智能水位控制系统设计

四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 论文 设计 论文 题目 智能水位控制系统设计 专 业 电子信息工程技术 班 级 纳思达 08 1 班 学 号 0819040 姓 名 黎 辑 蓉 指导教师 胡 德 清 二 0 一 0 年八月一日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 四川信息职业技术学院毕业设计 论文 任务书四川信息职业技术学院毕业设计 论文 任务书 学 生 姓 名 黎辑蓉学号0819040班级纳思达 08 1专业电子信息工程技术 设计 或论文 题目智能水位控制系统设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式 备 注 胡德清讲师四川信息职业技术学院 电子工程设计 论文 内容 1 主要内容和技术指标 1 电路以单片机为核心 集成电路驱动电机 LED 显示而构成 2 外接电源供电 具有自带时钟电路 复位电路 工作状态切换电路等 3 电路系统具自动控制水位等功能 2 任务与要求 1 选择各单元电路结构并阐述工作原理 给出整机电路原理图 2 准确计算或估算电路参数 正确选择电路元件 给出元件明细表 仿真测试 3 撰写设计说明书 要求准确阐述电路选择依据 反映计算方法 元件选择等设计过程 字数 不少于 6000 字 进度安排 进度安排内容及要求备注 7 1 7 7 了解毕业设计相关要求 搜集资料 拟定方案 7 8 7 20 选择各单元电路结构并阐述工作原理 确定系统电路原 理图 计算电路参数 选择电路元件 仿真测试或做样 品 7 21 中期检查 7 22 8 10 绘制电路原理图 元件明细表 撰写设计说明书等 8 11 毕业设计答辩 主要参考文献 资料 写清楚参考文献名称 作者 出版单位 1 苏平 单片机原理与接口技术 电子工业出版社 2003 年 5 月 2 林伸茂 8051 单片机彻底研究实习篇 人民邮电出版社 2005 年 8 月 3 韩志军 单片机应用系统设计 机械工业出版社 2005 年 1 月 4 陈坤 张义中等 电子设计技术 电子科技大学出版社 1997 年 5 月 5 郑应光 模拟电子线路 一 东南大学出版社 2005 年 3 月 6 李秀忠 单片机应用技术 人民邮电出版社 2007 年 1 月 7 肖洪兵 跟我学单片机 北京航空航天大学出版社 2002 年 3 月 审 批 意 见 教研室负责人 年 月 日 备注 任务书由指导教师填写 一式二份 其中学生一份 指导教师一份 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 I 目 录 摘 要 1 第一章 绪 论 2 第二章 总体方案 4 2 1 设计思路 4 2 2 功能描述 4 第三章 硬件设计 5 3 1 CPU 的选择 5 3 2 复位电路 8 3 2 1 按键复位 8 3 2 2 上电复位 8 3 3 时钟电路 9 3 4 水位检测电路 10 3 5 显示电路 11 3 5 1 LED 介绍 12 3 5 2 显示电路设计 12 3 6 灌水电路 12 3 6 1 直流电机工作原理 12 3 6 2 驱动电路 13 3 6 3 灌水电路设计 14 3 7 报警电路 15 3 8 整机工作原理 15 第四章 软件设计 17 4 1 用 PROTEUS 绘制原理图 17 4 2 用 Keil Vision3 编写程序 18 4 3 用 PROTEUS 对单片机内核的仿真 18 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 II 4 4 程序流程图 22 第五章 实物制作 23 5 1 元器件的安放顺序 23 5 2 焊接 23 5 2 1 焊接的工艺要求 23 5 2 2 焊接的操作 24 5 3 成品使用与验证 24 结 论 26 参考文献 27 附录 1 整机电路图 28 附录 2 元器件明细表 29 附录 3 源程序清单 30 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第0 页 摘 要 近年来随着科技的飞速发展 单片机的应用正在不断地走向深入 同时带动传统控 制检测日新月益的更新 在实时检测和自动控制的单片机应用系统中 单片机往往是 作为一个核心部件来使用 仅单片机方面知识是不够的 还应根据具体硬件结构 以 及针对具体应用对象特点的软件相结合 以作完善 本系统是以单片机的基本语言 C 语言 来进行软件设计编程的 其指令的执行速度快 节省存储空间 为了便于扩展和 更改 软件的设计采用模块化结构 使程序设计的逻辑关系更加简洁明了 使硬件在 软件的控制下协调运作 关键词 单片机 AT89C51 LED 显示技术 直流电机 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第1 页 第一章 绪 论 21 世纪是通信 电力 材料 电子 