單片機課程設計報告水塔水位控制系統(tǒng)解析

1、北京理工大，學珠海，學院UHAI CAMPU SneEIJIbG INSTITUTE OF TECHM DLOGY機械與車輛學院單片機課程設計報告（2012-2013學年第一學期）課程設計題目：水塔水位控制系統(tǒng)姓名：學號：210404021045班級：00機械電子工程33班指導老師:chenlaoshi時間：2013年1月14日一2013年1月25日成績：北京理工大擘珠海擘院尸 ZHUHAI GAMPV SrBEI JIH& IHSTITUTG OF TECHN OL<OGY目錄1、 課程設計性質(zhì)和目的 22、 課程設計的內(nèi)容及要求 2三、課程設計的進度及安排3四、設計所需設備及

2、材料3五、設計思路及原理分析4六、流程圖及程序編寫5七、調(diào)試運行8八、結(jié)果及分析9九、心得體會10十、參考文獻10H一、致謝11十二、附錄.11-1 -一、課程設計性質(zhì)和目的這次課程設計水塔水位控制是繼這學期我們學習的 單片機原理與接口 技術(shù)課程與實驗結(jié)束后的一門綜合性實踐課， 讓學生初步嘗試把理論與實踐結(jié) 合，培養(yǎng)了學生的實踐能力。水塔水位控制設計需要緊密結(jié)合所學的知識， 在參閱相關(guān)資料中，可以加深、鞏固所學知識，同時也拓寬了知識面，有一定的 深度和廣度，能充分發(fā)揮學生的能動性和想象力。通過電路設計、安裝、調(diào)試等 一系列環(huán)節(jié)的實施，提高學生的單片機應用系統(tǒng)的設計能力。二、課程設計的內(nèi)容及要求

3、1、硬件設計(1)用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中 P2.0接水位下限傳感器， P2.1接水位上限傳感器，P2.2輸出經(jīng)反相器后接光電耦合器，通過繼電器控制 水泵工作，P2.3輸出經(jīng)反相器后接LED當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P2.4輸出經(jīng) 反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。(2)用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。其中 A電級置于水位10CM 處，接5Vfe源的正極，B級置于水位15CMt,經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.0 口, C電級置于水位的20CMt,經(jīng)4.7K下拉電阻接單片機的P1.1 口。(3)設計一個單片機至水泵的控制電路。要求單片機與水泵之間用反相器、 光電耦

4、合器和繼電器控制，計算出LED艮流電阻，接好繼電器的續(xù)流二極管。 2、軟件設計(1)根據(jù)功能要求畫出控制程序流程圖。(2)根據(jù)控制程序流程圖編寫80C51匯編語言或C51程序3、功能要求：(1)水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵，水塔水位上升至上限水位則關(guān)閉 水泵。(2)水塔水位在上、下限水位之間時，水泵保持原狀態(tài)。(3)供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警。北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥三、課程設計的進度及安排廳P項目時間1布置課程設計任務、講授焊接基本知識1天2水塔水位控制總體方案設計、仿真器

5、使用1天3硬件設計和制作1天4硬件制作和調(diào)試1天5Protel99的使用1天6軟件設計和軟件調(diào)試1天7綜合調(diào)試1天8整體調(diào)試1天9檢測驗收、寫課程設計報告1天10答辯1天表1課程設計的進及安排表四、設計所需設備及材料元件名繼電器SRD-12VDC-SL-C光電藕合器原理圖工作原理線圈通電產(chǎn)生磁場，吸 附開關(guān)，使常閉端打 開，閉合與常開端；4n25PNP三極管輸入的電信號驅(qū)動發(fā) 光二極管，使之發(fā)出一 定波長的光，被光探測 器接收而產(chǎn)生光電流， 再經(jīng)過進一步的放大 輸出，實現(xiàn)電一光一電 的轉(zhuǎn)化PNP三極管用作開關(guān)， 當基極電位低于發(fā)射 極電位是三極管導通個數(shù)-3 -9015c電阻 220單向?qū)ǎ?/p>

