水位控制系统

哈尔滨理工大学专科生毕业论文 基于单片机对水位控制系统的设计基于单片机对水位控制系统的设计 摘摘 要要 液位是许多工业生产中的重要参数之一 在化工 冶金 医药 航空 等领域里 对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量 本文介绍一 种基于单片机实现的液位控制器的设计方法 该控制器以单片机为核心 通过外围硬件电路来达到实现控制的目的 由于单片微型计算机具有体积 小 耗电少 控制精度高 运行可靠等的特点 所以广泛应用于生产实际 中 本文介绍了水位控制系统工作的基本原理 阐述了一种基于单片机的 通用水位控制系统的基本组成 并提出了该系统模块化的硬件和软件设计 方法 本文设计了一种以 AT89C2051 为核心研制的液位控制系统 该系统 不仅能对液位进行巡回检测 显示和报警 同时也能对液位进行智能控制 单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术 此系统使用过程中采 用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况 由 于 AT89C2051 单片机有四端口 20 引脚能够非常方便地设计显示系统 关键词关键词 传感器 单片机 程序设计 外围硬件电路 目目 录录 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 摘 要 I 目 录 II 第 1 章 绪论 1 1 1 课题背景与研究意义 1 1 2 国内外研究现状及发展 1 1 3 本课题主要研究内容 2 第 2 章 系统组成及工作原理 3 2 1 系统的组成 3 2 2 系统的工作原理 3 2 3 本章小结 3 第 3 章 压力传感器 4 3 1 压力传感器原理 应用及结构 4 3 2 本章小结 5 第 4 章 硬件电路 5 4 1 AT89S52 硬件设计 5 4 2 按键设计 10 4 3 显示单元硬件设计 10 4 4 存储单元硬件设计 13 4 5 时间单元硬件设计 14 4 6 通信单元硬件设计 16 4 7 其他外围电路的设计 17 4 8 本章小结 17 第 5 章 系统软件设计 19 5 1 系统软件编译开发环境 19 5 2 系统主程序流程图 19 5 3 按键部分软件设计 19 5 4 显示模块的软件设计 22 5 5 电机控制模块软件设计 22 5 6 通信协议及通信模块软件设计 23 5 7 时间模块软件设计 25 5 8 本章小结 26 结论 27 致谢 28 参考文献 29 附录 30 第 1 章 绪论 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 1 1 课题背景与研究意义 在工农业生产中 常常需要测量液体液位 随着国家工业的迅速发展 液位测量技术被广泛应用到石油 化工 医药 食品等各行各业中 低温 液体 液氧 液氮 液氩 液化天然气及液体二氧化碳等 得到广泛的应 用 作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷 在发电厂 炼钢厂中 保持正常的锅炉汽包水位 除氧器水位 汽轮机凝气器水位 高 低压加 热器水位等 是设备安全运行的保证 在教学与科学研究中 也经常碰到 需要进行液位控制的实验装置 1 2 国内外研究现状及发展 液位测量的方法比较多 依据测量方式的不同可分为接触式与非接触 式两种类型 1 接触式测量法 接触式测量法 接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触 从而 获得测量参数的方法 1 人工检尺法 人工检尺法可用于测量油罐液位 其历史十分悠久 它利用浸入式刻 度钢皮尺测量液位 这种方法具有测量简单 可靠性高 直观 成本低的 优点 但人为读数误差大 无法实现自动检测和操作 2 电参数测量法 常见的有电阻法 电容法 测重法 光电法 浮标法及声光电的反射 回波法等 无论怎样 这些方法的关键是利用液位传感器将液位的相对位 移量转换成为电压 电流 阻抗等便于进行电处理的物理量 本方法所使 用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成 当液位不同时 电容器的介电常数就不同 故电容量也不同 在此基础上可以把电容量转 化为电压 脉宽 频率 相移等物理量 再进行测量 2 非接触式测量法 非接触式测量法 非接触式测量法包括超声波法 调制型光学法 微波法等 其特点是 测量手段并不采用浮子之类的固态物 而是利用声 光 射线 磁场等的 能量 液位传感器不和被测介质接触 不受被测介质影响 也不影响被测 介质 故适用范围广泛 特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合 如 高粘度 强腐蚀性 污染性强 易结晶的介质 下面简单介绍超声波法和 微波法的测量原理 超声波法 换能装置将电功率脉冲转换为超声波 射向液面 经液面 反射后再由换能器将该超声波转换为电信号 