带led灯显示的水箱液位定点控制系统设计

浙江科技学院自动化及电气工程学院专业综合实验实验报 告 书设计题目： 带 LED 灯显示的水箱液位定点控制系统设计 实验者姓名： 周 秀 泽 学号： 108031112 所在学院： 自动化与电气工程学院 所在班级： 自 动 化 084 实验时间： 2011.6.26-2011.7.5 指导老师： 郑 永 平 - 1 -摘要本设计阐述了以 AT89S51和其他一些外围元器件组成的具有 LED 显示水箱液位定点控制。该电路采用各色 LED 灯显示的水箱动态液位。通过两个按键分别控制单片机的两种工作模式。单片机通过各色 LED 来模拟液位信号产生及控制驱动设定。关键词: 水箱液位定点控制，单片机，按键，模式切换，LED 显示- 2 -目录1 概述 .31.1 课程设计的意义 .31.2 设计的任务和要求 .32 系统总体方案及硬件设计 .42.1 水箱液位定点控制系统方案论证 42.1.1 方案 42.2 系统总体设计 52.3 系统模块 52.3.1 主控制器 52.3.2 显示电路 62.3.3 按键 72.3.4 报警 83 实验仿真 .94 总结与体会 10查考文献 11附 1 实物照片 .12附 2 源程序代码 .14- 3 -1 概述1.1 课程设计的意义 本次课程设计是在我们学过单片机后的又一次实践，可增加我们的动手能力。特别是对单片机的系统设计有很大帮助。本课程设计由两个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。1.2 设计的任务水箱液位定点控制系统设计1) 显示：4 个绿色 LED 竖排显示高、中、低、超低液位；1 个双色 LED 代表模拟水泵（红色亮开/ 绿色亮停） ；1 个黄色 LED 超低液位报警，要求闪亮（ 1 秒亮， 1 秒暗）2）可选操作：A 按键（按下启动）低液位 LED 灭时，启动水泵开启并保持；当高液位 LED 亮时，停止水泵运转。B 按键（按下启动）超低液位 LED 灭时发出报警信号（黄色 LED 闪亮） ，同时启动水泵开启并保持；当高液位 LED 亮时，停止水泵运转。3）模拟液位信号产生：应用单片机内定时器编程设定输出模拟液位信号a. 停泵后 5 秒，高位 LED 灭； 10 秒后，中位 LED 灭；15 秒后，低位 LED 灭；20秒后，超低 LED 灭。b. 开泵后 5 秒，超低 LED 亮； 10 秒后低位 LED 亮；15 秒后中位 LED 亮；20 秒后高位 LED 亮。4）控制驱动设定：用高位信号驱动延时 3 秒停泵；用低位（常规）或超低（报警）信号驱动延时 3 秒开泵。- 4 -2 系统总体方案及硬件设计2.1 水箱液位定点控制系统方案论证2.1.1 方案系统功能要求，决定控制系统采用 AT89S51 单片机，该电路采用 LED 显示水箱动态液位。以 AT89S51 和其他一些外围元器件组成的具有 LED 显示水箱液位定点控制。该电路采用各色 LED 灯显示的水箱动态液位。通过两个按键分别控制单片机的两种工作模式。单片机通过各色 LED 来模拟液位信号产生及控制驱动设定。本文采用 AT89S51 作为核心元件,AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP ）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价 AT89s51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。- 5 -2.2 系统总体设计温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器采用 DS18B20，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。图 2.21 总体设计方框图图 2.22 系统仿真图2.3 系统模块系统由单片机最小系统、LED 显示电路、按键等组成。2.3.1 主控制器单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用 12MHZ。复位电路采用上电复位。AT89S51绿色 LED 显示黄色 LED 报警显示单片机复位时钟振荡模式选择按键红绿双色模拟水泵- 6 -图 2.3.11 晶振电路图 2.3.12 复位电路2.3.2 显示电路显示电路采用 4 位共阳极 LED 数码管，P0 作为段码输出并作为各色 LED 的显示。- 7 -图 2.3.2 LED 显示电路2.3.3 按键P3.2 口和 P3.3 口。作为两个按键的输入端口。与 P3.2 连接的是 A 按键，A 按键（按下启动）：低液位 LED 灭时，启动水泵开启并保持；当高液位 LED 亮时，停止水泵运转。与 P3.2 连接的是 B 按键，B 按键（按下启动）：超低液位 LED 灭时发出报警信号（黄色 LED 闪亮） ，同时启动水泵开启并保持；当高液位 LED 亮时，停止水泵运转。- 8 -图 2.3.3 按键与单片机的连接2.3.4 报警本设计采用黄色 LED 闪烁报警。若超低液位 LED 灭时发出报警信号。图 2.3.4 报警电路- 9 -3 实验仿真进入 protuse 后，连接好电路，并将程序下载进去，并运行。图 41 LED 显示仿真- 10 -4 总结与体会通过这次对带 LED 灯显示的水箱液位定点控制系统的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于水箱液位定点控制系统的原理与设计理念，要设计一个电路要先用仿真程序仿真尝试验证可行性之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。- 11 -查考文献【1】陈海宴. 51 单片机原理原理及应用基于 Keil 与 Proteus 北京航天航空大学出版社【2】马忠梅，张凯，等. 单片机的 C 语言应用程序设计(第四版) 北京航空航天大学出版社【3】张俊谟. 单片机中级教程原理与应用（第二版） 北京航空航天大学出版社【4】张毅，张宝芳，曹丽等. 自动检测技术及仪表控制系统（第二版） 化学工业出版社- 12 -附 1 实物照片图 1 实物全照- 13 -图 2 工作状态图 3 电路板背面- 14 -附 2 源程序代码#include#define uchar unsigned char#define OFF 1 /灯灭#define ON 0 /灯亮sbit High_level=P00; /高液位sbit Middle_level=P01; /中液位sbit Low_level=P02; /低液位sbit Ultra_Low_level=P03; /超低液位sbit RED=P05; /水泵运行指示灯sbit GREEN=P06; /水泵停止指示灯sbit Alert=P04; /报警指示uchar time=0;uchar count=0;uchar sign; /按键标志位uchar flag=0; /闪烁标志位/*计时*/void Time_count()interrupt 1 using 1TH0=(65536-50000)/256; /50msTL0=(65536-50000)%256;time+;if(time=20) /1s 定时time=0;flag=1;count+; /每 1s 计时void Style(void) /这个模拟环境if(count=5 /水泵停止 LED 亮RED=OFF;if(count=28 /水泵打开 LED 亮GREEN=OFF; count=0; /一个循环void Alert_LED(void) /发出警报信号，黄色 LED 灯亮if(flag=1)Alert=!Alert;flag=0;/*A 按键信号控制*/void A_key()interrupt 0 using 0TR0=!TR0;sign=A; /*B 按键信号控制*/void B_key()interrupt 2 using 2TR0=!TR0;sign=B;/*初始化*/void Initial(void)EA=1; /总允许 打开ET0=1; /定时器 0 源允许 打开- 17 -EX0=1; /外部中断 0 源允许 打开EX1=1; /外部中断 1 源允许 打开IT0=1; /打开外部中断 0IT1=1; /打开外部中断 1TR0=0;TMOD=0X01; /设置定时器方式 1TH0=(65536-50000)/256; /50msTL0=(65536-50000)%256;High_level=OFF; /高液位Middle_level=OFF; /中液位Low_level=OFF; /低液位Ultra_Low_leve