能源以及控制技术大发展并相互交叉的时代 而机电一体化技术正是把机械 电子 控制技术和计算器技术相结合的综合技术 智 能产品具有品种多 涉及的领域广等特点 自从应用电子技术发展以来 单片机微型 计算器因其体积小 价格低 性能灵活 开发方便的独特优势 在机电一体化产品的 开发和控制中得到了最广泛的应有 而且越来越向纵深发展 从简单的机电一体化产 品深入到数控系统 柔性化 智能化系统以及机器人系统等 当今世界在电子信息技术的领域里取得了社会跨跃式的进步 科学技术的飞速发 展使各国生产力大规模提高 由此可见科技已成为各国竞争的核心 尤其是电子信息 技术更显得重要 在国民生产各部门中电子信息技术得到了广泛的应用 智能技术的 发展使得许多系统更加友好 更方便我们对他们的控制 几乎在各个方面都可以充分 发挥它的优势 比如说本文要提出的智能水位控制系统 当然在其他方面也可以有很 好的应用 比如说具有智能功能的温度检测器 有智能功能的计算机控制系统 智能 功能的实现可以帮助更多人 可以减少事故的发生 更可以节省资源的利用 所以说 智能控制功能的实现有助于生活的改善 具有良好的市场前景 随着科学技术的发展 人们身边的一些用电器件已经具有智能控制的性能 智能控 制可理解为自动控制 所谓自动控制 就是在没有人直接参与的情况下 通过控制装置 使被控制对象或过程自动地按照预定的规律运行 器件的职能化使工作简单并易于控制 整个工作系统 在实际应用中 很多方面需要检测容器里液面高度以方便于生产的需求 如锅炉水 位 自来水塔水位 如今的智能水位控制系统技术相当成熟了 市场上有多种多样的智能 水位控制器 一般具有水位控制 水位显示 报警功能 有些水位控制器还有输出短路 或过载保护 控制器过热保护 避免电机空转 保护电机而自动切断电源保护 基于对水位智能水位控制系统的学习 本系统以 AT89C51 单片机为核心 用按钮 模拟水位 用发光二极管显示水位制作了一个简易的智能水位控制系统 此系统同样 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第2 页 具有水位控制和报警功能 此系统只可应用于仿真 不能应用于实际中 如果想运用 于实践中 可以在此系统基础上对硬件和程序再进一步改善 例如在程序方面 程序中 添加上看门狗程序可以对整个控制系统进行监控 为提高对系统硬件的故障检测及报 警 也可在程序中添加一些检测程序 在硬件方面 可通过安装硬件性看门狗 水位检 测器可使用水位继电器 整个系统出现的报警信号很多 有紧急性的 有提示性的 可以 安装多个报警硬件 根据智能水位控制系统的功能要求来增设硬件设备和软件程序 智 能水位控制系统还具有开发的空间 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第3 页 第二章 总体方案 2 1 设计思路 本系统采用单片机 AT89C51 为核心芯片的电路来实现 硬件电路由单片机 AT89C51 水位检测电路 复位电路 时钟电路 显示电路 报警电路和灌水电路等 组成 其中 晶振采用 12MHZ 的晶振 再通过按键开关模拟水位来实现功能 其智 能水位控制系统设计框图如图 2 1 所示 2 2 功能描述 当接通电源后 在水位低于某点时 电机工作 对蓄水池灌水 当水位在某点时 电机停止对蓄水池灌水 当遇到特殊情况时 报警电路发出报警直到水位低于该点时 消除报警 并在各种情况中均有指示灯指示当前水位 时钟电路 复位电路 水位检测电路 显示电路 报警电路 灌水电路 单 片 机 图 2 1 总体框图设计 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第4 页 第三章 硬件设计 智能水位控制系统设计是由六部分组成 单片机 AT89C51 复位电路 时钟电 路 水位检测电路 显示电路 灌水电路 3 1 CPU 的选择 在当今电子时代控制芯片 CPU 有很多种 例如 AT89C51 MSP430 ARM AVR 单片机 AT89C51 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 AT89C51是一个低电压 高性能 CMOS 8位单片机 片内含4k bytes 的可反复擦写 的 Flash 只读程序存储器和128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 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 MCS 51指令系统 片内 置通用8位中央处理器和 Flash 存储单元 内置功能强大的微型计算机的 AT89C51提 供了高性价比的解决方案 AT89C51是一个低功耗高 性能单片机 40个引脚 32个 外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含2个外中断口 2个16位可编程定时计数器 2个全双工串行通信口 如图3 1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第5 