超声波法可用于多液面的测 量 超声波是机械波 传播衰减小 界面反射信号强 且发射和接收电 路简单 因而应用较为广泛 但超声波的传播速度受介质的密度 浓度 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 温度 压力等因素影响 其测量精度往往较低 微波法 微波通过天线辐射出去 经液面反射后被天线接收 然后由 二次电路计算发射信号与接收信号的时间差得出液位 微波速度受传播介质 温度 压力 液体介电常数的影响很小 但液体界 面的波动 液体表面的泡沫 液体介质的介电常数对微波反射信号强弱有 很大影响 当压力超过规定数值时 压力对液位测量精度将产生显著影响 对波导管的锈蚀 弯曲和倾斜都会影响测量精度 3 光纤测量法 光纤测量法 光纤液位检测是近年来出现的一种新技术 根据光导纤维中光在不同 介质中传输特性的改变对液位进行测量 光纤液位测量有以下优点 精度高 灵敏度好 抗电磁干扰 耐腐蚀 电绝缘性好 检测现场无电 光路有抗扰性以及便于与计算机连接 便于 与光纤传输系统组成网络等 目前 市面上进行液位测量的仪表种类繁多 但是同时具有测量 监控 数据记录及处理的液位测量装置并不多 在某些工业控制系统中 数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求 往往需要对大批数 据进行记录 对其进行后期处理分析 实现差错控制 工艺改善 资源优 化等一系列工作 为了获得大批量的数据 得到可靠的分析资料 往往需 要长期 多网点的监控记录 在液位测量这一领域中 如江河湖海 城市 用水等方面 大量数据长时间 多网点的采集记录分析具有普遍的意义 液位的变化分析 有助于人们进一步对自然环境 天气变化甚至是灾害预 警提供可靠的支持 1 3 本课题主要研究内容 本设计以水箱供水为模型 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 设计以单片机为基础的液位测量 监控记录系统 具有实时液位测量监控数据处理等功能 设计具体内容分为以下几个方面 1 熟悉水位控制系统的组成与工作原理 2 选取适当的传感器 实现对水位的检测以及对水位变化速度的检测 3 由单片机根据检测的数据 选取合适算法实现对水位的控制 4 完成水位控制系统的硬件电路设计及软件设计 第 2 章 系统组成及工作原理 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 2 1 系统的组成 单片机实现的水位控制系统是以 AT89C2051芯片为核心 由电源电 路 水位探测传感电路 稳压电路 单片机系统 光报警显示电路 继电 器控制水泵加水电路 以及高塔模型组成 2 2 系统的工作原理 利用单片机为控制核心 设计一个对供水箱水位进行监控的系统 根 据监控对象的特征 要求实时检测水箱的液位高度 并与开始预设定值做 比较 由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整 最终达到液位的 预设定值 检测值若高于上限设定值时 要求报警 断开继电器 控制水 泵停止上水 检测值若低于下限设定值 要求报警 开启继电器 控制水 泵开始上水 现场实时显示测量值 从而实现对水箱液位的监控 其原理框图如下图所示 单片机 AT89C51 电源电路 稳压电路 水位检测 传感器 显示系统 水泵加水 系统 水塔模型 水箱 图 1 系统结构图 2 3 本章小结 本章主要讲了两个内容 首先是水位控制系统的组成 然后是工作 原理 让我从实践中更深刻的认识到单片机的强大功能 第 3 章 压力传感器 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 3 1 压力传感器原理 应用及结构 压力传感器是工业实践 仪器仪表控制中最为常用的一种传感器 并 广泛应用于各种工业自控环境 涉及水利水电 铁路交通 生产自控 航 空航天 军工 石化 油井 电力 船舶 机床 管道等众多行业 力学传感器的种类繁多 如电阻应变片压力传感器 半导体应变片压力传 感器 压阻式压力传感器 电感式压力传感器 电容式压力传感器 谐振 式压力传感器及电容式加速度传感器等 但应用最为广泛的是压阻式压力 传感器 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性 1 压阻式压力传感器原理与应用 压阻式压力传感器原理与应用 压阻式压力传感器是利用单晶硅材料 的压阻效应和集成电路技术制成的传感器 压阻式传感器常用于压力 拉 力 压力差和可以转变为力的变化的其他物理量 如液位 加速度 重量 应变 流量 的测量和控制 压阻效应 当力作用于硅晶体时 晶体的晶格产生变形 使载流子从一 个能谷向另一个能谷散射 引起载流子的迁移率发生变化 扰动了载流子 纵向和横向的平均量 从而使硅的电阻率发生变化 硅的压阻效应不同于 金属应变计 前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化 后者的电 阻化主要取决于几何尺寸的变化 而且前者灵敏度比后者大 