6、保護繼電電阻 4.7k電阻 1k表2設計所需設備及材料表五、設計思路及原理分析水塔水位控制原理圖見圖1,圖中兩條虛線表示正常工作情況下水位升降的上下限，在正常供水時，水位應控制在兩條虛線代表的水位之間。B測量水位下限，C測量水位上限，A接+5V, B C接地。圖1水塔水位檢測原理圖在水塔無水或水位低于下限水位時，B C為斷開，B C兩點電位為零（低電平“0”），需要水泵供水，單片機輸出低電平，控制電機工作供水。水位上升 到B點，B接通，B點電位變?yōu)楦唠娖健?1”，C開關(guān)仍斷開，C點仍為低電平， 維持現(xiàn)狀水泵繼續(xù)供水。當水位上升到 C點時，C接通。這時B C均接通，B、 C兩點都為高電平，表示水

7、塔水位已滿，需水泵停止供水，單片機輸出高電平， 電機斷電停止供水。水塔水位開始下降，水位在降到B點之前，B點電位為高、C點電位為低，單片機輸出控制電平維持不變，仍為高。當水位降到B點以下，B、C兩點電平都為低時，單片機輸出控制電平又變低 ，水泵供水。如圖2:用80C51設計一個單片機最小控制系統(tǒng)。其中 P1.0接水位下限傳 感器；P1.1接水位上限傳感器；P1.2輸出經(jīng)Q0電流放大后接光電耦合器，接通 繼電器，帶動電機控制水泵工作；P1.3輸出經(jīng)反相器后接LED當出現(xiàn)故障時 LED閃爍；P1.4輸出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。用塑料尺、導線等設計一個水塔水位傳感器。 其中A電極置于水

8、位10cm處, 接5V電源的正極；B電極置于水位15cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.0 口； C電極置于水位20cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機的P1.1 口。北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥圖2水塔水位控制硬件圖兩個水位信號由P1.0和P1.1輸入，這兩個信號共有四種組合狀態(tài)。如表 3 所示。其中第三種組合（b=1、c=0）正常情況下是不能發(fā)生的，但在設計中還是 應該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。表3水塔水位信號狀態(tài)表C(P1.1)B(P1.0)操作00電機運轉(zhuǎn)01維持原狀1

9、0故障報警11電機停轉(zhuǎn)六、流程圖及程序編寫單片機控制程序：#include <reg52.h>把P2.0定義為b;代表B傳感器；把P2.1定義為c；代表C傳感器；把P2.2定義為d;代表電機控制端；把p2.3定義為led;代表警報燈；把P2.4定義為fly;代表蜂鳴器；void delay() 延時函數(shù)；延時 1sunsigned char i;for (i=0;i<20;i+)TH1=15536/256;TL1=15536%256;TR1=1;while(!TF1);TF1=0;void main()設置工作方式T1;給P2 口賦初值；if(c=0) LC_傳感器為低電平，

10、電機控制端賦低電平；d=0;if(c=1) C傳感器為高電平，報錯，報警燈和蜂鳴器工作;led=0;fly=0;-# -北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H & PHSTITUTE OF TECHN OLOG¥if(b=1&&c=1) B,C 傳感器同時為高電平時，電機控制端為高電平，電機停轉(zhuǎn)，報警燈,蜂鳴器不工作;d=1;led=1;fly=1;delay()；以T41xTM?RSTRBh ME EAPQiX*JM FO1M&I PO2MD2 PO3£*t3PUEWG FO7MJ71 JLJTr - JJ-J