页 AT89C51可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 图3 1 AT89C51单片机的管脚图 表3 1 AT89C51单片机的要功能特性 AT89C51 单片机的管脚功能 VCC 供电电压 GND 接地 P0口 P0口为一个8位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写 1时 被定义为高阻输入 P0能够用于外部程序数据存储器 它 可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0输出原码 此时 P0外部必须被拉高 P1口 P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I O 口 P1口缓冲器能接收输 出4TTL 门电流 P1口管脚写入 1后 被内部上拉为高 可用作输入 P1口被外部 下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在FLASH 编程和校 验时 P1口作为第八位地址接收 P2口 P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I O 口 P2口缓冲器可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P2口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并 因此作为输入时 P2口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时 P2口输出地 址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存 储器进行读写时 P2口输出其特殊功能寄存器的内容 P2口在 FLASH 编程和校 验时接收高八位地址信号和控制信号 兼容 MCS 51 指令系统4k 可反复擦写 1000 次 Flash ROM 32 个双向 I O 口可编程 UARL 通道 两个 16 位可编程定时 计数器全静态操作 0 24MHz 1 个串行中断128x8bit 内部 RAM 两个外部中断源共 5 个中断源 可直接驱动 LED三级加密程序存储器 低功耗空闲和掉电模式片内振荡器及时钟电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第6 页 P3口 P3口是8个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4个 TTL 门电流 当 P3口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部 下拉为低电平 P3口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口 如下表 3 2所示 表3 2 P3口管脚特殊功能 P3口管脚备选功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4T0 记时器0外部输入 P3 5T1 记时器1外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持RST 脚两个机器周期的高电 平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以 不变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它可用作对外 部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将 跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉 高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机 器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号 将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式 1时 EA 将内部锁定为 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第7 页 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在FLASH 编程期间 此 引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 3 2 复位电路 无论用户使用哪种类型的单片机 总要涉及到单片机复位电路的设计 单片机的复 位操作使单片机进入初始化状态 而单片机复位电路设计的好坏 直接影响到整个系统 工作的可靠性 