50 100 倍 2 阻式压力传感器结构阻式压力传感器结构 压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成 在单晶硅膜片上 制成硅压阻芯片 并将此芯片的周边固定封装于外壳之内 引出电极引线 压阻式压力传感器又称为固态压力传感器 它不同于粘贴 式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力 而是直接通过硅膜片感受被 测压力的 硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔 另一面是与大气连 通的低压腔 硅膜片一般设计成周边固支的圆形 直径与厚度比约为 20 60 在圆形硅膜片 N 型 定域扩散 4 条 P 杂质电阻条 并接成全桥 其 中两条位于压应力区 另两条处于拉应力区 相对于膜片中心对称 硅柱 形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条 两条 受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥 本章小结 本章主要讲到压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路 技术制成的传感器 压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶 硅膜片上 制成硅压阻芯片 并将此芯片的周边固定封装于外壳之内 引出 电极引线 第 4 章 硬件电路 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 4 1 AT89S52 硬件设计 AT89S52引脚定义及功能介绍如图4 1 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 P0P0口口 P0口是一个8位漏极开路的双向I O口 作为输出口 每位能驱 动8个TTL逻辑电平 对P0端口写 1 时 引脚用作高阻抗输入 当访问 外部程序和数据存储器时 P0口也被作为低8位地址 数据复用 在这种模 式下 P0具有内部上拉电阻 在FLASH编程时 P0口也用来接收指令字节 在程序校验时 输出指令字节 程序校验时 需要外部上拉电阻 P1P1口口 P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I O口 P1输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平 对P1端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部 电阻的原因 将输出电流 IIL 此外 P1 0和P1 2分别作定时器 计数 器2的外部计数输入 P1 0 T2 和定时器 计数器2的触发输入 P1 1 T2EX 具体如下所示 在FLASH编程和校验时 P1口接收低8位地址字节 引脚号第二功能 P1 0 T2 定时器 计数器T2的外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器 计数器T2的捕捉 重载触发信号和方向 控制 P1 5 MOSI 在系统编程用 P1 6 MISO 在系统编程用 P1 7 SCK 在系统编程用 P2P2口口 P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I O口 P2输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平 对P2端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部 电阻的原因 将输出电流 IIL 在访问外部程序存储器或用16位地址 读取外部数据存储器 例如执行MOVX DPTR 时 P2口送出高八位地址 在这种应用中 P2口使用很强的内部上拉发送1 在使用8位地址 如MOVX RI 访问外部数据存储器时 P2口输出P2锁存器的内容 在FLASH编程和 校验时 P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号 P3P3口口 P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I O口 P3输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平 对P3端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部 电阻的原因 将输出电流 IIL P3口亦作为AT89S52特殊功能 第二功 能 使用 如下表所示 图 4 1 AT89S52 引脚及网络标号 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 表4 1 端口引脚第二功能 