水位控制系統(tǒng)設計說明

1、.課題名稱 ：水箱水位控制系統(tǒng)設計.專業(yè) .專注.專業(yè)：電氣工程及其自動化學號：姓名：.專業(yè) .專注.水箱水位控制系統(tǒng)設計摘 要本設計主要基于單片機的硬件電路設計 ,實現(xiàn)一種能夠實現(xiàn)水位自動控制 、具有自動保護 、自動聲光報警功能的控制系統(tǒng) 。本控制系統(tǒng)由 A/D 轉換部分、單片機控制部分 、數(shù)碼顯示部分 、電機驅動部分 、電機控制部分等構成 。 同時對各個部分進行了詳細的論述 。 在設計中對水塔水位控制原理進行分析 ,選用 AT89C51 單片機作為控制水塔水位的處理芯片 ,由 AT89C51 的 P1 口直接來控制 .設計方案采用模塊化程序設計方法 ,結合程序流程圖 ,編寫程序代碼 ,最后

2、利用 KEIL 公司的 u Vision3 軟件及偉福仿真軟件進行仿真實驗 ,達到單片機自動控制水塔水位變化的目的 .關鍵詞：單片機，水塔水位控制原理 ， AT89C51，偉福仿真軟件.專業(yè) .專注.目錄前言 .1第1章 設計內容 .21.1設計要求 .21.2方案設計 .2第2章硬件電路設計 .32.1系統(tǒng)框圖設計 .32.2系統(tǒng)原理 .4第3章水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設計.53.1水位檢測電路 .53.2水位顯示電路 .53.3電機控制電路 .63.4振蕩電路和復位電路.73.5聲光報警電路 .7第4章軟件程序設計 .84.1系統(tǒng)主程序流程圖.84.2編寫 C 程序 .9第5章 硬件制作

3、與調試.10結論 .11附錄 .12仿真總圖.12源代碼 .13.專業(yè) .專注.前言水塔是在日常生活和工業(yè)應用中經(jīng)常見到的蓄水裝置，在我們的生活中起到了重要的作用，而水基于單片機的水塔水位控制系統(tǒng)使水塔水位自動保持在一定的位置，通過對其水位的控制對外供水，以滿足需要 。 塔里面的水位控制是一個水塔發(fā)揮作用的關鍵。該系統(tǒng)使用水位傳感器對水塔水位進行檢測并將檢測到的信號傳給單片機來進行處理，通過調整定時器的定時時間來增大或者縮小占空比，并編寫程序加以控制，從而實現(xiàn)電機的調速 。最后 ，使用液晶屏顯示當前水位狀態(tài)以及電動機的轉速。該系統(tǒng)通過了報警模塊來實現(xiàn)了過低水位蜂鳴器鳴笛報警、過低警戒水位自動處

4、理、正常水位蜂鳴器鳴笛報警以及正常水位處理。本系統(tǒng)適應在不同的用水場合下的用水速度需要，節(jié)省工作時間 ，提高了整體工作的效率，實現(xiàn)水塔水位的自動控制。液位控制是工業(yè)控制中的一個重要問題，針對液位控制過程中存在大滯后 、時變 、非線性的特點 ，為適應復雜系統(tǒng)的控制要求，人們研制了種類繁多的先進的智能控制器，模糊 PID 控制器便是其中之一 。 模糊 PID 控制結合了 PID 控制算法和模糊控制方法的優(yōu)點，可以在線實現(xiàn) PID 參數(shù)的調整 ，使控制系統(tǒng)的響應速度快，過渡過程時間大大縮短，超調量減少 ，振蕩次數(shù)少 ，具有較強的魯棒性和穩(wěn)定性，在模糊控制中扮演著十分重要的角色 。.專業(yè) .專注.第1

5、章設計內容1.1 設計要求在 Proteus中畫出原理圖或使用實物，編制程序 ，實現(xiàn)以下功能：(1) 使用 LED 數(shù)碼管顯示當前水位 ；(2) 使用按鍵模擬水位開關 ；(3) 可以設定水位上 、下限 ，到達或超過水位上限時 ，電機停止轉動；到達或超過水位下限時 ，電機開始轉動 。(4) 設置聲光報警系統(tǒng) ，當水位過低或滿水位時 ，相應報警指示燈閃爍，并發(fā)出報警聲 。1.2 方案設計本方案采用單片機AT89C51作為我們的控制芯片,主要工作過程是當高塔中的水在低水位時,水位探測傳感器送給單片機一個高電平,然后單片機驅動水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍;當水位在正常范圍內時,水泵加水 ;當水位在高水

6、位時,單片機不能驅動水泵加水,黃燈閃爍 。 單片機技術是信息時代用于精密測量的一種新技術。此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準確地把輸入的電平送給單片機不會產(chǎn)生誤判的情況,由于AT89C51單片機有四端口， 20 引腳能夠非常方便地設計顯示系統(tǒng)。.專業(yè) .專注.第 2 章硬件電路設計2.1 系統(tǒng)框圖設計系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路，按鍵電路 ，電動機和蜂鳴器驅動電路，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 。 蜂鳴器和電動機驅動原理基本相同，都為三級管驅動電路，按鍵電路為平常的獨立按鍵電路，液晶電路參考設計手冊即可。電路設計框圖如圖2.1 所示 。水位自動控制系統(tǒng)設

7、計：圖 2.1水位控制系統(tǒng)總框圖.專業(yè) .專注.2.2 系統(tǒng)原理當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測器沒被+5V 的電源導通進入穩(wěn)壓電路，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的 P1.7 口，輸出的高電平進入單片機的P1 口單片機經(jīng)過分析，在 P3.2口輸出一低電平，驅動紅燈閃爍 ，同時在P3.1 口輸出一低電平，驅動蜂鳴器報警 ；P3.0出來一個信號使三極管導通，使水泵加水 ；當水位處于正常范圍內時 ，水泵加水 ，在 P3.2引腳出來一個低電平 ，使紅燈滅 ；當水位在高水位區(qū)時，傳感器的低水位探測線被導通，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.0口，單