许多用户在设计完单片机系统 并在实验室调试成功后 在现场却出现了 死机 程序走飞 等现象 这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的 为确保模拟电风扇控制系统中电路稳定可靠工作 复位电路是必不可少的一部分 复位电路的第一功能是上电复位 一般电路正常工作需要供电电源为 5V 5 即 4 75 5 25V 复位是单片机的初始化操作 其目的是使 CPU 及各专用寄存器处于一个确定的初 始状态 如 把 PC 的内容初始化为 0000H 使单片机从 0000H 单元开始执行程序 除了进入系统的正常初始化之外 当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死 锁状态时 为摆脱困境 也需要复位以使其恢复正常工作状态 RST 端的外部复位电路有两种操作方式 按键手动复位和上电自动复位 3 2 1 按键复位 复位电路采用简易的手动按钮复位电路 主要由电阻 R 电容 C 开关 K 组成 分别接至 AT89C51 的 RST 复位输人端 手动按键复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平 图 3 2 A 按钮复位 一般采用的办法是在 RST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮 当人为按下按钮时 则 Vcc 的 5V 电平就会直接加到 RST 端 手动按钮复位的电路如所示 由于人的动作再 快也会使按钮保持接通达数十毫秒 所以 完全能够满足复位的时间要求 3 2 2 上电复位 AT89C51 的上电复位电路如图 3 2 B 所示 只要在 RST 复位输入引脚上接一电容 至 Vcc 端 下接一个电阻到地即可 当按下复位电路的复位开关 Reset 按钮时 瞬间短接复位开关 由于此 reset 复位 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第8 页 开关一端接地为低电平 另一端有电源 5V 供电端和 PG 信号端 间接供给为高电平 通常为 3 3V 而此复位开关的某一段也会直接或者间接的作用于南桥内的复位系统控 制模块 所以瞬间短接复位开关会在开关的高电平端会产生一个低电平信号 此信号 会直接或间接作用于南桥内的复位系统控制器 使南桥强行复位之后 南桥也会强行 去复位其他的设备和模块 南桥给主板其他硬件设备复位后 整个主板复位完成 这 就是主板复位电路的原理 本设计采用手动按钮复位 如图 3 2 A 以满足复位的时间要求及设计质量 图 3 2 A 按键复位电路图 3 2 B 上电复位电路图 3 3 时钟电路 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准 时钟电路用于产生 单片机工作所需要的时钟信号 时钟信号通常用两种电路形式得到 内部振荡和外部振荡 本系统设计采用内部 振荡方式 如图 3 3 所示 MCS 51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放 大器 引脚 XTALl 和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端 由于采用内部方 式时 电路简单 所得的时钟信号比较稳定 实际使用中常采用这种方式 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端 XTAL2 则是输出端 使用外部振荡 器时 外部振荡信号应直接加到 XTAL1 而 XTAL2 悬空 晶振的频率可以在 1MHz 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第9 页 24MHz 内选择 电容取 30PF 左右 系统的时钟电路设计是采用的内部方式 即利用 芯片内部的振荡电路 8951 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈元 件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器 外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构 成并联谐振电路 接在放大器的反馈回路中 对外接电容的值虽然没有严格的要求 但电容的大小会影响振荡器频率的高低 震荡器的稳定性 起振的快速性和温度的稳 定性 在焊接刷电路板时 晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近 以 减少寄生电容 更好地保振震荡器稳定和可靠地工作 此单元电路根据常规电路参考值选择 晶体振荡器的频率为 12MHz 电容应尽可 能的选择陶瓷电容 电容 C1 C2 值都选择 30pF 图 3 3 时钟电路 3 4 水位检测电路 实验证明 纯净水几乎是不导电的 但自然界存在的以及人们日常使用的水都会 