端口号第二功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2INTO 外中断0 P3 3INT1 外中断1 P3 4TO 定时 计数器0 P3 5T1 定时 计数器1 P3 6WR 外部数据存储器写选通 P3 7RD 外部数据存储器读选通 此外 P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST引脚出现两个机器周期以 上高电平将使单片机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地 址锁存允许 输出脉冲用于锁存地址的低8位字节 一般情况下 ALE仍 以时钟振荡频率的1 6输出固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用 于定时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉 冲 对FLASH存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的8EH单元的D0位置位 可禁止ALE操作 该位置位后 只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE 激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置ALE 禁止位无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信 号 当AT89S52由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两 次PSEN有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将 跳过两次PSEN信号 EA VPP 外部访问允许 欲使CPU仅访问外部程序存储器 地址 为0000H FFFFH EA端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果 加密位LB1被编程 复位时内部会锁存EA端状态 如EA端为高电平 接 Vcc端 CPU则执行内部程序存储器的指令 FLASH存储器编程时 该 引脚加上 12V的编程允许电源Vpp 当然这必须是该器件是使用12V编 程电压Vpp XTAL1 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 为了便于接下来的说明 单片机各管脚网络标号定义如图3 1 要使单片机按照设计要求正常工作 完整单片机最基本的工作要求 考虑到系统无需精确地定时功能 且为了方便串口通信波特率的计算 采 用11 0592MHz的晶振提供系统时钟 并附加复位电路 组成单片机最小 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 系统 根据电路设计规范和AT89S52芯片手册 设计时钟电路与复位电路 如图4 2 图中网络标号RST连接单片机RST引脚 具有上电复位与手动复位的功 能 XTAL1与XTAL2连接单片机XTAL1和XTAL2引脚 且并联两个30pF匹配电 容使晶振起振 由于单片机P0口作普通I O口时不能输出高电平 因此需接上拉电阻 实际电路中 使用8 10K 电阻作为上拉电阻 图 4 2 复位电路及时钟电路 4 2 按键设计 键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件 它能实现向单片机系 统输入数据 发送命令等功能 是人工干预单片机的主要手段 考虑到本 设计实际需要的按键较少 故采用独立式键盘接口电路 它是将每个独立 按键按一对一的方式直接接到单片机的I O口上 通过程序扫描查询方式 实现与单片机系统交互的 在程序查询方式下 通过I O端口读入按键状 态 当有按键按下时 相应的I O端口变为低电平 而未被按下的按键在 上拉电阻作用下为高电平 这样通过读I O口的状态判断是否有按键按下 系统按键电路如图3 3所示 下图中 S2 S5便是控制显示用的按键 其作用就是通过按动它们实 现对高低警戒液位的设置 具体来说 S3 S4分别实现数字的增一与减一 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 S2 S5则作为高低警戒液位的模式选择和确认键 4 3 显示单元硬件设计 在显示单元上 使用了74LS273带公共时钟复位八位触发器与74LS47 共阳极BCD显示译码驱动芯片 两个芯片的管脚图如图4 4 图 4 4 系统按键电路 74LS47引脚功能说明 74LS273 1脚是复位CLR 低电平有效 当1脚是低电平时 输出脚 2 Q0 5 Q1 6 Q2 9 Q3 12 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 全部输出0 即全部复位 当1脚为高电平时 11 CLK 脚是锁存控制端 