水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課題名稱(chēng)：水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)：姓 名：水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要基于單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制、具有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)聲光報(bào)警功能的控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)碼顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電機(jī)控制部分等構(gòu)成。同時(shí)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在設(shè)計(jì)中對(duì)水塔水位控制原理進(jìn)行分析,選用AT89C51單片機(jī)作為控制水塔水位的處理芯片,由AT89C51的P1口直接來(lái)控制.設(shè)計(jì)方案采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法,結(jié)合程序流程圖,編寫(xiě)程序代碼,最后利用KEIL公司的u Vision3軟件及偉福仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),達(dá)到單片機(jī)

2、自動(dòng)控制水塔水位變化的目的.關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，水塔水位控制原理，AT89C51，偉福仿真軟件2目錄前言1第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容21.1 設(shè)計(jì)要求21.2 方案設(shè)計(jì)2第2章 硬件電路設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)32.2 系統(tǒng)原理4第3章 水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)53.1 水位檢測(cè)電路53.2 水位顯示電路53.3電機(jī)控制電路63.4振蕩電路和復(fù)位電路73.5聲光報(bào)警電路7第4章 軟件程序設(shè)計(jì)84.1 系統(tǒng)主程序流程圖84.2編寫(xiě)C程序9第5章 硬件制作與調(diào)試10結(jié)論11附錄12仿真總圖12源代碼13前言水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見(jiàn)到的蓄水裝置，在我們的生活中起到了重要的作用，而水基于單片機(jī)的水

3、塔水位控制系統(tǒng)使水塔水位自動(dòng)保持在一定的位置，通過(guò)對(duì)其水位的控制對(duì)外供水，以滿(mǎn)足需要。塔里面的水位控制是一個(gè)水塔發(fā)揮作用的關(guān)鍵。該系統(tǒng)使用水位傳感器對(duì)水塔水位進(jìn)行檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)傳給單片機(jī)來(lái)進(jìn)行處理，通過(guò)調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間來(lái)增大或者縮小占空比，并編寫(xiě)程序加以控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。最后，使用液晶屏顯示當(dāng)前水位狀態(tài)以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)通過(guò)了報(bào)警模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)了過(guò)低水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警、過(guò)低警戒水位自動(dòng)處理、正常水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警以及正常水位處理。本系統(tǒng)適應(yīng)在不同的用水場(chǎng)合下的用水速度需要，節(jié)省工作時(shí)間，提高了整體工作的效率，實(shí)現(xiàn)水塔水位的自動(dòng)控制。液位控制是工業(yè)控制中的一個(gè)重要問(wèn)題，針對(duì)液

4、位控制過(guò)程中存在大滯后、時(shí)變、非線(xiàn)性的特點(diǎn)，為適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的控制要求，人們研制了種類(lèi)繁多的先進(jìn)的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制結(jié)合了PID控制算法和模糊控制方法的優(yōu)點(diǎn)，可以在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的調(diào)整，使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大大縮短，超調(diào)量減少，振蕩次數(shù)少，具有較強(qiáng)的魯棒性和穩(wěn)定性，在模糊控制中扮演著十分重要的角色。 第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)要求在Proteus中畫(huà)出原理圖或使用實(shí)物，編制程序，實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)使用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位；(2)使用按鍵模擬水位開(kāi)關(guān)；(3)可以設(shè)定水位上、下限，到達(dá)或超過(guò)水位上限時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；到達(dá)或超過(guò)水位下限時(shí)

5、，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)設(shè)置聲光報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)水位過(guò)低或滿(mǎn)水位時(shí)，相應(yīng)報(bào)警指示燈閃爍，并發(fā)出報(bào)警聲。 1.2 方案設(shè)計(jì)本方案采用單片機(jī)AT89C51作為我們的控制芯片,主要工作過(guò)程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水;當(dāng)水位在高水位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍。單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測(cè)量的一種新技術(shù)。此系統(tǒng)使用過(guò)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A(yíng)T89C51單片機(jī)有四端口，20引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。第2章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)框圖設(shè)

6、計(jì)系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路，按鍵電路，電動(dòng)機(jī)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，液晶顯示電路組成。出主控芯片電路外，其他的都是外圍功能性電路。蜂鳴器和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理基本相同，都為三級(jí)管驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路為平常的獨(dú)立按鍵電路，液晶電路參考設(shè)計(jì)手冊(cè)即可。電路設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：圖2.1 水位控制系統(tǒng)總框圖2.2 系統(tǒng)原理當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)器沒(méi)被+5V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路，經(jīng)過(guò)處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的P1.7口，輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1口單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在P3.2口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈閃爍，同時(shí)在P3.1口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)

7、蜂鳴器報(bào)警；P3.0出來(lái)一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，在P3.2引腳出來(lái)一個(gè)低電平，使紅燈滅；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的低水位探測(cè)線(xiàn)被導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的P1.0口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在P3.3引腳出來(lái)一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P3.1口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；P3.0輸出一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵停止加水。采用單片機(jī)AT89C51作為我們的控制芯片,主要工作過(guò)程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍，同時(shí)報(bào)警;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水 ,當(dāng)