11、bPZJtVAfi P2.1JIM M.MiO 理 F2.WA.12 P2.SW.13： 同加A1W P27W5F3.CURXD P3.1JTTKD 戶汽研'FiflrraPM5H1甲前亙的了麗"注：未運行的界面;proteus仿真圖ci 即血皿 地i*ia PU2M2 PU3WD3 POflWD* R0 5MD5 池出電甫 IR0 7JMD7P2.0M P2.1MF2.2J1D F2.3VX11 H4JIA12 P2.SAA13 K.6IA14 P2 7.IA1E口*3.34 5 £ 7 IPIKmmllplE 龍至孟衛(wèi)：|中附口 P3 iffMpP33frJTQ

12、P3 3#JT1F3 5/T1P3EAWPSTfiCrAT 的俗？.sTFMT*注：B,C同時為低電平，電機正常工作!圖5 proteus仿真圖七、調(diào)試運行1、軟件測試：運用Protul軟件進行仿真檢驗。在元件庫中找到所需要的元器件，把它們按 照原理圖的構(gòu)想依次連接起來，反復檢查線路會不會出錯。待畫完圖，就可以開 始仿真電路圖了。給單片機導入預先編程好的程序 ”.hex”文件，點擊仿真。仿真圖可以運行， 但是電機在B,C都為低電平的情況下沒有運轉(zhuǎn)。說明電路有部分地方短路或者斷 路了，觀察仿真圖中的電位情況也許可以找到問題的所在。 經(jīng)過多次的檢查發(fā)現(xiàn)， 各點的電位并沒有像想象中的那樣有什么不妥。

13、現(xiàn)在就要搞清楚仿真中的元器件的所有主要參數(shù)是否和實際的參數(shù)相符合。 查看資料，對于繼電器，它本身的線圈電阻是在400歐左右，在查看仿真中的元 器件的參數(shù)，不難發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)和實際相差很大， 它給的是理想線圈，也就是沒 有內(nèi)阻。這樣就如預期的那樣找到電機不轉(zhuǎn)的原因了。原始數(shù)據(jù)沒有進行改變； 查找資料，得知光電耦合器的發(fā)光二極管的壓降為 1.151.5v,最大電流為60mA, 電流傳輸比CTR為20%70%。通過已知的條件求出每條線路上所需要的電阻大 小。對各各元器件的初參數(shù)設置完畢，啟動仿真，整體像想象中的那樣正常工作！ 軟件仿真結(jié)束，仿真圖里的數(shù)值引用到實際電路的焊接中。2、硬件測試：焊接完整體

14、的板件，開始測試板子電路是否能夠完成所需要的功能。應為 電路的原版是根據(jù)仿真電路出來的，所以不一定能夠一次性就完成設計。對于板子上的元器件來說，有兩個是特別容易燒掉的，PNP三極管和4N25光電耦合器。因為它們的工作電壓較低和工作電流很小，所以要特別的注意。雖然已經(jīng)給了足夠的保護還是不能太掉以輕心要是燒了就沒有其他器件可以 換了。首先，測試光電耦左邊能否正常工作。把三極管的 B極接于低電平，給予 E極高電平，測試兩管腳之間的電壓降是多少。經(jīng)測試三極管正常工作，可是 光電耦合器的1,2管腳的電壓異常偏高。斷去電源，用萬用表的測試端測試1,2 管腳是否擊穿，發(fā)現(xiàn)并沒有完全短路，有可能是封裝的時候沒

15、有裝好。其次，測試光電耦合器右端是否能正常工作。給繼電器加上12v的電壓，用導線短接光電耦合器的4,5號管腳，繼電器能發(fā)出啪啪聲，也就是說明光電 耦合器右端能夠正常工作。再次，對整塊板進行調(diào)試。給光電耦合器兩邊電路都通上電，給三極管的 B端輸入一個低電平，繼電器不工作。說明光電耦合器無法工作。應當更換光 電耦合器；換完光電耦合器后的檢測。換完光電耦合器后進行整塊板子的調(diào)試，給三 極管B極一個低電平繼電器能夠工作。插到單片機上給一個周期性的低電平， 繼電器能夠周期性的發(fā)出啪啪聲，整體調(diào)試通過！八、結(jié)果及分析最后電動機正常工作，達到預期的效果圖6焊接電路板正反面照片cGecw 一 eGoon* A