并且是上升沿触发锁存 当11脚有一个上升沿 立即锁存输入脚3 4 7 8 13 14 17 18的电 平状态 并且立即呈现在在输出脚2 Q0 5 Q1 6 Q2 9 Q3 12 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 上 74LS47上BI ROB LI RBI引脚为控制引脚 主要用于测试和脉冲控 制 均为低电平有效 设计上不适用此项功能 因此均接高电平 A0 A3 是BCD输入 分解74LS273输出的高 低四位 a g用于共阳极数码管的相 应管脚的连接 为了保护LED数码管 在74LS47与LED之间添加限流电阻 以满足数码 管的工作需要 根据以上的设计思路 设计电路图如图4 5 图 4 3 74LS47 引脚图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 图 4 5 显示部分电路图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 4 4 存储单元硬件设计 存储模块的硬件设计比较简单 由于 AT89S52 单片机为数据线与低 8 位地址线复用 需要使用地址锁存芯片 74LS373 上文中已叙述 使用 32KRAM 作为存储芯片 因此选用与 51 系列兼容的 62256 随机数据存储器 该模块中使用的两个芯片管脚功如图 4 6 在 62256 中 A0 A14 管脚为地址总线 共 15 位 寻址范围可达到 32kB I O0 I O7 为 8 位三态双向数据接口 Vcc Vss 为电源和地 CS 是片选接口 低电平有效 OE WE 分别是读选通和写选通数据输入输入线 低电平有效 图 4 6 62256 引脚图 图 4 7 存储的单元电路 74LS373 引脚位置和功能与 74LS273 差异不大 区别在于其 1 脚是输 出使能 OE 是低电平有效 当 1 脚是高电平时 不管输入 3 4 7 8 13 14 17 18 如何 也不管 11 脚 锁存控制端 G 如 何 输出 2 Q0 5 Q1 6 Q2 9 Q3 12 Q4 15 Q5 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 16 Q6 19 Q7 全部呈现高阻状态 或者叫浮空状态 当 1 脚是低电平时 只要 11 脚 锁存控制端 G 上出现一个下降沿 输出 2 Q0 5 Q1 6 Q2 9 Q3 12 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 立 即呈现输入脚 3 4 7 8 13 14 17 18 的状态 74LS273 也可以作 为地址锁存器来用 作锁存器时 对 273 来说 1 CLR 脚必须接高电平 ALE 信号经过反相后接 11 脚 因为单片机的 ALE 信号是以下降沿方式出 现 对 373 来说 1 脚接低电平 保证使能 11 脚直接接单片机的 ALE 信 号 按照常规的连接方法设计电路图 4 7 如示 4 5 时间单元硬件设计 DS1302 因其较小的体积 占用 I O 口资源少等特点 是常用的时间 芯片 此次设计采用 DIP 8 封装 管脚功能如图 4 8 Vcc2 X1 X2 GND Vcc1 SCLK I O RST 1 1 2 3 4 5 6 7 8 图 4 6 DS1302 引脚图 其中Vcc1为后备电源 Vcc2为主电源 在主电源关闭的情况下 也能 保持时钟的连续运行 DS1302由Vcc1或Vcc2两者中电压较大者供电 当 Vcc2大于Vcc1 0 2V时 Vcc2供电 当Vcc2小于Vcc1时 DS1302由Vcc1供 电 X1和X2是振荡源接口 外接32 768kHz晶振 RST是复位 片选线 通 过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传输 RST输入有两种功能 首先RST接通控制逻辑 允许地址 命令序列送入移位寄存存器 其次 RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段 当RST为高电平时 所有的 数据传送被初始化 允许对DS1302进行操作 如果传送过程中RST置为低 电平 则会终止此次传输 I O引脚变为高阻态 上电运行时 在 Vcc 2 5V之前 RST必须保持低电平 只有在SCLK为低电平时 才能将 RST置为高电平 I O为串行数据输入输出端 SCLK始终是输入端 用来输 入串行时钟信号 根据DS1302的特点 设计电路如图4 9 在实际应用中 起控制 输入输出的三个端口上拉较弱 容因产生信 号串扰 因此加上了上拉电阻与单片机P1口相连 加强信号的稳定性 为 了保证时钟的可靠性 在Vcc1上使用了CR2032纽扣电池作为备用电源 输 出电压为3V 从而保证了系统掉电状态下 时钟能够继续保持运行 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 图 4 7 时间单元电路 4 6 通信单元硬件设计 MAX485仅有8个管脚 