水塔水位确定版(正文).doc

目录第1章绪论.11.1概述.11.2设计要求及意义.1第2章总体方案论证与设计.22.1总体设计方案.22.2系统组成.2第3章系统硬件设计.33.1以8051单片机为例讲解单片机的引脚及相关功能.33.2水位检测电路.43.3水质检测电路.4第4章系统的软件设计.错误!未定义书签。4.1水位控制程序.错误!未定义书签。4.2水质检测程序.74.3使用说明与注意事项.9第5章系统调试与测试结果分析.105.1软件调试.105.2硬件测试.10心得体会.11参考文献.12附录1程序.13附录2仿真效果图.191第1章绪论一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用MCS51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。这个系统程序由主控程序、延时子程序组成。其中主控程序是核心。由它控制着整个系统程序的运行和跳转。包括系统初始化，数据处理，故障报警等。1.1概述水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本实验采用两种方法（单片机和时基集成电路）进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。1.2设计要求及意义本次课程设计对我有以下意义:通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。2第2章总体方案论证与设计2.1总体设计方案现系统的功能，一是水位控制电路，二是水质检测电路，并且对于整个系统我们采用顺序控制。首先进行水位控制，水位电路根据输入不同的模拟量，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较，通过P1.2口对电机进行控制。水位控制电路完成其预定功能后，便自动转到延时子程序，系统经过一定的预定延时（本设计设定值为10S）之后，转去执行水质检测电路。检测电路根据不同的模拟量的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较后，由单片机产生不同的驱动信号，从而使对应的二极管发光，以显示不同的水质状态。水质检测结束，系统自动返回到程序的入口处，继续进行水位的检测和控制。如此往复循环达到对水塔水位的自动控制和对水塔水质的检测和显示，从而满足水位和水质的要求。2.2系统组成水位检测电路可以通过两个51单片机的管脚来感知水位的变化，产生不同的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。输出端可由一个端口来控制电机的运行状态，进而控制水泵的工作。水质检测的电路主要由A/D转换器组成。通过A/D转换为数字量作用于单片机，从而控制水质状况的显示。本次设计采用ADC0808芯片。用LED灯来显示水位的高低。ADC0808有8路模拟量的输入端口，本次设计只要用其中一个，8路模拟开关无需进行切换选通。设计通过A/D转换为数字量作用于单片机，进而控制电机的运转。本次设计采用可调电阻器来控制模拟电信号的输入。通过对电阻器的调节来模拟输入量的变化。通过对比数字量来进行判断水位的高低，不同颜色的信号指示灯显示不同的水质。进而通过输出口对电机进行开关控制。3第3章系统硬件设计3.1以8051单片机为例讲解单片机的引脚及相关功能电源:VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端；注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。控制线:控制线共有4根，ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:外ROM读选通信号。RST/VPD:复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。4P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）5.P3口第二功能P30RXD串行输入口P31TXD串行输出口P32INT0外部中断0（低电平有效）P33INT1外部中断1（低电平有效）P34T0定时计数器0P35T1定时计数器1P36WR外部数据存储器写选通（低电平有效）3.2水位检测电路为了便于实现水位检测功能，用一个两位的浮子开关A,B模拟b、c端的状态(1、0)，正电极接+5V电源，每个负电极分别通过4.7k的电阻(R1，R2)接地。将单片机的P1.0端口接开关B，P1.1端口接开关A。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平(此时开关B置1，开关A置0)；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关A和B都置1)，单片机检测到P1.0和P1.1为高电平后，立即停止电动机工作。3.3水质检测电路水质检测电路主要由ADC0808实现,通过A/D转换对比来判断水质的好坏。模拟量由模拟通道IN0输入，通过对可调电阻的调节，模拟输入不同的电压量。数字量的输出端与单片机的P0口相连接。单片机可通过对P0口数据的采集和处理，发出相应的控制信号。P3.0口和P3.6口通过逻辑或非门后，输出端接START与ALE端口。P3.0口和P3.7口也通过逻辑或非门后，输出端接OE端。5第4章系统的软件设计一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单。以下为设计的具体程序4.1水位控制程序图4-1水位控制程序流程图由以上流程图，可以得出水位控制程序清单如下：ORG0000H6AJMPMAINORG0030HSJMPLOOPORG0050HMAIN:SETBP1.0CLRP3.0CLRP3.6ACALLDELAYSETBP3