基于单片机的水塔水位控制系统的设计与仿真毕业论文.doc

目录 绪论绪论 1 1 1 1 总体方案总体方案 2 2 2 2 水位控制硬件设计水位控制硬件设计 3 3 2 12 1 电路总体框架图电路总体框架图 3 2 2LED2 2LED 数码管显示数码管显示 3 2 32 3 电机驱动及显示电机驱动及显示 4 2 42 4 水位检测电路水位检测电路 5 2 52 5 声光报警电路声光报警电路 6 3 3 软件部分软件部分 7 7 3 13 1 程序框图程序框图 7 4 4 PROTUSEPROTUSE 仿真显示仿真显示 8 8 总结总结 1111 参考文献参考文献 1212 0 绪论绪论 当今社会 科技以迅雷不及掩耳之势的速度发展着 人民生活水平也在不断的提 高 自动水位控制将给人们生活带来巨大的方便 由于单片机有极高的可靠性 微型 性和智能性 单片机已经广泛应用于我们生活和学习中 我们可以在许多领域见到单 片机的身影 小到玩具家电行业 大到车载 舰船电子系统 遍及计量测试 工业 过程控制 机械电子 办公自动化 工业机器人 军事和航空航天等领域都可以见到 单片机的身影 单片机是一种集成电路芯片 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力 的中央处理器 CPU 随即存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I O 口和中断系统 定时器 计时器等功能 可能还包括显示驱动电路 脉宽调制电路 模拟多路转换器 A D 转换 器等电路 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统 中央处理器 CPU 是单片微型计算机指挥 执行中心 由它读程序并执行指令 CPU 功能 是以不同方式来执行各种指令 有的指令涉及到各个寄存器之间的关系 有的 指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系 有的则与外部器件发生关系 总 的来说 CPU 是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的 对于本设计单片机结构简单实用性强 功能齐全 技术先进 使实现这设计不难 实现 同时 C 语言是单片机的重要 组成 如果能掌握好 C 语言编程 这将很大程 度上提高了开发效率 1 1 1 总体方案总体方案 本设计基于电阻式传感器并以水槽水位为模型 鉴于单片机液位测量装置的测 量准确 重复性能好 功耗低 使用寿命长等特点 所以该设计以单片机为基础的 水槽水位控制系统 在实际中 水位自动控制电路是通过水位传感器对水位进行采 样 将采样信号的水位高度转换为 0 5 V 的直流电压 再经过 A D 转换 12 后 将转换所得的 8 路并行数字量送入单片机进行处理来来驱动电机的启停等 从而 达到对水位进行自动控制的目的 通过对电压和水位的转换关系 最终利用单片机 进行精确的控制 实现对水位高度的显示 主 备电机和报警装置等的控制 但是 鉴于基于单片机的水位控制系统在 Protues 上进行仿真 而 Protues 上没有水槽水 位的模型 因此 可以用按钮来代替水位的传感器 本次设计实现的功能 1 两个数码管分别显示液位和当前时间 2 通过按钮来表示液位的高低 并来控制电机转动和停止来表示加水 3 通过两个 led 灯来表示系统工作状态 绿灯表示电机正常加水 红灯表 示需要加水或加水完成 4 运用喇叭来提示是否需要加水和加水是否完成 水位控制系统由电源电路 水位探测传感电路 稳压电路 继电器控制电机加 水电路 单片机 STC89C52 数码管显示电路组成 系统组成的方框图如下 系统总体框图 电源电路 稳压电路 数码管显 示电路 电机控制 电路 单 片 机 AT89C51 水位探测 传感电路 2 2 2 水位控制硬件设计水位控制硬件设计 2 12 1 电路总体框架图电路总体框架图 如图 2 1 中所示 图 2 1 电路总体框架图 2 2LED2 2LED 数码管显示数码管显示 对水位显示 本设计是通过 CD4511 来驱动共阴极数码管 将 CD4511 的 A B C D 端分别和 89C51 的 P3 口的低 4 位相连 A 是最低位 D 是最高位 然后 再将 CD4511 的 QA QB QC QD QE QF QG 分别和 LED 数码管的数据端相连 通过 89C51 的 P3 口的低 4 位来驱动数码管的显示 