作。當整個控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時也會產(chǎn)生報警。手動復位也可使報警系統(tǒng)停止工作。系統(tǒng)電路圖如圖3-9所示： 圖 3-9報警電

32、路3.8 整機工作原理當用水使水位下降到下限水位時， A、B、C、D都處于“1“狀態(tài)，電機啟動。當水泵供水使水位低過了下限水位而達到A點時，P1.3變?yōu)榈碗娖?，D4亮。當水泵供水使水位超過了下限水位而達到B點時，P1.2變?yōu)榈碗娖剑?D4、D3亮。當水泵供水使水位超過了上限水位而達到C點時，P1.1變?yōu)榈碗娖剑?D4、D3、D2亮，電機停止。當水泵供水使水位到達最高水位D時，P1.0變?yōu)榈碗娖剑?D4、D3、D2、D1亮， D5閃爍，蜂鳴器發(fā)出報警。檢測電路的信號由P1.0P1.3輸入，P1.3與A的狀態(tài)有關，P1.2與B的狀態(tài)有關，P1.1與C的狀態(tài)有關，P1.0與D的狀態(tài)有關，這四種信號可

33、以組成四個不同的有用組合，水位與電機的關系見表3-3所示。 表3-3 水位與電機的關系水位在A點之下電機啟動水位在A點電機維持原狀態(tài)水位在B點電動加速水位于C 點電機停止工作水位在D點發(fā)出報警根據(jù)以下四個狀態(tài)：P1.3與A的狀態(tài)有關，P1.2與B的狀態(tài)有關，P1.1與C的狀態(tài)有關，P1.0與D的狀態(tài)有關，這幾種狀態(tài)與LED顯示的關于見下表3-4所示。表3-4 水位與LED的關系水位在A 點D4亮水位在B點D4、D3亮水位在C點D4、D3、D2亮水位在D點 D4、D3、D2、D1亮、D5閃爍，報警 水位在A點時,探測器給單片機輸入的信號為f7H。此時，單片機的P3.0輸出高電平，D4點亮。同時單

34、片機的P2.4輸出高電平，驅動電動機工作。水位在B點時，探測器給單片機輸入的信號為f3H，此.時，單片機的P3.0、P3.1輸出高電平, D4、D3點亮, 同時單片機的P2.4輸出高電平，驅動電動機工作。水位在C點時,探測器給單片機輸入的信號為f1H，單片機的P3.0、P3.1、P3.2輸出一個高電平，D4、D3、D2點亮。同時單片機的P2.4輸出低電平，三極管截止,電動機停止工作。水位在D點時，探測器給單片機輸入的信號為f0H，此時，單片機的P3.0、P3.1、 P3.2、P3.3輸出高電平, D4、D3、D2、 D1點亮。單片機的P2.0輸出高、低變化電平，三極管導通、截止，發(fā)出報警，二極

35、管D5閃爍。第四章 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。本設計采用Proteus和Keil兩個仿真軟件對硬件部分進行仿真。4.1 用PROTEUS 繪制原理圖運行 Proteus 的 ISIS 程序后，進入該仿真軟件的主界面。主界面由菜單欄、工具欄、預覽窗口、元件選擇按鈕、元件列表窗口、原理圖繪制窗口和仿真進程控制按鈕組成（如4-1所示）。通過元件選擇按鈕 P (從庫中選擇

36、元件命令) 命令，在彈出的 Pick Devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，對元件參數(shù)設置及元器件間連線，完成單片機系統(tǒng)的硬件原理圖繪制。圖4-2所示是繪制完成的電路圖。圖4-1運行 Proteus ISIS的主界面 圖4-2智能水位控制系統(tǒng)設計整機電路圖4.2 用Keil Vision3編寫程序 本設計利用Keil Vision3， 在新建Keil項目時選擇AT89C51單片機作為CPU，將C語言源程序導入，在keil軟件中完成程序編寫、調(diào)試和編譯之后，加載程序為.HEX文件，生成能讓單片機運行的Hex文件，如圖4-3所示。4.3 用PROTEUS對單片機內(nèi)核的

