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文檔簡(jiǎn)介
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
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