單片機(jī)水位水塔課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　水</b></p><p><b>　　塔</b></p><p><b>　　水</b></p><p><b>　　位</b></p><p><

2、b>　　控</b></p><p><b>　　制</b></p><p>　　2013 年 6 月 15 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　液位是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領(lǐng)域里，對(duì)液位的測量和控制效果直接影響到產(chǎn)品的

3、質(zhì)量。本文介紹一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器的設(shè)計(jì)方法，該控制器以單片機(jī)為核心，通過外圍硬件電路來達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的。由于單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小，耗電少，控制精度高，運(yùn)行可靠等的特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。本文介紹了水位控制系統(tǒng)工作的基本原理。闡述了一種基于單片機(jī)的通用水位控制系統(tǒng)的基本組成，并提出了該系統(tǒng)模塊化的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法，本文設(shè)計(jì)了一種以AT89C2051為核心研制的液位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能對(duì)液位進(jìn)行巡回檢測、顯示和

4、報(bào)警，同時(shí)也能對(duì)液位進(jìn)行智能控制。單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測量的一種新技術(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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 傳感器 單片機(jī) 程序設(shè)計(jì) 外圍硬件電路 </p><p><b>　　Abstract</

5、b></p><p>　　Many industrial production level is one of the important parameters in chemical industry, metallurgy, medicine, aviation, etc, the level measurement and control effect directly affect the qual

6、ity of the products. This paper introduces a level controller based on microcomputer design method, the controller based on singlechip, through the peripheral hardware circuit to achieve the purpose of achieving control.

7、 Because of the single chip computer has small, less consumption, high control accuracy,</p><p>　　Keywords: sensor microcontroller program design peripheral hardware circuit</p><p><b>　　1引

8、言</b></p><p>　　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

9、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):</p><p>　　1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。</p><p>　　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。</p><p>　　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

10、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</p><p>　　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),

11、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。</p><p><b>　　2塔水位控制原理</b></p><p>　　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

12、位．B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位。水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水。單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，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棒均與+5 V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5 V即為。l”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棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“r狀態(tài)。C端為“O”狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)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，

13、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棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給水塔注水，示意圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 水池水位檢測原理圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件總體方案</b></p><p>　　系統(tǒng)的原理是采用7個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測，在現(xiàn)場的3個(gè)不同的位置，由

14、下至上測量水體的液位值,。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LED顯示器顯示出液位的7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)，示意圖如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 硬件原理框圖</b></p>

15、;<p><b>　　4系統(tǒng)軟件總體方案</b></p><p>　　水位檢測是通過7個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測的，當(dāng)水位到檢測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

16、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，加水電磁閥可能出故障,流程圖如圖3所示。</p><p><b>　　圖3流程圖</b></p><p><b>　　5仿真結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)水位傳感器

17、感應(yīng)到水滿時(shí)，LED數(shù)碼管就顯示滿位6。表示此時(shí)的水量充裕，用戶可以放心使用。詳見附錄二</p><p>　　當(dāng)水位傳感信號(hào)輸出為1時(shí)，即表明此時(shí)的水塔水位已經(jīng)到了我們預(yù)定的警戒線水位，此時(shí)報(bào)警信號(hào)為紅色的二極管持續(xù)發(fā)光，與P1.7口連接的三極管基極有電流，而使得三極管導(dǎo)通，繼電器開始工作，電閘閉合，蓄水池內(nèi)的水泵開始向水塔供水。詳見附錄三</p><p>　　水位逐漸上升，LED數(shù)碼管跟

18、隨顯示水位的變化，并且直到水塔內(nèi)的水量到達(dá)滿位，此時(shí)的顯示數(shù)字為6，這時(shí)的報(bào)警燈信號(hào)熄滅，而且三極管關(guān)斷，繼電器開關(guān)斷開，水泵停止工作。詳見附錄四</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我遇到了很多的困難，因?yàn)楹枚嘀R(shí)是不連貫的，所以需要準(zhǔn)備很多方面的知識(shí)去融合，去聯(lián)系。由于在學(xué)習(xí)的時(shí)候更注重的是書面上的東西，而本次課程設(shè)計(jì)更

19、多的是鍛煉了我的動(dòng)手動(dòng)腦能力，讓我有機(jī)會(huì)把課上學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為可以在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要介紹了水體的液位檢測控制，介紹了AT89C51單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，利用LED來進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示,我設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能,并設(shè)有液位報(bào)警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)控制液

