电子科学与电气工程-黄娟-110803017-基于单片机智能水位控制系统的设计.doc

赣南师范学院2015届本科生毕业论文（设计） 存档编号 赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文基于单片机智能水位控制系统的设计 教学学院 物理与电子信息学院 届 别 2015界 专 业 电子科学与技术1101 学 号 110803017 姓 名 黄娟 指导教师 袁寿财 完成日期 2015.5.12 作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归赣南师范学院所有。特此声明。作者专业：电子科学与技术1101作者学号： 110803017作者签名：20 年 月 日 基于单片机智能水位控制系统的设计黄娟Intelligent Water Level Control System Design Based On Single Chip MicrocomputerHuang Juan2015年5月12日摘 要 随着现代新兴通信技术以及计算机技术的发展，水位控制器的发展也越来越趋于智能化，而且他的功能也逐渐趋向于完善。当选定论文题目后，首先，我根据查阅资料得知水位控制器，作为一种新型的科技，它是通过液面的高度来掌握体积的多少，从而来达到控制水位的一种智能系统。水位控制器最重要的部分即水位传感器，而传感器的选择也是很关键的一步，经过方案比较与认真分析，最终我决定本次设计用超声波来测量水位，通过使用超声波模块传感器来达到水位的测量。水位控制器的研究，是科学技术应用于人们现实生活的又一大成果，在很多应用方面，尤其是工业控制方面，给人类带来了许多方便。 关键词：单片机；超声波模块；温度传感器；发光二极管；脉宽调制Abstract With the development of new communications technology and computer technology, the development level controller has become more and more intelligent, and he tends to function gradually improved. When you have selected title, first of all, I learned that access to information in accordance with the water level controller, as a new technology, it is through the height of liquid to grasp how much volume, so as to achieve the level of an intelligent control system. The most important part of that is the water level sensor water level controller, and the choice of the sensor is also very crucial step, through the program compared with the careful analysis, I finally decided this design using ultrasound to measure the water level, through the use of an ultrasonic sensor module to measure the water level reached . Water Level Controller is the science and technology to people in real life is another major achievement, in many applications, especially industrial control, has brought a lot of convenience to mankind.Keywords: SCM;Ultrasonic Module;Temperature Sensor;LED;PWM - 2 -目 录摘 要1关 键 词1Abstract2Key words2引言31.设计方案的确定41.1方案设计41.2方案论证52.硬件设计52.1 传感器的选择52.2 超声波模块传感器结构62.3 超声波模块传感器原理图82.4 单片机选择92.5 温度传感器设计102.6 报警电路设计102.7 显示电路设计102.8 电机控制部分123.软件设计143.1 程序流程图143.2 软件程序15总结21参考文献22后记23 引 言在当今的许多工业制造与生产过程中，同时还要求对液体的深度即水位高度进行测量，特别是那些化学效果对人体伤害较大又不易于手动控制的液体，传统的液体检测方法是是通过电极，也即是通过给电脉冲来检测液面，但是如果电极长期放于液体中，极易被腐蚀、也很容易失去灵敏性，这种通过电极测量水位的方法对液体性能要求很高的抗腐蚀性。