8、片機經(jīng)過分析，在 P3.3引腳出來一個低電平，使黃燈亮 ，在 P3.1口輸出一低電平，驅動蜂鳴器報警 ； P3.0 輸出一個信號使三極管導通，使水泵停止加水。采用單片機AT89C51 作為我們的控制芯片,主要工作過程是當高塔中的水在低水位時,水位探測傳感器送給單片機一個高電平,然后單片機驅動水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍，同時報警 ;當水位在正常范圍內時,水泵加水,當水位在高水位時 ,單片機不能驅動水泵加水,黃燈閃爍 ，同時報警 。.專業(yè) .專注.第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設計水塔水位控制系統(tǒng)的單片機選用AT89C51芯片，在 Proteus平臺下進行硬件仿真。硬件電路設計分為水位檢

9、測、水位顯示 、聲光報警 、電機控制 、振蕩電路和復位電路幾個部分。3.1 水位檢測電路本檢測電路采用 DIPSW-8 組開關來做水位監(jiān)測觸發(fā) 。 水位檢測部分是用單片機 P1.0 P1.7 連接的 8 個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，和滿水位 。 水位檢測電路如圖 3.1 所示圖 3.1水位檢測電路3.2 水位顯示電路采用一片LED 數(shù)碼管進行顯示，由單片機P0.0 P0.7 和 P2.0 口輸出段碼 ，進行水位顯示數(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 和水滿時的水位標志。水位顯示電路如圖3.2

10、 所示.專業(yè) .專注.圖 3.2水位顯示電路3.3 電機控制電路加水時 ，電機正常工作。為確保水塔內不能沒有水，所以在設計當中，當?shù)竭_水位0 的時候就開始供水，電機工作 。電機控制部分，采用了三極管放大來控制電機的工作，由單片機P3.0口進行控制。電機控制電路如圖3.3 所示 。.專業(yè) .專注.圖 3.3電機控制電路3.4 振蕩電路和復位電路圖3.4振蕩電路和復位電路.專業(yè) .專注.3.5 聲光報警電路本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈D1 亮表示是低水位狀態(tài)，蜂鳴器報警；黃燈 D2 發(fā)亮 ，水泵停止加水，蜂鳴器報警 。原理圖如圖3.5圖 3.5聲光報警電路.專業(yè) .專

11、注.第 4 章軟件程序設計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單片機的初始化，設置警戒液位的上下限 ，實時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.專業(yè) .專注.4.2 編寫 C 程序根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，在 keilC51中編寫相應程序，并檢索 、編譯。查找編寫程序中的錯誤，并改正 ，最終得到正確的程序。 并生成 HEX文件 。 在仿真調試時使用。 編寫的 C 程序見附錄 4.2表 1元件清單元件序號型號主要參數(shù)元件序號型號主要參數(shù)R1金屬10KQ1NPNPN2222膜，0.25wC1CAP20pFLS1SPEAKER1VC2CA

12、P20pFD1LED-RED2VC3CAP-ELEC10uFD2LED-YELLOW12VX1CRYSTALMMOTOR顯示器7SEG-MPX2DSW1DIPSW-8.專業(yè) .專注.第 5 章硬件制作與調試根據(jù)系統(tǒng)結構圖與原件清單，設計電路圖 ，在 proteus 軟件里繪制電路圖 ，并進行仿真調試檢測程序及電路圖中的錯誤，最終得到正確的電路圖。調試成功后電路運行情況：單擊仿真運行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍色代表低電頻 。按下低水位按鈕時，在 LED 顯示器上顯示 “0 ”， 低水位報警 ，低水位報警指示燈紅燈亮，蜂鳴器響 ，電機工作給水塔加水；按下水

13、位 1 按鈕時，顯示水位為 “1 ”， 低水位報警指示燈紅燈滅，電機工作給水塔加水；按下水位 2按鈕時 ，顯示水位為 “2 ”；按下水位3 按鈕時 ，顯示水位為 “3 ”；按下水位 4 按鈕時 ，顯示水位為 “4”，水塔控制工作正常運行；按下水位 7按鈕時 ，顯示水位為 “7 ”，高水位報警 ，黃燈亮 ，蜂鳴器響，電機停止工作 。 總體電路圖見附錄一 。.專業(yè) .專注.結論該自動系統(tǒng)才用自帶存儲空間的8051 單片機芯片，造型袖珍 ，線路簡單 ，運行效率高 。 與外部的聯(lián)系小，減少了外部干擾對系統(tǒng)的運行影響，具有很好的穩(wěn)定性。在內部干擾中，由于所有運算都有單片機芯片內.專業(yè) .專注.部自己完成

14、，減少了數(shù)據(jù)傳輸損耗的可能性，對數(shù)據(jù)的運算傳輸可靠性高。其次 ，在這次課程設計中，我們運用了以前學過的專業(yè)課知識，如：proteus仿真 、 C 語言 、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去我從未獨立應用過他們 ，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設計的又一收獲。最后 ，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次將整個程序設計好，反復修改 、不斷改進是程序設計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設計中遇

15、到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。.專業(yè) .專注.附錄仿真總圖.專業(yè) .專注.源代碼#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar codeshuzu=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80;uint n,m;/*延時程序 *void delay()uint i,j;for(i=0;i<12;i+)for( j=0;j<120;j+);.專業(yè) .專注.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 *voidmain()led1=0;led2=0;while(1)i