含有一定的 Mg2 Ca2 等离子 它们的存在使水导电 本控制装置就是利用水的导电性 完成的 如图 3 4 所示 虚线表示允许水位变化的上下限 在正常情况下 应保持水 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第10 页 位在虚线范围之内 为此 在水塔的不同高度安装了 4 根金属棒 这里采用 4 只开关 以感知水位变化情况并且具有以下优点 1 建立快速稳定的数据传输通道 保证水位数据信息的实时性与准确性 2 保证系统能够高度可靠地实施和运行 3 系统为开放式设计 如果系统后期需要增设监测网点 系统可以平稳置换而不需 重复投入大量资金 4 在保障水位测量功能的基础上 优化系统 降低系统费用 图 3 4 水位检测原理图 其中 A 开关处于下限水位 C 开关处于饱和水位 D 开关处于上限水位 各个开关 的一端与地相连 另一端与单片机 I O 口相连 蓄水池由电机带动水泵供水 单片机 控制电机转动以达到对水位控制之目的 供水时 水位上升 由于水的导电作用 A B C 开关依次连通变为低电平 因此 P1 3 P1 2 P1 1 三端依次为 0 状态 当 到达上限水位时应停止电机和水泵工作 不再给水塔供水 当水位降到下限水位时 A B C 开关都不能导通 因此 P1 3 P1 2 P1 1 三端 均为 1 状态 这时启动电机 带动水泵工作 给水塔供水 当水位处于上下限水位之间时 A C 开关都导通 P1 3 端为 0 状态 P1 1 端为 1 状态 这时 电机带动水泵为蓄水池供水 3 5 显示电路 在单片机应用系统中 对于系统的运行状态和运行结果 通常都需要直观交互显 示出来 单片机应用系统中最常用的显示器有 LED 和 LCD 两种 这两种显示器都可以 显示数字 字符及系统的状态 LED 和 LED 数码显示最为普遍 但随着低功耗设计的要 求 LED 的使用也越来越广泛 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第11 页 3 5 1 LED 介绍 LED 就是 light emitting diode 发光二极管的英文缩写 简称 LED 它是一种通 过控制半导体发光二极管的显示方式 用来显示文字 图形 图像 动画 行情 视 频 录像信号等各种信息的显示屏幕 通过发光二极管芯片的适当连接 包括串联和 并联 和适当的光学结构 可构成发光显示器的发光段或发光点 由这些发光段或发 光点可以组成数码管 符号管 米字管 矩阵管 电平显示器管等等 通常把数码管 符号管 米字管共称笔画显示器 而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器 3 5 2 显示电路设计 显示电路采用 LED 的亮灭来表示当前水位的状态 如图 3 5 所示 元件选择 发光二极管的压降为 1 5V 2 5V 流过发光二极管的电流在 3mA 10mA 则可以点亮 发光二极管 这里取 1 7V 计算 当流过发光二极管的电流为 3mA 时 限流电阻的阻值 约为 1K 当流过发光二极管的电流为 10mA 时 限流电阻的阻值约为 330 这里选用 470 的电阻进行限流保护 图 3 5 水位显示电路 3 6 灌水电路 灌水电路是当水位低于某水位或某几点水位时对蓄水池进行灌水使水位达到规定 水位处 当水位达到该饱和水位时电机停止对其灌水 3 6 13 6 1 直流电机工作原理 定义输出或输入为直流电能的旋转电机 称为直流电机 它是能实现直流电能和机 R7 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第12 页 械能互相转换的电机 当它作电动机运行时是直流电动机 将电能转换为机械能 作 发电机运行时是直流发电机 将机械能转换为电能 在电刷 AB 之间加上直流电压 U 电枢线圈中的电流流向为 N 极下的有效边中 的电流总是一个方向 而 S 极下的有效边中的电流总是另一个方向 这样两个有效边 中受到的电磁力的方向一致 电枢开始转动 通从而电磁力或电磁转距的方向不发生 改变 电磁转距是驱动转距 其大小也为 T KT Ia 电动机的电磁转距 T 必须与机 械负载转距 T2 及空载损耗转距 T0 相平衡 即 T T2 T0 另外当电枢绕组在磁场中转动时 线圈中也要产生感应电动势 E 这个电动势的 方向与电流或外加电压的方向相反 称之为反电动势 其大小为 E kE n 方向与 Ia 相反过换向器可以实现线圈的有效边从一个磁极如 N 极转到另一个磁极下如 S 极时 电流的方向同时发生改变 图 3 6 电机工作原理 3 6 2 驱动电路 由于单片机的输出电流很小不能达到直接驱动直流电机则应该增加输出电流 可以 通过采用复合调整管的方法来增加输出电流 由于现在是电子时代 驱动电路也可以 采用芯片 本设计采用高耐压 大电流达林顿陈列 ULN2003 特点 1 ULN2003 是高耐压 大电流达林顿陈列 由七个硅 NPN 达林顿管组成 如图 3 7 所示 2 ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2 