37、仿真在source 菜單的Define code generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目;在source菜單的Add/remove source files 命令下，加入單片機硬件電路的對應程序（主要采用 Keil 進行程序編譯）。打開如圖4-4所示的對話框。在 Program File 欄添加編譯好的十六進制格式的程序文件智能水位控制系統(tǒng)設計.hex,給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認為12MHZ， 單擊OK 按鈕完成程序添加工作, 下面就可以進行系統(tǒng)仿真了。Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機外圍電路或沒有單片機

38、參與的其它電路的工作情況，也能仿真單片機CPU的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。從某種意義上講Proteus仿真，基本接近與工程應用。圖4-3程序編寫、調(diào)試圖4-4 添加 智能水位控制系統(tǒng)設計.HEX文件圖仿真過程中如有硬件問題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問題可在Keil Vision3中直接修改，通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結果。本設計的仿真結果如圖4-5、圖4-6所示。 圖4-5水位在B點時 圖4-6水位在D點時第27 頁4.4 程序流程圖 開始 判斷temp的值 賦初值 temp=oxff

39、 temp=oxf7 temp=oxf3 temp=oxf1 temp=oxf0 While(1) 循環(huán) 指示燈 D4 D4D3 D4D3D2 指示燈 全滅 亮 亮 亮 全亮 電機正 電機正 電機間 電機停 電機停 temp賦給P1口 常工作 常工作 息工作 止工作 止工作 報警 圖4-7主程序流程圖 圖4-8 定時器1流程圖程序流程圖說明： 主程序流程用于初始化單片機，定時器1程序用于檢測P1口的值并用于執(zhí)行電機是否工作和水位指示燈LED的亮滅，以及報警提示。程序詳見附錄3。第五章 實物制作5.1 元器件的安放順序印制電路板的裝配是整機質量的關鍵，裝配質量的好壞對功放的性能有很大的影響。由于

40、我們采用的是萬用板，所以質量有可能降低。電路板的裝配總是要求是：元器件裝插正確，不能有插錯，漏插；焊點要光滑、無虛焊漏焊和連焊；在裝插元器件時，要執(zhí)行工藝指導書的規(guī)定，遵循元器件的裝插原則。滿足電路的電器規(guī)則，元器件要分部均勻。1安裝順序為，電阻、瓷片電容、晶振、IC插座、電解電容、LED發(fā)光二極管、三極管、蜂鳴器、繼電器。2布局單片機腳座在最前面，便于控制。3為了便于插裝元器件和焊接，在萬用板上用鉛筆勾畫出走線并描繪出焊接的位置。5.2 焊接5.2.1 焊接的工藝要求1. 焊接條件。被焊件端子必須具備可焊性。 被焊金屬表面保持清潔。 具有適當?shù)暮附訙囟?80350攝氏度。 具有合適的焊接時間

41、（3秒中），反復焊接次數(shù)不得超過三次，要求一次成形。 2. 焊點的基本要求。具有良好的導電性。 焊點上的焊料要適當。 具有良好的機械強度。 焊點光澤、亮度、顏色有一定要求。要求：有特殊的光澤和良好顏色；在光澤和高度及顏色上不應有凹凸不平和明暗等明顯的缺陷。 焊點不應有拉尖、缺錫、錫珠等現(xiàn)象。 焊點上不應有污物，要求干凈。 焊接要求一次成形。 焊盤不要翹曲、脫落。 3. 應避免常見的焊點缺陷如：拉尖、橋連、虛焊、針孔、結晶松散等。 5.2.2 焊接的操作1為了提高電路的可靠性，首選應對元器件進行檢查。應注意變壓器的檢測應分為靜態(tài)檢測和通電檢測。2為了便于焊接，應將要焊接的元器件進行刮腳，焊盤應用

