基于單片機(jī)水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

目錄TOC\o"1-3"\h\u10232緒論 4315061基于單片機(jī)水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的 561461.1設(shè)計(jì)背景的簡(jiǎn)單介紹 5235981.2設(shè)計(jì)的目的 5260181.3基本功能 647462水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求 637012.1方案設(shè)計(jì) 6142082.2系統(tǒng)工作原理 7143163水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 736343.1系統(tǒng)硬件總體方案 7261623.2系統(tǒng)硬件方案 8269853.3核心芯片AT89C51單片機(jī) 8110264水位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9320964.1系統(tǒng)軟件總體方案 953814.2元器件清單 10258764.3實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果 1010208結(jié)束語 117876參考文獻(xiàn) 1213233致謝 12基于單片機(jī)水位控制系統(tǒng)摘要：水位智能監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)在生產(chǎn)生活中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量的對(duì)水位監(jiān)控操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控蓄水池的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對(duì)蓄水池控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的智能化化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。本單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是基于單片機(jī)控制技術(shù)，以8051單片機(jī)為核心控制蓄水池的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，很好的實(shí)現(xiàn)了蓄水池與水庫泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；水位；存儲(chǔ)器緒論液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對(duì)容器內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對(duì)窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液位控制一般指對(duì)某一液位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度。液體的液位的自動(dòng)控制,是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,微機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢(shì):1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。2)在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù),可以方便的改變液位的上限、下限。3)具有水體控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、安全性綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來,性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強(qiáng),利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn),因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,使用單片機(jī)控制液體液位是很好的選擇。目前我國在單片機(jī)測(cè)控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成績(jī),總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn),但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期,經(jīng)調(diào)查,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法,數(shù)年來這方面的研究的論文較多,著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。在上海,新型的單片機(jī)測(cè)控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚,在生產(chǎn)過程中需要新型的測(cè)控裝置與系統(tǒng),因此在不斷的努力研究與開發(fā)。上海的工程技術(shù)研究人員更著重的是生產(chǎn)實(shí)際研究,對(duì)理論、算法和成果的論文較少;深圳在研制新型的測(cè)控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就,盡管與其他國家比較尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特點(diǎn)就是實(shí)際,與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本不去考慮,主要考慮選取什么材料,測(cè)控什么物理量,優(yōu)點(diǎn)是什么,與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。1基于單片機(jī)水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的1.1設(shè)計(jì)背景的簡(jiǎn)單介紹由于自動(dòng)化技術(shù)在工礦企業(yè)的廣泛運(yùn)用,水位自動(dòng)控制技術(shù)越來越頻繁地進(jìn)入到自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的視線。傳統(tǒng)的水位控制系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但功能單一,無法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,且通用性差。如今隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品制造工藝成熟,批量生產(chǎn)降低了產(chǎn)品價(jià)格。人們開始意識(shí)到采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)水位控制。其人機(jī)交互性強(qiáng),功能強(qiáng)大,控制精度高,能夠方便地與上位機(jī)通訊,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。且價(jià)格低廉,通用性、實(shí)用性強(qiáng),能夠在稍作改造后或直接用于諸如自來水廠的儲(chǔ)水池、爆氣池,污水處理廠、化學(xué)工廠的各類液體池以及電廠一的鍋爐氣泡等需要水位自動(dòng)控制的場(chǎng)合。知識(shí)目標(biāo)：?jiǎn)纹瑱C(jī)開發(fā)軟件的使用方法；單片機(jī)語言程序的基本結(jié)構(gòu)及編譯方法；單片機(jī)電路仿真調(diào)試方法。能力目標(biāo)：會(huì)利用keilC51軟件對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行編譯；會(huì)利用proteus軟件繪制電路原理圖并實(shí)現(xiàn)仿真；會(huì)用keilC51軟件對(duì)源程序進(jìn)行編譯調(diào)試及與proteus軟件聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)電路仿真。1.2設(shè)計(jì)的目的隨著社會(huì)的進(jìn)步，人類生活水平的不斷提高，現(xiàn)在許多家庭都要求能夠進(jìn)行家庭用水自動(dòng)供水，基于調(diào)查我們決定設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的水位控制系統(tǒng)。在水塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探測(cè)傳感器用來探測(cè)三個(gè)水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時(shí)，水泵加水，綠燈亮；高水位時(shí)，水泵不加水，黃燈亮。