7K 的基极电阻 在 5V 的工作电 压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连 可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处 理的数据 3 ULN2003 工作电压高 工作电流大 灌电流可达 500mA 并且能够在关 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第13 页 态时承受 50V 的电压 输出还可以在高负载电流并行运行 4 ULN2003 采用 DIP 16 或 SOP 16 塑料封装 图 3 7 ULN2003 封装图 极限参数 3 6 33 6 3 灌水电路设计 此系统电路主要由 ULN2003 和电机组成 由单片机的 P2 4 输出一个高电平 若输 出为高电平 通过 ULN2003 后转换为低电平 此时在电源的作用下 电机正常工作 电路图如 3 8 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第14 页 图 3 8 电机控制电路 3 7 报警报警电路 此系统电路主要由发光二极管D5 电阻R2 三极管Q1与扬声器LS1组成 D5是 红色发光二极管 其正极连接 P2 0 电阻R2一端接 P2 0 另一端接三极管Q1 信号 从 P2 0 输出 经过Q1放大触发扬声器发出 嘀 嘀 报警信号 只要单片机的 P2 0 脚输出高低电平 扬声器就发出连续的报警声音 系统水位低于 D 点时停止工作 当 整个控制系统出现故障时也会产生报警 手动复位也可使报警系统停止工作 系统电 路图如图 3 9 所示 图 3 9 报警电路 3 8 整机工作原理整机工作原理 当用水使水位下降到下限水位时 A B C D 都处于 1 状态 电机启动 当水泵供水使水位低过了下限水位而达到 A 点时 P1 3 变为低电平 D4 亮 当水 泵供水使水位超过了下限水位而达到 B 点时 P1 2 变为低电平 D4 D3 亮 当水泵 供水使水位超过了上限水位而达到 C 点时 P1 1 变为低电平 D4 D3 D2 亮 电机 停止 当水泵供水使水位到达最高水位 D 时 P1 0 变为低电平 D4 D3 D2 D1 亮 D5 闪烁 蜂鸣器发出报警 检测电路的信号由 P1 0 P1 3 输入 P1 3 与 A 的状态有 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第15 页 关 P1 2 与 B 的状态有关 P1 1 与 C 的状态有关 P1 0 与 D 的状态有关 这四种信号 可以组成四个不同的有用组合 水位与电机的关系见表 3 3 所示 表 3 3 水位与电机的关系 水位在 A 点之下电机启动 水位在 A 点电机维持原状态 水位在 B 点电动加速 水位于 C 点电机停止工作 水位在 D 点发出报警 根据以下四个状态 P1 3 与 A 的状态有关 P1 2 与 B 的状态有关 P1 1 与 C 的状 态有关 P1 0 与 D 的状态有关 这几种状态与 LED 显示的关于见下表 3 4 所示 表 3 4 水位与 LED 的关系 水位在 A 点D4 亮 水位在 B 点D4 D3 亮 水位在 C 点D4 D3 D2 亮 水位在 D 点 D4 D3 D2 D1 亮 D5 闪烁 报警 水位在 A 点时 探测器给单片机输入的信号为 f7H 此时 单片机的 P3 0 输出高电 平 D4 点亮 同时单片机的 P2 4 输出高电平 驱动电动机工作 水位在 B 点时 探测器给单片机输入的信号为 f3H 此 时 单片机的 P3 0 P3 1 输出高电平 D4 D3 点亮 同时单片机的 P2 4 输出高电平 驱动电动机工作 水位在 C 点时 探测器给单片机输入的信号为 f1H 单片机的 P3 0 P3 1 P3 2 输 出一个高电平 D4 D3 D2 点亮 同时单片机的 P2 4 输出低电平 三极管截止 电动 机停止工作 水位在 D 点时 探测器给单片机输入的信号为 f0H 此时 单片机的 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 输出高电平 D4 D3 D2 D1 点亮 单片机的 P2 0 输出高 低变化电平 三极管导通 截止 发出报警 二极管 D5 闪烁 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第16 页 第四章 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 本设计采用 Proteus 和 Keil 两个仿真软件对硬件 部分进行仿真 4 1 用 PROTEUS 绘制原理图 运行 Proteus 的 ISIS 程序后 进入该仿真软件的主界面 主界面由菜单栏 工具 栏 预览窗口 元件选择按钮 元件列表窗口 原理图绘制窗口和仿真进程控制按钮 组成 如 4 1 所示 通过元件选择按钮 