16、ttoon- * :*e<QIoI。oooooolol。o Qo Kooooaoooooo Jooooooo i 10080000m t Hoo?v 000003S 。一01。OOOOOQO0aoooQoe -«二口 0000 6OC>O九、心得體會這次課程設計，我學到的東西很多！可以說是先苦后甜，剛開始我先查閱了 各個零件的資料，查閱了很多相關(guān)的程序進行了進一步的學習， 整個過程就是從 前期的懵懂-到一知半解，這個過程是艱難苦悶的，靠自己的學習和請教，請教 了老師和同學終于在最后完成了這次課程設計。在設計過程也遇到問題，在電路設計完仿真出現(xiàn)了問題，改了很多次電機依然沒動

17、，繼續(xù)參閱程序，百度，思考 哪里可能有問題，后來對虛擬器件進行參數(shù)設定后慢慢的一個一個的問題給解 決，電機動起來的時候，那是發(fā)自內(nèi)心真正的快樂！ 一切變得都是值得的！解決了仿真，開始了板子焊接，認認真真的焊接，經(jīng)過幾個小時的奮斗結(jié)束 了焊接，高興了不過幾分鐘，因為硬件的調(diào)試沒有成功！用萬能表查時候短路， 虛焊還是一直找不出原因。不甘郁悶了很久，沒辦法麻煩同學幫忙看看，在同學的幫助下終于查出是一處接錯了， 借了電烙鐵回到宿舍繼續(xù)焊接，修正了 其他一些錯誤。這次課程設計終于圓滿結(jié)束了！這次課程設計通過查找資料和實際的焊接解 決問題，把理論的知識和實際運用緊密的聯(lián)系在一起， 讓我們對元器件的各部分

18、功能及其運用有了更深入的了解， 鍛煉了我們解決問題的能力，細心仔細，認真 才能避免很多錯誤，我想生活也是一樣，對待事情都應該用全身心態(tài)度投入的態(tài) 度去做。十、參考文獻1高玉良.電路與模擬電子技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2011.10.2龍治紅，譚本軍.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京理工大學出版社，2010.73王靜霞.單片機應用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.54徐瑋.C51單片機高效入門M.機械工業(yè)出版社，2006.5張永楓.單片機應用實訓教程M.清華大學出版社，20086龍治紅.數(shù)字電子技術(shù)M.北京理工大學出版社，2010.7-9 -北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV

19、 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥十一、致謝感謝chen老師在這兩周來的盡心照顧， 感謝您的耐心指導和解答。同時也要 感謝給予我?guī)椭耐瑢W，尤其是哥在自己已經(jīng)很忙的情況下， 還幫我查電路，解 答，能夠完成這次設計沒有他是不可能的，感謝哥！十二、附錄將編程練習題，數(shù)字時鐘設計的分析及完整程序附上，程序必須加上注釋;將protel仿真練習題，protel原理圖及仿真結(jié)果圖附上，并進行相應的分析。1 .整流器TFX橋式整流器4220P50Z/z-# -要求原副邊變比為 10JG=470/K = 3000按如圖所示要求，建立protel仿真原理圖，要

20、求仿真顯示u1、同和心的波形,圖8改變電容后的仿真圖2.數(shù)字時鐘內(nèi)容要求：1 .用7段8位的LED數(shù)碼管設計出一個數(shù)字時鐘，要求顯示分（2位）、秒（2 位）及十分之一秒即0.1秒（1位）。按下啟動按鈕啟動數(shù)字時鐘，按下停止按鈕 暫停計時，當再次按下啟動按鈕時，從當前值繼續(xù)計時，當按下復位按鈕時，時 鐘復位。2 .通過設定定時按鍵，對時鐘的分鐘進行設定，每按一次，分鐘設定加1,開始時，LED燈D1處于熄滅狀態(tài)，當啟動計時后，計時到達設定時間，時鐘復 位，且LED燈D1處于一直亮的狀態(tài)。北京理工大擘珠海擘院ZHiU HA I GAMPV 5rBEMI H & INSTITUTE OF TE