电路设计比较简单 RO X1 DE DI Vcc B A GND 1 1 2 3 45 6 7 8 MAX485 RO 引脚接到单片机串口接收引脚 RXD P3 0 DI 引脚接到单片机 串口发送引脚 TXD P3 1 由于 MAX485 为半双工通信方式 不能同时 发送和接收数据 只能通过控制 RE 和 DE 引脚的状态来进行发送数据和 接收数据的转换 为了节省单片机 I O 口资源 将 RE 和 DE 引脚连在一 起 输入低电平时 MAX485 处于接收状态 输入高电平时 其处于发送 数据状态 定义 RE 和 DE 连接在一起的网络标号为 E 接入单片机 P1 口 用于发送与接收的转换 A B 端为发送接收差分信号端 一般需在 A B 端之间加匹配电阻 匹配电阻为 120 硬件电路如图4 11 图 4 10 MAX485 引脚图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 图4 11 串行通信模块电路图 4 7 其他外围电路的设计 继电器电路设计 由于使用单片机I O口的驱动电流较弱 不满足继 电器吸合电流参数的要求 所以需使用三极管驱动继电器吸合 设计电路 如图4 12 图4 12 继电器部分电路图 为了防止电源尖峰脉冲引发的噪声干扰以及高频信号线间的耦合干扰 在电源入口处及芯片顶端或底端 接入去耦电容 以增强系统的稳定性 电源指示灯设计如图4 13 4 8 本章小结 本章主要讲到 AT89S52 硬件 按键 显示单元 存储单元 时间单元 A D 转换单元 通信单元 其他外围电路等硬件设计 让我们更深刻的 理解水位控制系统的硬件设计 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 图 4 13 电源指示灯电路图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 第 5 章 系统软件设计 5 1 系统软件编译开发环境 8051系类单片机共拥有111条系统指令 可实现51种基本操作 然而 汇编语言指令却有程序的可读性低 程序开发人员的开发时间长与开发难 度大 程序移植性差等缺点 C语言是一种编译型程序设计语言 它兼顾了多种高级语言的特点 并具备汇编语言的功能 用C语言来编写目标系统软件 会大大缩短开发 周期 增加软件的可读性 便于改进和扩充 用C语言进行51系列单片机 程序设计是单片机开发与应用的必然趋势 KEIL C51开发工具套件可用于汇编C语言程序 汇编源程序 链接和 定位目标文件和库 创建HEX文件以及调试目标程序 本设计使用KEIL C51 Vision3为开发编译环境 使用C语言编写程序 实现各模块功能设计 5 2 系统主程序流程图 系统主程序的功能主要是完成对单片机的初始化 设置警戒液位的上 下限 实时显示液位值以及键盘扫描等工作 主程序流程图如图5 1所示 综上 电压幅值与液位高度在数值上是相等的 为了通过LED直观显 示液位高度 进行转换的思路如下 设输入8位二进制数据为 的商即为以分米为单位的液位高度n5 n 数据 余数为以厘米为单位的数据 由于显示位数仅为2位 最低位为分 米 固使用 二舍三入 的办法保留分米单位的整数倍数据 为了将这 1 n 个数据转换为为压缩BCD码 再将 得到的商左移四位 相当于乘10 1 n 以16 为压缩BCD码高四位 余数为压缩BCD码低四位 二者相加 就是 最终的结果 5 3 按键部分软件设计 由于使用的按键较少 所以本文采用了独立式键盘 即每个按键单独 占用一根口线 在程序查询方式下 通过I O端口读入按键状态 当有按 键按下时 相应的端口变为低电平 这样通过读入I O口状态判断是否有 按键按下 查询式键盘的程序流程图5 2如下 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 开始 CPU 初始化 参数设定 是否有按 键 采样子程 序 显示实时液 位 数据处理子程 序 控制电机启停 按键处 理 是 否 图 5 1 主程序流程图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 下面给出键盘扫描的主程序 其分支程序省略 void judge key void uchar Key value 0 Key value P3 读取键值 switch Key value case 0 x38 delay 30000 调用延时子程序 if Key value P3break 调用子函数 else break case 0 x1c delay 30000 if Key value P3break else break default break 键盘管理程序入 口 Key value P3 nop nop nop P0 dis transform prelq nop nop nop DIS 1 5 5 电机控制模块软件设计 本设计采用单片机主控芯片控制继电器外围电路 用于驱动电机的启 动与关停 其程序流程图如图5 3所示 以下是液位检测与电机控制部分 源程序代码 