P 从库中选择元件命令 命令 在弹出的 Pick Devices 窗口中选择电路所需的元件 放置元件并调整其相对位置 对元件参数设 置及元器件间连线 完成单片机系统的硬件原理图绘制 图 4 2 所示是绘制完成的电 路图 图 4 1 运行 Proteus ISIS 的主界面 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第17 页 图 4 2 智能水位控制系统设计整机电路图 4 2 用 Keil Vision3 编写程序 本设计利用 Keil Vision3 在新建 Keil 项目时选择 AT89C51 单片机作为 CPU 将 C 语言源程序导入 在 keil 软件中完成程序编写 调试和编译之后 加载程序为 HEX 文件 生成能让单片机运行的 Hex 文件 如图 4 3 所示 4 3 用 PROTEUS 对单片机内核的仿真 在 source 菜单的 Define code generation tools 菜单命令下 选择程序编译的工具 路径 扩展名等项目 在 source 菜单的 Add remove source files 命令下 加入单片机硬 件电路的对应程序 主要采用 Keil 进行程序编译 打开如图 4 4 所示的对话框 在 Program File 栏添加编译好的十六进制格式的程 序文件智能水位控制系统设计 hex 给 AT89C51 输入晶振频率 此处默认为 12MHZ 单击 OK 按钮完成程序添加工作 下面就可以进行系统仿真了 Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是 它不仅能仿真单片机外围电路或没有单 片机参与的其它电路的工作情况 也能仿真单片机 CPU 的工作情况 因此在仿真和程 序调试时 是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果 从某种意义上 讲 Proteus 仿真 基本接近与工程应用 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第18 页 图 4 3 程序编写 调试 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第19 页 图 4 4 添加 智能水位控制系统设计 HEX 文件图 仿真过程中如有硬件问题可在 Proteus ISIS 中直接修改 如有软件问题可在 Keil Vision3 中直接修改 通过 Keil 与 Proteus 的联合调试就可以得到满意的结果 本设计 的仿真结果如图 4 5 图 4 6 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第20 页 图 4 5 水位在 B 点时 图 4 6 水位在 D 点时 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第21 页 4 4 程序流程图 开始 判断 temp 的值 赋初值 temp oxff temp oxf7 temp oxf3 temp oxf1 temp oxf0 While 1 循环 指示灯 D4 D4 D3 D4 D3 D2 指示灯 全灭 亮 亮 亮 全亮 电机正 电机正 电机间 电机停 电机停 temp 赋给 P1 口 常工作 常工作 息工作 止工作 止工作 报警 图 4 7 主程序流程图 图 4 8 定时器 1 流程图 程序流程图说明 主程序流程用于初始化单片机 定时器 1 程序用于检测 P1 口的值并用于执行电机 是否工作和水位指示灯 LED 的亮灭 以及报警提示 程序详见附录 3 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第22 页 第五章 实物制作 5 1 元器件的安放顺序 印制电路板的装配是整机质量的关键 装配质量的好坏对功放的性能有很大的影 响 由于我们采用的是万用板 所以质量有可能降低 电路板的装配总是要求是 元 器件装插正确 不能有插错 漏插 焊点要光滑 无虚焊漏焊和连焊 在装插元器件 时 要执行工艺指导书的规定 遵循元器件的装插原则 满足电路的电器规则 元器 件要分部均匀 1 安装顺序为 电阻 瓷片电容 晶振 IC 插座 电解电容 LED 发光二极管 三极管 蜂鸣器 继电器 2 布局单片机脚座在最前面 便于控制 3 为了便于插装元器件和焊接 在万用板上用铅笔勾画出走线并描绘出焊接的位 置 5 2 焊接 5 2 1 焊接的工艺要求 1 焊接条件 被焊件端子必须具备可焊性 被焊金属表面保持清洁 具有适当 的焊接温度 280 350 摄氏度 具有合适的焊接时间 3 秒中 反复焊接次数不得超 过三次 要求一次成形 2 焊点的基本要求 具有良好的导电性 焊点上的焊料要适当 具有良好的机 械强度 焊点光泽 亮度 颜色有一定要求 要求 有特殊的光泽和良好颜色 在光 泽和高度及颜色上不应有凹凸不平和明暗等明显的缺陷 焊点不应有拉尖 缺锡 锡 珠等现象 焊点上不应有污物 要求干净 