單片機(jī)水位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)1

1、單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目： 水位控制系統(tǒng)班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：時(shí) 間：課程設(shè)計(jì)成績評定表學(xué)期2011-2012姓名專業(yè)電力自動化班級課稱名單片機(jī)原理及接口技術(shù)設(shè)計(jì)題目水位控制系統(tǒng)評語成績指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)時(shí)間2011年 12月 28日備注目錄 TOC o 1-5 h z 摘 要 10 引 言21、幾種方案的比較 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 簡單的機(jī)械式控制方式 3. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 復(fù)雜控制器控制方案 3. HYPERLINK l bookmark16

2、o Current Document 通過水位變化上下限的控制方式 3.2、水塔水位控制原理 43、電路設(shè)計(jì) 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 水位檢測接口電路 5報(bào)警接口電路 6存儲器擴(kuò)展接口電路 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 流程圖 7 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 程序 75、結(jié)語 96、參考文獻(xiàn) 10摘要經(jīng)過綜合分析選擇

3、了由單片機(jī)控制的智能型液位控制器作為研究項(xiàng)目， 通過 訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問題、 解決問題和綜合使用所學(xué)知識的潛能。 通過對模型 的設(shè)計(jì)可很好的延伸到具體使用案例中。 設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)水塔水位檢測控制 系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)超高、 低警戒水位報(bào)警， 超高警戒水位處理。 介紹電路接口原理圖， 給出相應(yīng)的軟件設(shè) 計(jì)流程圖和匯編程序， 并用 Proteus 軟件仿真。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 該系統(tǒng)具有良好 的檢測控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；水位檢測；控制系統(tǒng)；仿真0 引言 水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍， 避免“空塔”、 “

4、溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。 目前，控制水塔水位方法較多， 其中較為常用的是由單片機(jī) 控制實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行， 使水塔內(nèi)水位保持恒定， 以保證連續(xù)正常地供水。 實(shí)際供水 過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動， 應(yīng)采用電壓控制水位。 首先通過實(shí)時(shí)檢 測電壓，測量水位變化，從而控制電動機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以 Atmel 公司的 AT89C5l 單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)， 實(shí) 現(xiàn)水位的檢測控制、 電機(jī)故障檢測、 處理和報(bào)警等功能， 并在 Proteus 軟件環(huán)境 下實(shí)際仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能， 可移植性和擴(kuò)展。設(shè)計(jì)方案比較說明系 對于水位進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方式有

5、很多， 而使用較多的主要有 3 種，三種方式 的實(shí)現(xiàn)如下：簡單的機(jī)械式控制方式 。其常用形式有浮標(biāo)式、 電極式等， 這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單， 成本低 廉。存在問題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能 單獨(dú)控制，和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜控制器控制方式 。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器， 把出口壓力變成 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、 A D 變換成數(shù)字信號 傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較， 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由 DA 變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào) 節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)

6、到控制水塔水位的目的。通過水位變化上下限的控制方式 。這種控制方式通過在水塔的不同高度固定不動的 3 根金屬棒 ABC，以感知水 位的變化情況。其中， A 棒處于下限水位， C棒處于上限水位， B 棒在上下限 水位之間。 A棒接+5V電源， B棒C棒各通過一個(gè)電阻和地相連。針對上述 3 種控制方式， 以及設(shè)計(jì)需達(dá)到的性能要求， 這里選擇第三種控制 方式。最終形成的方案是， 利用單片機(jī)為控制核心， 設(shè)計(jì)一個(gè)對供水箱水位進(jìn)行 監(jiān)控的系統(tǒng)。 當(dāng)水塔水位下降至下限水位時(shí)， 啟動水泵；水塔水位上升至上限水 位時(shí)，關(guān)閉水泵；水塔水位在上、下限水位之間時(shí)，水泵保持原狀態(tài)；供水系統(tǒng) 出現(xiàn)故障時(shí)，自動報(bào)警；故障

7、解除時(shí)，水泵恢復(fù)正常工作。水塔水位控制原理 單片機(jī)水塔水位控制原理如圖 l 所示，圖中的虛線表示允許水位變化的 上、下限位置。在正常情況下，水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的 不同高度處，安裝固定不變的 3 根金屬棒 A、 B、C，用以反映水位變化的情況。 其中， A棒在下限水位， B棒在上、下限水位之間， C棒在上限水位 （ 底端靠近水 池底部，不能過低，要保證有足夠大的流水量 ） 。水塔由電機(jī)帶動水泵供水，單 片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升，當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，由于 水的導(dǎo)電作用，使 B、 C棒均和 +5 V 連通。因此 b、c 兩端的電壓都為 +5 V 即為 “1”

8、狀態(tài)此時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下 限之間時(shí)， B棒和 A棒導(dǎo)通，而 C棒不能和 A棒導(dǎo)通， b端為“ 1”狀態(tài)， c 端為 “0”狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水 位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)，B、 C棒均不能和 A棒導(dǎo)通， b、c 均為“ 0”狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給 水塔注水。電路設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)主要由 CPU（AT89C51、） 水位檢測接口電路、報(bào)警接口電路、存儲器擴(kuò)展接口電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩 等部分組成，如圖 2 所示。圖 3 為系統(tǒng)硬件電路。圖 2 水塔水位控制原理框