20、位并實(shí)現(xiàn)水體的液位報(bào)警。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我了解到自己的知識(shí)應(yīng)該充分利用在實(shí)踐上，在實(shí)踐中把書本上的知識(shí)固化成自己的能力。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候也有很多的想法，但是有一些想法被否定了，最終完成設(shè)計(jì)的時(shí)候優(yōu)先考慮了在課程上學(xué)習(xí)到的知識(shí)，并且和單片機(jī)、電子電路的知識(shí)結(jié)合起來。這次設(shè)計(jì)之后，我感覺到自己在自動(dòng)化專業(yè)上的學(xué)習(xí)應(yīng)該還有很長的路走，

21、自動(dòng)化是一個(gè)很有前途的行業(yè)，它涉及了生產(chǎn)生活的多個(gè)方面，對(duì)人們的影響可想而知，所以，學(xué)好自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)不僅僅是對(duì)自己能力提升和自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，更是一件很有意義，可以讓自己有所感觸，有所收獲的事業(yè)。</p><p>　　在最后，我很感謝所有傳授我知識(shí)的老師，和關(guān)心幫助我的同學(xué)，也很榮幸自己可以和自動(dòng)化結(jié)下不解之緣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

22、/p><p>　　[1] 王思明.《單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社出版，2012</p><p>　　[2] 王驥程.《化工過程控制工程》 北京化學(xué)工業(yè)出版社，1981.</p><p>　　[3] 謝自美.《電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與測試》 華中科技大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[4] 楊國志王立峰.楊東光.《實(shí)用電

23、子制作實(shí)例》 福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000.</p><p>　　[5] 金偉正.《單線數(shù)字溫度傳感器的原理及用》 電子工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[6] 王永平.《陳建華基于S7—200PLC的高性能電熱鍋爐控制系統(tǒng)》 儀表技術(shù)與傳感器，2002.</p><p>　　[7] 潘新民.《王艷芳微.型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 高等教育出版社，2

24、002.</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡單，整個(gè)軟件部分較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序如下</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　unsigned char co

25、de table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,</p><p>　　0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　sbit shuiman=P1^0;</p><p>　　sbit sw5=P1^1;</p><p>　　sbit sw4=P1^2;</p><p&g

26、t;　　sbit sw3=P1^3;</p><p>　　sbit sw2=P1^4;</p><p>　　sbit sw1=P1^5;</p><p>　　sbit shougong=P1^6;</p><p>　　sbit dianji=P1^7;</p><p>　　sbit state=P3^7;</p&

27、gt;<p>　　void delay02s(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i,j,k;</p><p>　　for(i=100;i>0;i--)</p><p>　　for(j=100;j>0;j--)</p>

28、<p>　　for(k=248;k>0;k--);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0;</b></

29、p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(shuiman==0&&sw5==1&&sw4==1&&sw3==1&&sw2==1&&sw1==1)</p>&l

30、t;p><b>　　{</b></p><p><b>　　dianji=1;</b></p><p><b>　　state=1;</b></p><p>　　P0=table[6];</p><p>　　delay02s();</p><p>

31、<b>　　}</b></p><p>　　if(shuiman==1&&sw5==0&&sw4==1&&sw3==1&&sw2==1&&sw1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=table[5];<

32、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shuiman==1&&sw5==1&&sw4==0&&sw3==1&&sw2==1&&sw1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>

33、;　　P0=table[4];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shuiman==1&&sw5==1&&sw4==1&&sw3==0&&sw2==1&&sw1==1)</p><p><b>　　{</b>&l

34、t;/p><p>　　P0=table[3];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shuiman==1&&sw5==1&&sw4==1&&sw3==1&&sw2==0&&sw1==1)</p><p><b&

35、gt;　　{</b></p><p>　　P0=table[2];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shuiman==1&&sw5==1&&sw4==1&&sw3==1&&sw2==1&&sw1==0)</p>

36、;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　dianji=0;</b></p><p><b>　　state=0;</b></p><p>　　P0=table[1];</p><p><b>　　}</b></p&

37、gt;<p>　　if(shougong==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　dianji=0;</b></p><p><b>　　state=0;</b></p><p>　　P0=table[0];</p&g

38、t;<p>　　delay02s();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄二</b></p><p>