本設(shè)計(jì)過程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)。1.3基本功能本設(shè)計(jì)是采用AT89C51單片機(jī)為核心芯片，及其相關(guān)硬件實(shí)現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng),在用液位傳感器測(cè)液位的同時(shí),CPU循環(huán)檢測(cè)傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測(cè)液位數(shù)據(jù),實(shí)施報(bào)警安全提示,當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)打開泵上水,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)或打開排水泵。2水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求2.1方案設(shè)計(jì)本方案采用單片機(jī)AT89C2051作為我們的控制芯片，主要工作過程是當(dāng)水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)使紅燈變亮；當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，綠燈亮；當(dāng)水位在高水位時(shí)，單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水，黃燈亮。方案中使用了單片機(jī)處理，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AT89C2051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)。相信本方案能幫助我很好地完成本次設(shè)計(jì)的各個(gè)指標(biāo)和達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。2.2系統(tǒng)工作原理當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒被+5V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(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，另一個(gè)穩(wěn)壓電路輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1.1口單片機(jī)經(jīng)過分析，在P1.2口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，P1.5出來一個(gè)信號(hào)使光電耦合器GDOUHE導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，在P1.3引腳出來一個(gè)低電平，使綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的兩根探測(cè)線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析，在P1.4引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P1.5端出來一個(gè)低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。3水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用8個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)的3個(gè)不同的位置，由下至上測(cè)量水體的液位值,。并把這四個(gè)液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳到單片機(jī)中,在通過3位七段LED顯示器顯示出液位的三種狀態(tài)及報(bào)警安全提示。用LED顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開、關(guān)水泵,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)。3.2系統(tǒng)硬件方案系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)液位控制是利用把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C51把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤的顯示與控制；下圖即是液位控制系統(tǒng)：由上圖可觀察到傳感器通過對(duì)液面進(jìn)行測(cè)量，輸出模擬信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過AT89C51單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過LED進(jìn)行顯示,通過報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過對(duì)閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。3.3核心芯片AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如下圖：4水位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測(cè)是通過8個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測(cè)的，當(dāng)水位到檢測(cè)位置其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開始加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障如圖4.2元器件清單4.3實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應(yīng)的程序在Pro-teus軟件環(huán)境下實(shí)際仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能成功實(shí)現(xiàn)了水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、處理和報(bào)警等功能，具有良好的檢測(cè)控制功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于某實(shí)驗(yàn)水冷卻系統(tǒng)。結(jié)束語通過這段時(shí)間不懈的努力，終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)。應(yīng)該說完成這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還比較成功的，通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，也讓我更加深刻的認(rèn)識(shí)和了解到單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用是如此的廣泛和實(shí)用。本系統(tǒng)主要由水位探測(cè)傳感器，單片機(jī)控制系統(tǒng)，水位顯示系統(tǒng)，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，水泵加水系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝方便。本系統(tǒng)采工作過程是當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒被+5V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(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)過分析，在P2.3口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，P2.0出來一個(gè)信號(hào)使光電耦合器GDOUHE導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的兩根探測(cè)線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析，在P2.2引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P2.0端出來一個(gè)低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，三燈閃爍。當(dāng)然，限于本人水平，本設(shè)計(jì)當(dāng)中也一定會(huì)存在很多不足，還希望各位老師多提意見，多多指教！參考文獻(xiàn)[1]趙貞圖、傳感器集成電路手冊(cè)[M]、2002年4月、第1版、化學(xué)工業(yè)出版社。[2]何希才、傳