而本文采用的是利用超声波传感器来控制水位的原理，提高了测量数据的准确率，摈弃了电极法测量所带来的极易被腐蚀和电解，以及容易失去灵敏度的缺点。而且超声波具有很好的指向性和束射特性，检测方便而且操作简单，省去了很大的人力，可直接通过机器控制就行，如果遇上腐蚀性较强的液体，也不会对人体造成伤害。超声波技术测量水位优点有迅速、易做到实时控制，而且测量精度又很高，更容易实现工业实用的要求，所以目前在工业上应用很多，并且很大的发展空间。目前在我国，住宅小区楼房的自来水供水系统主大部分是通过高塔供水来实现，也就是在楼顶上面建个蓄水池，这可以用来以保证用户水压的恒定。这种方法很不方便，因此，一种简单经济的高塔水位检测控制系统，是迫切需要的。利用超声波来测量水位,成本低，安装方便，灵敏性好。1. 总体设计方案的确定1.1方案设计方案一：通过使用555电路来实现控制，即当水位探测传感器传回来的数据显示是低水位时，送一个低于1/3VCC的低电平给555芯片,而它的输出即为高电平，即可以驱动水泵来进行加水;而当数据显示是在正常的水位时,送给555芯片为1/3VCC-2/3VCC的电平,这也就是保持前一个水泵不加水的状态;而当传回来的数据显示水位是高水位时,给555电路为一个高电平,这时表示它的输出电平翻转为低电平,也就是不能驱动水泵,即水泵停止加水的状态。 图1 方案一方案二：通过把单片机80C52作为主要控制芯片,它的工作原理是当水位探测传感器传回来的数据显示高塔中的水在低水位时,这时就送给单片机一个高电平,然后驱动水泵加水，红灯变亮;当传回来的数据显示水位在正常范围时,水泵继续加水,绿灯亮,;当数据显示水位处于高水位时,单片机不能驱动水泵加水,这时候黄灯亮。图2 方案二1.2方案论证：第一种方案设计：使用起来比较方便也简单,只有硬件方面的设计，没有软件设计。但是NE555电路只有一个输出端,不能接显示系统,所以不能完成显示功能。另外，此方案不测量液体高度的准确值不高。第二种方案设计：使用了单片机芯片和超声波传感器设计电路，单片机控制和超声波测距技术测量液体高度的精密度很好，准确度高。由于80C52单片机输出端口选择较多，方便接显示系统。因此,我经过认真分析决定,要能够很好地完成本次设计,选择第二种方案。2.硬件设计2.1 传感器的选择 器件名称：超声波模块传感器 温度传感器型号：HC-SR04 DS18B20 超声波模块传感器： 模块通过发送方波信号，能够自动检测并由系统判断是否有信号返回，有的话，可以通过公式计算距离 测试距离=（高电平时间*声波（340M/S）。 2.2超声波模块传感器结构： 如下图所示VCC提供5V电源，图3 超声波表1 超声波电气参数 超声波模块传感器实物规格与参数表如下图4 超声波模块传感器实物规格表2 超声波模块传感器参数 超声波模块传感器输入输出特性如下：图5 超声波时序图 2.3超声波模块传感器原理图 图6 超声波模块图2.4单片机选择 我们选用STC89C52作为我们的控制芯片其引脚图如下图2.7。 图7 STC89C52引脚图 2.5温度传感器 DS18B20温度传感器特性： 适应电压范围:3.0 5.5 VDS18B20可以三线并行,从而来实现网络多点温度测量、并且在使用中不需要任何外围组件。 DS18B20的负压特性是:电源极性逆转时,芯片不会坏掉,但它不能够正常工作。并且温度测量结果直接转换成数字信号,串行传输,抗干扰能力强。2.6 报警电路设计LED显示屏:白色、红色LED点,根据水深,对应于不同颜色灯光太深或太浅,LED灯完全熄灭当正常水位时,LED灯在这可作为报警功能系统。2.7 显示电路设计图8 液晶显示模块液晶显示器作为输出设备具有以下优点:1)。高质量的画质由于液晶显示接收信号之后，其中每个的颜色和亮度保持不变,而且液晶显示所发出的光也比较恒定,不需要不断刷新新的亮点。所以,液晶显示器的色彩更清晰，画面感也很好。2)。数字接口3)体积小,重量轻4) 低功耗 图9 显示模块2.8 电机控制部分图10 电机控制 3. 软件设计3.1 程序流程图根据设计方案以及电路特点我采用C51语言编写单片机程序画出程序流程图3.1图11 程序流程图- 22 -3.2.软件程序：单片机程序如下：#include #include #include delay.h#includeLCD.h#define char unsigned char#define dint unsigned intbit RX=P11;/接收位bit TX=P12;/发送位dint time=0;dint mode=0;dint timer=0;char posit=0;unsigned long S=0;bit flag =0;unsigned char YQ4= , , , ;/*-中断初始化程-*/void i nit() TMOD=0x11; /设T0为方式1，GATE=1（启动与停止由溢出标志位和外部中断引脚上的电平状态共同控制）；TH0=0; /方式一为16位定时器TL0=0; TH1=0xf8; /2MS定时TL1=0x30;ET0=1; /允许T0定时器中断(用来计算距离)ET1=1; /允许T1定时器中断（用来扫描和启动发射）TR1=1; /开启定时器EA=1; /开启总中断/*- 中断程序计时-*/void