check lq ad start nop nop nop ad read if prelq uplq key 0 makemark 1 else if prelq0 j iodat iodat 1 odat7 IO DATA nop SCLK 1 nop SCLK 0 ds write uchar ad uchar i ddat ad for i 8 i 0 i IO DATA ddat0 nop SCLK 1 nop ddat ddat 1 SCLK 0 5 8 本章小结 本节主要讲述软件系统的开发环境 主程序流程图 按键部分 显示 模块 电机控制通讯协议及通讯 时间模块的软件设计 系统主程序的功 能主要是完成对单片机的初始化 设置警戒液位的上下限 实时显示液位 值以及键盘扫描等工作 本文采用了独立式键盘 即每个按键单独占用一 根口线 由于使用了静态锁存显示 需要对显示数据进行处理后进行锁存 控制 硬件设计中使用了 74LS273 锁存数据 本设计采用单片机主控芯 片控制继电器外围电路 用于驱动电机的启动与关停 采用单片机主控芯 片控制继电器外围电路 用于驱动电机的启动与关停 为了使 PC 上位机 与设备实现有意义的通信 设计了简单的通信协议 D1302 内部寄存器 的定义直接影响软件的设计 大体可分为时间控制寄存器和内部 RAM 寄 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 存器 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 结论结论 设计过程中我遇到了很多的困难 因为知识是不连贯的 所以需要准 备很多方面的知识去融合 去联系 由于在学习的时候更注重的是书面上 的东西 而本次课程设计更多的是锻炼了我的动手动脑能力 让我有机会 把课上学习的知识转化为可以在实际生产生活中应用的技术 本次课程设计的系统主要介绍了水体的液位检测控制 介绍了 8051 单片机和其它一些单片机在液位控制系统中的应用 介绍了它们的引脚和 在系统中的电路图 本设计还采用了多种传感器来对液位的信号采集 利 用 LED 来进行信号的输出显示 我设计的硬件系统的结构简化 系统精度高 具有良好的人机交互功能 并设有液位报警和阀门失灵等故障报警 有问 题立即就能发现 通过自动调节控制液位并实现水体的液位报警 液位控 制在设定值上正常运行不需要人工干预 操作人员劳动强度小 通过本次课程设计 我了解到自己的知识应该充分利用在实践上 在 实践中把书本上的知识固化成自己的能力 在设计系统的时候也有很多的 想法 但是有一些想法被否定了 最终完成设计的时候优先考虑了在课程 上学习到的知识 并且和单片机 传感器 电子电路的知识结合起来 这 次设计之后 我感觉到自己在自动化专业上的学习应该还有很长的路走 自动化是一个很有前途的行业 它涉及了生产生活的多个方面 对人们的 影响可想而知 所以 学好自动化专业的知识不仅仅是对自己能力提升和 自我价值的实现 更是一件很有意义 可以让自己有所感触 有所收获的 事业 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 致谢致谢 从论文选题到搜集资料 从写稿到反复修改 期间经历了喜悦 聒噪 痛苦和彷徨 在写作论文的过程中心情是如此复杂 如今 伴随着这篇毕 业论文的最终成稿 复杂的心情烟消云散 自己甚至还有一点成就感 那 种感觉就宛如在一场盛大的颁奖晚会上 我在晚会现场看着其他人一个接 着一个上台领奖 自己却始终未能被念到名字 经过了很长很长的时间后 终于有位嘉宾高喊我的大名 这时我忘记了先前漫长的无聊的等待时间 欣喜万分地走向舞台 然后迫不及待地开始抒发自己的心情 发表自己的 感想 这篇毕业论文的就是我的舞台 以下的言语便是有点成就感后在舞 台上发表的发自肺腑的诚挚谢意与感想 我要感谢 非常感谢我的导师侯 甲童老师 他为人随和热情 治学严谨细心 在闲聊中他总是能像知心朋 友一样鼓励你 在论文的写作和措辞等方面他也总会以 专业标准 严格 要求你 从选题 定题开始 一直到最后论文的反复修改 润色 侯老师 始终认真负责地给予我深刻而细致地指导 帮助我开拓研究思路 精心点 拨 热忱鼓励 正是侯老师的无私帮助与热忱鼓励 我的毕业论文才能够 得以顺利完成 谢谢侯老师 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 参考文献参考文献 1 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛系列教程 数字系统与自动控制系统 设计 M 北京 电子工业出版社 2007 6 25 26 2 钟睿 MCS 51 单片机原理及应用开发技术 M 北京 中国铁道出版 社 2006 7 36 37 3 刘修文 实用电子电路设计制作 300 例 M 北京 中国电力出版社 2005 33 34 4 胡汉才 单片机原理及其借口技术 M 北京 清华大学出版社 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