基于51单片机的水塔水位检测_课程设计_论文资料

1、本文由工作龙龙龙贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。河北科技师范学院课程设计说明书题目:水塔水位监测装置机电系 09 电气专 0426090126 张海龙马继伟学院(:学院(系年级专业:年级专业:学号:学生姓名:学生姓名:指导教师:指导教师:一、引言随着科学技术的发展,单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统,智能仪器和家用电器中得到广泛应用。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。水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作,在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机,给水塔供水;在水塔水位

2、达到水位上限的时候自动关闭电机,停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报,以及时排除故障,随时保证水塔的对外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置,通过对其水位的控制对外供水以满足需要,其水位控制具有普遍性。不论社会经济如何飞速,水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦断了水,轻则给人民生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失,从而对供水系统提出了更高的要求,满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,由此必须进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压、水塔水位的自动控制有设计

3、低成本、高实用价值的控制器。该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。二、摘要水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛,比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。本次课题采用单片机进行主控制,利用水的导电性测量水位的变化,把测量到的水位变化转换成相应的电信号,用单片机对接收到的信号进行数据处理,完成水位的检测、控制及故障报警等功能。三、关键词:水位单片机 A/D 转换2四、硬件设计 4.1 总体设计方案分析课题可知应分两个电路来实现系统的功能,一是水位控制电路,二是水质检测电路,并

4、且对于整个系统我们采用顺序控制。首先进行水位控制,水位电路根据输入不同的模拟量,转换为不同的数字量,经过和设定的值进行比较,通过 P1.2 口对电机进行控制。水位控制电路完成其预定功能后,便自动转到延时子程序,系统经过一定的预定延时(本设计设定值为 10S之后,转去执行水质检测电路。检测电路根据不同的模拟量的输入,转换为不同的数字量,经过和设定的值进行比较后,由单片机产生不同的驱动信号,从而使对应的二极管发光,以显示不同的水质状态。水质检测结束,系统自动返回到主程序的入口处,继续进行水位的检测和控制。如此往复循环达到对水塔水位的自动控制和对水塔水质的检测和显示,从而满足水位和水质的要求。硬件设

5、计方框图如图 1 所示。开始水位控制延时水质检测图14.2 系统组成水位检测电路可以通过两个 51 单片机的管脚来感知水位的变化,产生不同的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。输出端可由一个端口来控制电机的运行状态,进而控制水泵的工作。水质检测的电路主要由 A/D 转换器组成。通过 A/D 转换为数字量作用于单片机,从而控制水质状况的显示。本次设计采用 ADC0808 芯片。用 LED 灯来显示水位的高低。ADC0808 有 8 路模拟量的输入端口,本次设计只要用其中一个,8 路模拟开关无需进行切换选通。设计通过 A/D 转换为数字量作用于单片机,进而控制电机的运转。本次设计采用可调电阻器来控

6、制模拟电信号的输入。通过对电阻器的调节来模拟输入量的变化。通过对比数字量来进行进行判断水位的高低,不同颜色的信号指示灯显示不同的水质。进而通过输出口对电机进行开关控制。4.3 ADC0808 的简要介绍ADC0808 有 8 路模拟量的输入端口,本次设计只要用其中一个,8 路模拟开关无需进行切换选通。 ADC0808 的 8 路模拟输入 8 路数字输出的逐次逼近法 A/D 器件。其主要技术指标和特性为: 1.分辨率为 8 位。 2.转换时间取决于芯片时钟频率。本次单元电路仿真采用 640KHZ 的时钟方波信号。 3.单一电源+5V。模拟输入电压范围单极性 0-5V,双极性± 5V 或

7、± 10V。本次课程设计由于只有一个模拟输入量,且电压变化都为正值,故采用单极性电源接法。 4.启动转换控制方式为脉冲式(正脉冲,上升沿使内部所有寄存器清“0”,下降沿使 A/D 转换开始。主要管脚说明:4CLK:为时钟信号输入端,决定 A/D 转换的速度,转换一次为 64 各时钟周期。 ALE:地址锁存允许信号,高电平有效。当此信号有效时,A、B、C 三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道。 START:为启动转换信号,正脉冲有效。此信号通常与系统信号相连,控制 AD 转换器的启动。 EOC:转换结束信号,高电平有效,表示一次 AD 转换已完成。可作为中断触发信号,也可用程序查询

8、的方法检测转换是否结束。 OE:输出允许信号,高电平有效,可与系统读选通信号 RD 相连。当计算机发出此信号时,ADC0808 的三态门被打开,此时可通过数据线读到正确的转换结果。 DC0808 的逻辑结构及引脚功能如图 2 所示START CLK EOCIN7IN08 路模拟开关控制与时序比较器SAR三存态输缓出冲器锁D7D0ADDA ADDB ADDC ALE地址锁存与译码树状开关电阻网络VccGNDREF(+REF(-OE54.4 水位检测电路模拟量由模拟通道 IN1 输入,通过对可调电阻的调节,模拟输入不同的电压量。数字量的输出端与单片机的 P0 口相连接。单片机可通过对 P0 口数据

9、的采集和处理,发出相应的控制信号。P3.0 口和 P3.6 口通过逻辑或非门后,输出端接 START 与 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通过逻辑或非门后,输出端接 OE 端。通过对 PO 的信号和设定的数值比较,得出水位的高低而通过 P1.2 口对电机进行控制。同时 P0 口的信号转入 P2 口,通过 LED 灯的显示来显示水位的高低,灯光的不同来表示水塔的水位状态。电路连接图如图 3 所示。图34.5 水质检测电路水质检测电路主要由 ADC0808 实现,通过 A/D 转换对比来判断水质的6好坏。模拟量由模拟通道 IN0 输入,通过对可调电阻的调节,模拟输入不同的电压量。数字量