42、砂紙砂光滑以便于焊接。3插入元器件，將烙鐵頭放在被焊件的焊盤上，使焊點溫度升高（有利于焊接）。如果烙鐵頭上有錫，則會使烙鐵頭上溫度很快傳遞到焊接點上。 4用焊錫絲接觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應從烙鐵頭側面加入，而不是直接加在烙鐵頭上。 5從焊錫絲開始熔化數(shù)3秒后，先移開焊錫絲，再移開電烙鐵。 6焊點冷卻后，用斜口鉗子將元器件的管腳剪掉，剪去管腳的長度應盡可能的要短。 7焊接完成后檢查看是否有錯焊、漏焊；線路的走線下、是否正確。注事事項： 移開烙鐵頭的時間、方向和速度，決定著焊接點的焊接質量，正確的方法是先慢后快，烙鐵頭移開沿45°角方向移動，及時清理烙鐵頭。5.3成品使用與驗

43、證由于元器件特性參數(shù)的分散性、裝配工藝的影響以及其他如元器件缺陷和干擾等各種因素的影響，使得安裝完畢的電子電路不能夠達到設計要求的性能指標，需要通過調(diào)整和試驗來發(fā)現(xiàn)、糾正、彌補，使其達到預期的功能和技術指標，這就是電子電路的調(diào)試。調(diào)試的一般步驟是：1.經(jīng)過初步調(diào)試，使電子電路處于正常工作狀態(tài)。2.調(diào)整元器件的參數(shù)以及裝配工藝分布參數(shù)，使電子電路處于最佳工作狀態(tài)。3.在設計和元器件允許的條件下，改變內(nèi)部、外部因素（如過壓、過流、高溫、連續(xù)長時間運行等）以檢驗電子電路的穩(wěn)定性和可靠性，即所謂的考機。調(diào)試的一般原則是先靜態(tài)調(diào)試后動態(tài)調(diào)試。調(diào)試前，先將焊好的電路板對照電路圖認真核對一遍，不要有錯焊、漏

44、焊、短路、元件相碰等現(xiàn)象發(fā)生。通電后，人體不允許接觸電路板的任一部分，防止短路，注意安全。如用萬用表檢測時，只用將萬用表兩表筆接觸電路板相應處即可。經(jīng)實驗證明，成品能滿足任務要求，對水位能夠成功檢測。使用說明：模擬水位按鍵只能由下到上依次處于閉合狀態(tài)或由下到上依次斷開狀態(tài)，不能調(diào)變按鍵，否則就不能正常模擬水位。結 論本論文是在導師老師的悉心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對作者影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。

45、本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向導師表示崇高的敬意和衷心的感謝！通過這次設計，我學會了和別人配合工作，因為一個人所學的知識不可能面面俱到的，只有通過合作，發(fā)揮自己的優(yōu)點，體現(xiàn)團隊精神，才能使工作做得更為出色。通過這次設計，我學到了許多書本上學不到的知識，增強了自己的動手能力。即將畢業(yè)我十分珍惜這次鍛煉的機會，我認真的完成了自己的設計任務，但由于自己的知識水平有限，仍然存在很多的不足之處，懇請老師多多指教！當今的社會是競爭的社會，而人才的競爭則是競爭的焦點，畢業(yè)設計對于我們即將離校的同學來說，是離校前很好的一次鍛煉，使我們各方面的能力都有了很大

46、的提高，為我們踏出校門，走上社會增強了能力與自信！ 畢業(yè)論文是?？茖W習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，與實際設計的結合鍛煉了我綜合運用所學的專業(yè)基礎知識的能力，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質力、抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。本論文的順利完成，離不開各位老師、同學和朋友的關心和幫助，在此表示深深的感謝。沒有他們的幫助和支持是沒有辦法完成我的論文的，同窗之間的友誼永遠長存。參考文獻1 蘇平單片機原理與接