21、CHN OL<OG¥PDJ1HDD miADl PQJHDZPOJAD3 PCI%D” 血IHAPDJ的 DE 如眄時P2DWFZWfiP23ftll 幅皿10P25ftO k MmP276 修EW，：D 內(nèi)生g。F 1而H 93MTTFl5可P3Sff1_P36«R舊而finU1-0-bxnuiiT5DTALER9T咫一 n.iADi R32AK2 R31口 1cgM RMW MS防所PJ-LW 期珈tl P2W1 FZMLZ 利爾J MW 陽1A匕MAT2V-l V1WMttC歿n n _ u(JF5D*XD n vnn razwm F33WTInvritysfU

22、rU23Hin ran , ,H -n1 4+2期: n田1： T-*研,膽-Dt4ni8-8imguJ小咨一 .T.在protues軟件中按圖8-1,建好實驗電路圖。按要求編寫程序圖9數(shù)字時鐘仿真圖程序如下：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar shuzi=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/是數(shù)碼管的段選，數(shù)組里邊的分別表示：0123456789uchar weixuan=0xfe,0xfd,0xfb,

23、0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /-13 -B北京理工大擘珠海擘院L ZHUHA I GAMPV SrBEI JIHGp IHSTITUTG OF TECHN OL<OGY-15 -是數(shù)碼管的位選sbit k1=P3A0;/啟動sbit k2=P3A1；/復位sbit k3=P3A2;/停止sbit d1=P0A0;/LED燈uint i,second,minute,n,x,b,c,a,flag1,flag2;void delay(ucha門)；/延時函數(shù)void dingshi();/void delay5ms();/void shizhong();/停止，設定設定

24、的操作void main()TMOD=0x12;/TH1=(65536-50000)/256; /TL1=(65536-50000)%256; /TR1=0;/EA=1;/ET1=1;EX1=1;/IT1=1;/方式P2=0x00;/ P2P1=0xff;/while(1)shizhong();shizhong();用于定時分鐘函數(shù)定時5MS1于按鍵的消抖時鐘控制函數(shù)，包括對時鐘的啟動，復位,定時器1工作方式1和定時器0工作方式2定時時間為50MS設初值開定時器1開總中斷/開定時器T1允許位開放外部中斷0允許位置外部中斷為邊沿（下降沿4）觸發(fā)口為段選P1 口為位選void shizhong()

25、; / 顯示數(shù)字時鐘北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥void dingshiqing1() interrupt 3/ 用定時器 1 中斷號為 3TH1=(65536-50000)/256; / 定時時間為 50MSTL1=(65536-50000)%256; i+;/if(i=2)/100mSiiJ,即 0.1 秒，即 0.1 秒加 1i=0;n+;if(n=10)/1000ms到，即1秒，秒加1,后n要清零n=0;second+;if(second=60) /60秒到，即分鐘加1,后秒要清

26、零second=0;minute+;if(minute=60)/ 60分鐘到，分鐘要清零minute=0;void weidu1() interrupt 2/外部中斷 1unsigned int z;flag1=1; /b=second;c=n;a+;if(a=60)a=0;for(z=0;z<40;z+) dingshi();void delay(ucha門)unsigned char j,k;for(k=0;k<i;k+)for(j=0;j<255;j+);void shizhong()P1=weixuan6;P2=smg_dun;/顯示時鐘的0.1秒位delay(2);P1=weixuan5;P2=0x40;/ "-"delay(2);P1=weixuan3;P2=smg_dusecond/10; /顯示時鐘的秒的十位delay(2);P1=weixuan4;P2=smg_dusecond%10; /顯示時鐘的秒的個位delay(2);-19 -P1=weixuan2;P2=0x40;delay(2);P1=weixuan0;P2=shuziminute/10; / delay(2);P1=wei