zd0() interrupt 1 /T0中断用来计数器溢出,超过测距范围 flag=1; /中断溢出标志 /*-中断程序发射-*/ void zd3() interrupt 3 /计800MS启动模块 TH1=0xf8; TL1=0x30; timer+; if(timer=400) timer=0; TX=1; /800MS 启动一次发射模块 _bop_(); /产生40KHz的脉冲波 _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); _bop_(); TX=0; /*-计算程序-*/void Co nut(void) /计算函数 time=TH0*256+TL0; /通过定时器来计算接收与发送的时差 TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100; /算出来是CM /if(s=700)|flag=1) /超出测量范围显示“-” flag=0; YQ1=0+0x30; /“-” YQ2=0+0x30; /“-” YQ3=0+0x30; /“-” else YQ1=S%1000/100+0x30; YQ2=S%1000%100/10+0x30; YQ3=S%1000%10 %10+0x30; /*-主程序-*/void main() char j; i nit();/中断初始化 i nit_ST7920(); /初始化 LCD_Drawstring(0,1,感测技术课程设计); LCD_Drawstring(0,2,水位: cm); LCD_Drawstring(0,3,预警信息:); LCD_Drawstring(0,4,水阀状态: 关); while(1) while(!RX);/当RX为零时等待 TR0=1; /开启计数 while(RX);/当RX为1计数并等待 TR0=0;/关闭计数 Co nut();/计算 LCD_Drawstring(0,2,水位:); for(j=0;j ) 总 结水位控制器设计应该首先从从传感器类型的选择,可以说,水位传感器是更重要的是在整个设计、选材时获取信息,可以知道有多少种类的传感器、水位控制器是否要选择哪一个是最适合这个设计水位控制,这就需要认真分析,选择的水位传感器类别传感器类型的选择,仔细。最后在本设计中,选择JBY系列L常用输入类型水位变送器的设计水位传感器。 最后是软件编程的设计非常复杂,结构化程序设计方法的顺序结构程序过程和循环结构、分支结构,本设计采用模块化设计,然后调用子程序,使其操作模式一目了然,键盘扫描程序分支结构应用到程序中,使编程。在编程的时候,先画出程序流程图,这样编程的时候会与一半的努力结果的两倍。我们认为,在这学期的实验中,收获知识的同时,也获得了经验,收获成熟,在这个过程中,我们通过查找大量的信息,请教老师,以及不懈的努力,不仅要培养独立思考的能力,动手,在各种其他技能有所提高。,更即时通讯更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。是使用单片机作为我们执行的核心,不仅因为老师说现在社会更在单片机的应用,也因为想锻炼自己的通过使用单片机c语言编程能力,养成良好的c语言编程风格。不管怎样,所有这些是一种锻炼,一种知识的积累,能力的提高。可以把这个作为一个基础,只有掌握最基本的,可以进一步,取得更好的成绩。很少有人会期待成功,永不放弃是最重要的。 主要参考文献 1 王家帧.王俊杰. 传感器与变送器J北京：清华大学出版社, 1996. 2 王俊杰检测技术与仪表J武汉：武汉理工大学出版社, 2008. 3 张国.赵家贵. 检测技术J北京：中国计量出版社, 1998. 4 胡健.刘玉斌单片机与接口技术J北京：机械工业出版社, 2005. 5 张永枫 单片机应用实训教程西安：西安电子科技大学出版社, 2005. 6 蔡朝洋单片机控制实习与专题制作北京：北京航空航天大学出版社,2006. 7 牛意光单片机原理D 北京:电子工业出版社, 2009. 8 华成英.童诗白 模拟电子技术基础 北京：高等教育出版社, 2006. 9 蒋志海单片机原理及应用J北京：电子工业出版社, 2005. 10 谢维成杨加国单片机原理与应用及C51程序设计北京：清华大学出版社, 2006. 11 张华伟单片机典型外围器件及应用实例J.北京：人民邮电出版社, 2006. 12Shula N V, Spandex P B.Enhancement the robustness of internal-baseline near PH control .Chemical Engineering Seine，1993. 13 蔡菲娜 单片微型计算机原理和应用杭州：杭州大学出版社, 1995 14 Gustavus TK，Waller KV .Nonlinear and adaptive control of PH.Industrial&Engineering Chemistry Dearest，1992. 15TKGK一1过程控制实验装置组成和各部分使用说明.杭州天科技术公司天煌教学仪器厂，200. 16NEW RELEASE DATA BOOK(Volume).MAXIM.1996. 17逢启涛，