9、圖圖 3 系統(tǒng)硬件電路水位檢測接口電路為了便于實(shí)現(xiàn)水位檢測功能， 用一個(gè)兩位的撥碼開關(guān)模擬 b、c 端的狀態(tài) （1 、0） ，正電極接 +5 V 電源，每個(gè)負(fù)電極分別通過 47 kQ 的電阻（尺 1，R2） 接地。將單片機(jī)的 P1 0 端口接開關(guān) 1，P11 端口接開關(guān) 2。假設(shè)被水淹沒的 負(fù)電極都為高電平，此時(shí)開關(guān)置 1；露在水面的負(fù)電極都為低電平，開關(guān)此時(shí)置 為 0。單片機(jī)通過負(fù)電極重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時(shí) （ 此時(shí)兩個(gè)開關(guān)均置 0） ， 電機(jī)必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，檢測信號為高，低電平（ 此時(shí)開關(guān) 1 置 1，開關(guān) 2 置 0） ；當(dāng)水位過高時(shí)，檢測信號為高電平 （此時(shí)

10、開關(guān) l 和 2 都置 1） ，單片機(jī)檢測到 P10和 P11為高電平后，立即停機(jī)。報(bào)警接口電路 為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，水位失去控制造成嚴(yán)重后果，在超出、低于 警戒界水位時(shí)，報(bào)警信號直接從高、低警界水位電極獲得。單片機(jī) P17 端口為 啟動電機(jī)命令輸出端口， P17=0 為低電平，經(jīng)過非門后和電機(jī)的另一端接地導(dǎo) 通，啟動電機(jī)工作； P17=l 為高電平，反之，電機(jī)停止工作。電機(jī)故障報(bào)警由 單片機(jī)控制，電機(jī)故障報(bào)警信號由 P10 和 P11輸人當(dāng) P15為高電平時(shí)蜂 鳴器報(bào)警。 水位超過高警戒水位， 單片機(jī)控制系統(tǒng)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動， 向水塔內(nèi)供 水工作也停止。存儲器擴(kuò)展接口電路 為了便于系統(tǒng)擴(kuò)展

11、，存放大容量使用程序，系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展一片程序存儲 器，用于存放源程序代碼。 74LS373 用于鎖存地址，單片機(jī)的 P0 0 P07 通 過復(fù)用方式分別接鎖存器 74LS373的 DOD7和存儲器 2732的 D0D7端，地址 鎖存信號線 ALE接鎖存器的 OE端，通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸， 鎖存器的輸出端 OQ0O7和存儲器地址線 A0A7 相連，剩余的 3 根地址線 A8 A11 接 P20 P22單片機(jī)選通引腳麗接存儲器 OE端，因只擴(kuò)展一片存儲器， 片選端 CE接地。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖當(dāng)水塔水位處于上、下限之間時(shí)， P10=l ，P11=0，此時(shí)無論電機(jī)是在帶 動水泵給水塔供

12、水使水位不斷上升 還是電機(jī)沒有工作使水位不斷下降， 都應(yīng)繼 續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時(shí)， P10=0，P11=0，此時(shí)啟動電機(jī)轉(zhuǎn) 動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號和輸出控制操作關(guān)系如表 1 所列，圖 4 為水塔水位控制程序流程。圖 4 水塔水位控制程序流程表 1 水位檢測信號和輸出控制操作關(guān)系程序ORG 0030HLOOP: ORL R1MOV AJNB ACC.0JB ACC.1BACK: ACALL D10S AJMP LOOPONE: JNB ACC.1 CLR 95H SETB 97HFOUR: SJMP FOURTHREE: CLR 97HAJMP BACKTWO: S

13、ETB 97HAJMP BACK#03H ; 為檢查水位狀態(tài)準(zhǔn)備P1 ONE ；P1.0=0 則轉(zhuǎn) TWO ； P1.1=1 則轉(zhuǎn)；延時(shí) 10sTHREE ；P1.1=0 則轉(zhuǎn)； 0 P1.5, 啟動報(bào)警裝置； 1 P1.7, 停止電機(jī)工作；啟動電機(jī)；停止電機(jī)工作延時(shí)子程序 D10S（延時(shí) 10s）ORG 0100HD10S: MOVR3#19HLOOP:MOVR1 #85HLOOP1:MOVR2 #0FAHLOOP2:DJNZR2 LOOP2DJNZR1 LOOP1DJNZR3 LOOP3RET結(jié)束語該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大 控制功能和方便通信接口， 該檢測控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室某實(shí)驗(yàn)水冷卻系統(tǒng)得到成功 實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和報(bào)警等功能，提高了實(shí)驗(yàn)的自動控 制能力。進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，可為實(shí)時(shí)實(shí)