焊接要求一次成形 焊盘不要翘曲 脱 落 3 应避免常见的焊点缺陷如 拉尖 桥连 虚焊 针孔 结晶松散等 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第23 页 5 2 2 焊接的操作 1 为了提高电路的可靠性 首选应对元器件进行检查 应注意变压器的检测应分 为静态检测和通电检测 2 为了便于焊接 应将要焊接的元器件进行刮脚 焊盘应用砂纸砂光滑以便于焊 接 3 插入元器件 将烙铁头放在被焊件的焊盘上 使焊点温度升高 有利于焊接 如果烙铁头上有锡 则会使烙铁头上温度很快传递到焊接点上 4 用焊锡丝接触到焊接处 熔化适量的焊料 焊锡丝应从烙铁头侧面加入 而不 是直接加在烙铁头上 5 从焊锡丝开始熔化数 3 秒后 先移开焊锡丝 再移开电烙铁 6 焊点冷却后 用斜口钳子将元器件的管脚剪掉 剪去管脚的长度应尽可能的要 短 7 焊接完成后检查看是否有错焊 漏焊 线路的走线下 是否正确 注事事项 移开烙铁头的时间 方向和速度 决定着焊接点的焊接质量 正确的 方法是先慢后快 烙铁头移开沿 45 角方向移动 及时清理烙铁头 5 3 成品使用与验证 由于元器件特性参数的分散性 装配工艺的影响以及其他如元器件缺陷和干扰等 各种因素的影响 使得安装完毕的电子电路不能够达到设计要求的性能指标 需要通 过调整和试验来发现 纠正 弥补 使其达到预期的功能和技术指标 这就是电子电 路的调试 调试的一般步骤是 1 经过初步调试 使电子电路处于正常工作状态 2 调整元器件的参数以及装配工艺分布参数 使电子电路处于最佳工作状态 3 在设计和元器件允许的条件下 改变内部 外部因素 如过压 过流 高温 连 续长时间运行等 以检验电子电路的稳定性和可靠性 即所谓的考机 调试的一般原则是先静态调试后动态调试 调试前 先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍 不要有错焊 漏焊 短路 元件相碰等现象发生 通电后 人体不允许接触电路板的任一部分 防止短路 注意 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第24 页 安全 如用万用表检测时 只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可 经实验证明 成品能满足任务要求 对水位能够成功检测 使用说明 模拟水位按键只能由下到上依次处于闭合状态或由下到上依次断开状 态 不能调变按键 否则就不能正常模拟水位 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第25 页 结 论 本论文是在导师老师的悉心指导下完成的 导师渊博的专业知识 严谨的治学态 度 精益求精的工作作风 诲人不倦的高尚师德 严以律己 宽以待人的崇高风范 朴实无华 平易近人的人格魅力对作者影响深远 不仅使我树立了远大的学术目标 掌握了基本的研究方法 还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理 本论文从选 题到完成 每一步都是在导师的指导下完成的 倾注了导师大量的心血 在此 谨向 导师表示崇高的敬意和衷心的感谢 通过这次设计 我学会了和别人配合工作 因为一个人所学的知识不可能面面俱 到的 只有通过合作 发挥自己的优点 体现团队精神 才能使工作做得更为出色 通过这次设计 我学到了许多书本上学不到的知识 增强了自己的动手能力 即将毕 业我十分珍惜这次锻炼的机会 我认真的完成了自己的设计任务 但由于自己的知识 水平有限 仍然存在很多的不足之处 恳请老师多多指教 当今的社会是竞争的社会 而人才的竞争则是竞争的焦点 毕业设计对于我们即将离校的同学来说 是离校前很 好的一次锻炼 使我们各方面的能力都有了很大的提高 为我们踏出校门 走上社会 增强了能力与自信 毕业论文是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会 通过这次设 计 我摆脱了单纯的理论知识学习状态 与实际设计的结合锻炼了我综合运用所学的 专业基础知识的能力 解决实际工程问题的能力 同时也提高我查阅文献资料 设计 手册 设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平 而且通过对整体的掌控 对局部 的取舍 以及对细节的斟酌处理 都使我的能力得到了锻炼 经验得到了丰富 并且 意志品质力 抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升 这是我们都希望看到的也 正是我们进行毕业设计的目的所在 本论文的顺利完成 离不开各位老师 同学和朋友的关心和帮助 在此表示深深 的感谢 没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的论文的 同窗之间的友谊永远长 存 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第26