8、水位在高水位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍，同時(shí)報(bào)警。4第3章 水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)的單片機(jī)選用AT89C51芯片，在Proteus 平臺(tái)下進(jìn)行硬件仿真。硬件電路設(shè)計(jì)分為水位檢測(cè)、水位顯示、聲光報(bào)警、電機(jī)控制、振蕩電路和復(fù)位電路幾個(gè)部分。3.1 水位檢測(cè)電路本檢測(cè)電路采用DIPSW-8組開(kāi)關(guān)來(lái)做水位監(jiān)測(cè)觸發(fā)。水位檢測(cè)部分是用單片機(jī)P1.0P1.7 連接的8個(gè)按鈕分別代表低水位，水位1、水位2、水位3、水位4、水位5 ，水位6，和滿(mǎn)水位。水位檢測(cè)電路如圖3.1 所示圖3.1 水位檢測(cè)電路3.2 水位顯示電路采用一片LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由單片機(jī)P0.0P0.7和P

9、2.0口輸出段碼，進(jìn)行水位顯示數(shù)字0 7分別代表低水位、水位1、水位2、水位3、水位4，水位5和水滿(mǎn)時(shí)的水位標(biāo)志。水位顯示電路如圖3.2 所示 圖3.2 水位顯示電路3.3電機(jī)控制電路加水時(shí)，電機(jī)正常工作。為確保水塔內(nèi)不能沒(méi)有水，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)水位0 的時(shí)候就開(kāi)始供水，電機(jī)工作。電機(jī)控制部分，采用了三極管放大來(lái)控制電機(jī)的工作，由單片機(jī)P3.0 口進(jìn)行控制。電機(jī)控制電路如圖3.3所示。圖3.3 電機(jī)控制電路3.4振蕩電路和復(fù)位電路 圖 3.4  振蕩電路和復(fù)位電路3.5聲光報(bào)警電路本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)表示不同的水位情況。即紅燈D1亮表示是低水位狀態(tài)，蜂鳴器

10、報(bào)警；黃燈D2發(fā)亮，水泵停止加水，蜂鳴器報(bào)警。原理圖如圖3.5圖3.5  聲光報(bào)警電路7 第4章 軟件程序設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實(shí)時(shí)顯示液位值以及按鍵掃描等工作。主程序流程圖如圖4.1所示圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖4.2編寫(xiě)C程序元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)R1金屬膜，0.25w10KQ1NPNPN2222C1CAP20pFLS1SPEAKER1VC2CAP20pFD1LED-RED2VC3CAP-ELEC10uFD2LED-YELLOW12VX1CRYSTALMMOTOR顯示器7

11、SEG-MPX2DSW1DIPSW-8根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，在keil C51中編寫(xiě)相應(yīng)程序，并檢索、編譯。查找編寫(xiě)程序中的錯(cuò)誤，并改正，最終得到正確的程序。并生成HEX文件。在仿真調(diào)試時(shí)使用。編寫(xiě)的C程序見(jiàn)附錄4.2表1  元件清單9第5章 硬件制作與調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與原件清單，設(shè)計(jì)電路圖，在proteus軟件里繪制電路圖，并進(jìn)行仿真調(diào)試檢測(cè)程序及電路圖中的錯(cuò)誤，最終得到正確的電路圖。調(diào)試成功后電路運(yùn)行情況：?jiǎn)螕舴抡孢\(yùn)行開(kāi)始按鈕，我們能清楚地觀(guān)察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。按下低水位按鈕時(shí)，在LED 顯示器上顯示“0”， 低水位報(bào)

12、警，低水位報(bào)警指示燈紅燈亮，蜂鳴器響，電機(jī)工作給水塔加水；按下水位1 按鈕時(shí)，顯示水位為“1 ”， 低水位報(bào)警指示燈紅燈滅，電機(jī)工作給水塔加水；按下水位2 按鈕時(shí)，顯示水位為“2 ”；按下水位3 按鈕時(shí)，顯示水位為“3 ”；按下水位4 按鈕時(shí)，顯示水位為“4”，水塔控制工作正常運(yùn)行；按下水位7 按鈕時(shí)，顯示水位為“7”，高水位報(bào)警，黃燈亮，蜂鳴器響，電機(jī)停止工作?？傮w電路圖見(jiàn)附錄一。結(jié)論該自動(dòng)系統(tǒng)才用自帶存儲(chǔ)空間的8051單片機(jī)芯片，造型袖珍，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高。與外部的聯(lián)系小，減少了外部干擾對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行影響，具有很好的穩(wěn)定性。在內(nèi)部干擾中，由于所有運(yùn)算都有單片機(jī)芯片內(nèi)部自己完成，減少了數(shù)據(jù)

13、傳輸損耗的可能性，對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算傳輸可靠性高。其次，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了以前學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，如：proteus仿真、C語(yǔ)言、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過(guò)去我從未獨(dú)立應(yīng)用過(guò)他們，但在學(xué)習(xí)的過(guò)程中帶著問(wèn)題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。最后，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題要記錄，以免下次遇到

14、同樣的問(wèn)題。15附錄仿真總圖源代碼#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code shuzu=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80;uint n,m;/*延時(shí)程序*void delay() uint i,j; for(i=0;i<12;i+) for(j=0;j<120;j+);sbit k7=P17;sbit k6=P16;sbit k5=P15;sbit k4=P14;sbit k3=P13;sbit k2=P12;sbit k1=P11;sbit k0=P10;sbit dj=P30;sbit fmq=P31;sbit led1=P32;sbit led2=P33;/*主程序*void main()led1=0;led2=0;while(1) if(k6=1) dj=1; if(k7=0) n=0; i