通过 A B C D 的 BCD 码来驱 动数码管的显示 3 CD4511 CD4511 驱动的数码管 对数字时钟的显示 本设计是通过 DS1302 来驱动八个数码管 将数码管的 a b c d e f g dp 分别和 89C51 的 P0 口相连 再将数码管的 1 2 3 4 5 6 7 8 端口分别和 89C51 的 P2 口相连 当系统一运行时 DS1302 能及时驱动数码管显示当前的时间 2 32 3 电机驱动及显示电机驱动及显示 电机控制部分 采用了三极管放大和二极管正向导通的作用和继电器的吸合作 用来控制电机的工作 由单片机 P1 0 口进行控制 而电机的工作状况由相应的显 示指示灯来显示 如图 2 8 所示 4 图 2 8 电机控制电路 2 42 4 水位检测电路水位检测电路 按键是直接用 I O 口线构成的单个按键电路 每个独立式按键占有一根 I O 口 线 各根 I O 口线之间不会相互影响 在此电路中 按键输入采用低电平有效 水位检测部分是用单片机 P1 4 P1 7 连接的四个按钮分别代表水满 低水位 中水位和蓄水位 由于基于单片机的水位控制系统在 Protues 中进行仿真时 Protues 中没有水 槽水位的模型 所以就不能用实际的液位传感器来前侧水槽中的实际水位 在这里 可以用四个按钮 K2 K3 K4 K5 来控制水塔中的水位 当按下 K5 电动机开始转 动 此时水塔中的水位会显示 1 即此时的水位时水槽总高度的 1 4 当按下 K4 电动机开始转动 此时水槽中的水位会显示 2 即此时的水位时水塔总高度的 2 4 当按下 K3 电动机开始转动 此时水槽中的水位会显示 3 即此时的水位时 水槽总高度的 3 4 当按下 K2 电动机开始转动 此时水槽中的水位会显示 4 即 此时的水位达到水满状态 如图 2 9 所示 5 图 2 9 水位检测电路 2 52 5 声光报警电路声光报警电路 报警电路是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果 以声音 光 气压等 形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品 声光报警部分主要由以扬声 器为代表的声音报警部分和以数码管为代表的光报警部分 它们分别由单片机的 P3 2 和 P3 7 接口来实现水位的报警 当 K2 按钮被按下时 即此时为 shuiman 报警指示灯发光二极管会闪烁并且扬声器会发出尖锐的报警声 且闪烁几秒钟后声 光报警会自动的关闭 当 K5 被按下时 即此时为低水位 报警指示灯发光二极管 会闪烁并且扬声器会发出尖锐的报警声 且闪烁几秒钟后声光报警会自动的关闭 如图 2 10 所示 图 2 10 声光报警电路 6 3 3 软件部分软件部分 3 13 1 程序框图程序框图 根据水塔水位控制硬件设计的分析要求及电路的特点 绘制出水塔水位控制程 序流程图 如图 3 1 所示 时钟显示 水位 1 电机转动 水位 2 电机转动指 示灯 水位 4 判断哪个 键按下 初始化 有键按下 无限循环 水位 3 电机转动指 示灯 报警灯 蜂鸣器 Sw1 按键 手动启动 Sw2 按键 Sw4 按键 Sw3 按键 无限循环无限循环 Y N 时钟显示时钟显示 开始 7 4 4 protuseprotuse 仿真显示仿真显示 根据水塔水位的不同高度 水位 1 水位 2 水位 3 和水满 基于单片机的水 位控制系统的仿真如下面的仿真图 3 5 所示 水位 1 水位 2 8 水位 3 水满水位 4 9 低水位 1 报警 满水位 4 报警 10 总结总结 经过这段边写论文边学习的时间后 我感触颇多 其中充满了酸 楚和幸福 我初步把自己学到的东西用于了实践之中 也在实践中学 到了很多东西 首先 我加深了自己的理论知识 使理论知识更好的 用于实践之中 是理论与实践更好的结合 其次 锻炼了自己的动手 能力 为自己以后的工作打下了一个基础 所以我们应该明白任何知 识都源于实践 出自于实践 实践是检验真理的唯一标准 此设计中还存在许多不足之处 自己的理论知识也不够全面和扎 实 不懂许多元件的使用方法 C 语言还不能学以致用 通过此次毕业 论文的设计我一定要加强自己的学习 不断的温故知新 不断的完善 自己 11 参考文献参考文献 1 王琪著 基于 Proteus 和 keil 软件的水塔水位控制系统设计 J 中国科技 信息 2009 11 140 141 2 秦实宏 徐春晖著 MCS 51 单片机原理及应用 M 武汉