10、的输出端与单片机的 P0 口相连接。单片机可通过对 P0 口数据的采集和处理,发出相应的控制信号。P3.0 口和 P3.6 口通过逻辑或非门后,输出端接 START 与 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通过逻辑或非门后,输出端接 OE 端。由于只需采用一个模拟输入通道(IN0,故可将模拟通道地址选择端都就地,这样,转换出的数字量便全部为 IN0 口的模拟量的对应值。输出端为 P1.5、P1.6、P1.7,分别接一发光二极管,用以显示不同的水质的状态。电路连接图如图 4 所示。图47五、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

11、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。以下为设计的具体程序5.1 水位控制程序通过对水位控制电路图的分析,做出以下水位控制程序流程图如图 5 所示。8图 5 水位控制程序流程图由以上流程图,可以得出水位控制程序清单如下: ORG 0000H AJMP ORG MAIN 0030HSJMP LOOP ORG 0050H9SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SU

12、BB A,#0F4H JNC D1 MOV A,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP A,P0 ;检测转换是否完成 ;等待转换完成5.2 水质检测程序通过对水质检测电路图的分析,做出以下水质检测程序流程图如图 6 所示。1011;调用延时子程序SETB P3.6 WAIT: JB P2.7,DONE SJMP WAIT DONE: CLR P3.0 CLR P3.7 MOV A,P0 CLR C SUBB

13、A,#0AAH JNC DONE1 MOV A,P0 SUBB A,#55H JNC DONE2 SETB P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 SJMP MAIN DONE1: SETB P1.7 CLR P1.6 CLR P1.5 SJMP MAIN DONE2: SETB P1.6 CLR P1.5 CLR P1.7 SJMP MAIN DELAY: MOV R5,#5 DL1: DL2: MOV R6,#10 MOV R7,#1012;转换结束则转 ;未结束则等待;读取数据;与设定值比较大小 ;大则转;与设定值比较大小 ;大则转 ;控制红灯亮;控制绿灯亮;控制黄灯亮;延时子程序

14、DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R5,DL1 RET END5.3 使用说明与注意事项该电路设计比较简单,功能稳定,适合于实际的水塔水位控制中使用。作为一个很实用的自动控制装置,为了工作人员的操作的方便,下面对其使用方法与注意事项作如下简单描述:使用水质和水位检测和调节功能是一个完全自动的过程,不过仿真电路是需要人为改变输入量的变化,在水位的输入量就是通过浮标来改变输入量电压的大小,通过 A/D 转换,利用浮力原理使浮标带动触头工作,进而影响直流接触器动作,控制交流接触器工作,实现水塔无水时自动开启水泵电动机,水满时自动关闭的自动控制目的,整个由单片机来实现对电机的调节。

15、本次设计中的电机调节电路简单的接了个 5V 的直流电机来实现控制。水质检测系统的输入量是由一个能够接受发光二极管的感光器来完成的。感光器对不同的水质会感应处不同的电压信号,这些不同的模拟电信号经过 A/D 转换。由单片机驱动相应的水质指示灯,从而达到检测水质的目的。绿灯表示水质为“良”,黄灯表示水质为“中”,当指示器为红色时,水质等级为“差”,为保证人们的饮水安全,工作人员应立即停止供水再进行检查确定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水质检测不是同时进行的,因为在软件上有一定的时间差,不过在水塔水位和水质检测这种对时间的精确度要求不高的场合,时间差可以忽略不计,一般它不会影响到系统的安全性

16、能和时间特性。13六、心得体会随着科学技术的迅猛发展,单片机被广泛应用于人们生活的各个领域,社会需要大量掌握单片机技术的人才,单片机的使用方法应该是我们熟练掌握的内容,水塔水位的单片机控制系统水塔水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。通过这次的课程设计,理论加上实践,我掌握了 80C51 单片机的基本工作原理和基本编程方法,熟悉了 A/D 转换器 ADC0808 的功能和使用方法,还可以根据需要对单片机进行扩展。在此过程中我还熟悉了单片机的软硬件开发环境,提高了综合演练单片机的编程能力,并且亲身体验了单片机的开发成果。此次课程设计之后,我对单片机知识点了解了更多,脑海中能把一个个分离

17、的知识模块联系成整体,让后对其进行分析与比较。在单片机课程中的部分知识学会了融会贯通,也让我深刻认识到“学以致用”的重要性。七、参考文献1.单片机原理与应用王迎旭主编机械工业出版社张洪润易涛编2. 单片机应用技术教程(第三版清华大学出版社3.单片机初级教程张迎新杜小平樊桂花雷道振编北京航空航天大学出版社 4.51 系列单片机应用与实践教程周向红主编北京航空航天大学出版社 5.数字电子技术基础(第四版阎石主编高等教育出版社14八、附录8.1 源程序清单ORG D5 D6 0000HEQU 33H ;显示缓存区 33H-34H EQU 34HAJMP ORGMAIN 0030HSJMP LOOP

18、ORG 0050HMAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H ;与最高位比较15;检测转换是否完成 ;等待转换完成A,P016;与最低位比较;电机停转;电机转动;水位显示;水质检测ACALL SETB SETB WAIT1: JB SJMP DONE: CLR CLR MOV CLR SUBB JNC MOV SUBB JNC SETB CLR CLR SJMP A1: SETB CLR CLR SJMP A2: SETB CLR CLR SJMP DELAY:DELAY P3.0 P3.6 P1.1,DONE WAIT1 P3.0 P3.7 A,P0 C A,#0AAH A1 A,P0 A,#55H A2 P1.5 P1.6 P1.7 MAIN P1.7 P1.6 P1.5 MAIN P1.6 P1.5 P1.7 MAI