单片机水箱水位控制系统设计

1、单片机期末考试试理（答条）单位代码0 2学 号分类号密 级16IIUANGIIE S&T COLLEGE课程设计说明书水箱水位控制系统设计院名称（系）机械工程学院专业名机械设计制造及其自称动化学生姓名指导教2015年 10月27日黄河科技学院课程设计任务书机械工程学院机械系机械设计制造及其自动化专业12级1 班学号 1200000000 姓名指导教师题目：水箱水位控制系统设计课程:单片机应用技术课程设计时间 2015年 10月13 B至10月27日共仝 周课程设计工作内容与基本要求（设计要求、设计任务、工作计划、所需相关 资料）（纸张不够可加页）1. 设计要求在高塔的内部我们设计一个简

2、易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低 水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红 灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黃灯壳。2. 设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等）1系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用 Proteus绘制整个系统电路原理图。2软件设计根据该系统设计的功能要求进行软件设计，要求用VISIO软件绘制整个系统 及各部分的软件流程图。并根据流程图编写程序并汇编调试通过。列出软件清单, 软件清单要加以注释。3） Proteus 仿真鼠片机期末右试试題（答案）用Proteus对

3、系统软硕件进行仿真调试通过。4）软硬件实际调试5编写设计说明书一份，内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计部分 要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明。软件设计部分要 绘制整个系统及各部分的软件流程图，并列出软件清单，软件清单要求加注释， 并在各功能块前加程序功能注释。调试结果整理分析及设讣调试的心得体会。3. 工作计划（进程安排）第1周基本完成软、硬件的设计（分散在教学过程中完成）。第二周2 天绘制所要求的图纸，完成软、硬件的调试；2天完成设计说明书；1.5天答辩 或验收，评定成绩。6.主要参考资料单片机课程设计指导书皮大能北京理工大学出版社2010. 78031单片机实践与

4、应用吴金戎 清华大学出版社 2003. 8单片机技术基础教程与实践夏路易电子工业出版社 2008. 1MCS-51单片机原理接口及应用王质朴 北京理工大学出版2009. 11基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例蒋辉平机械工业出版社 2009. 7系主任审批意见:16单片机期末考试试理（答条）16审批人签名:日 期:摘要我们可以釆用单片机系统实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、 高使用价值的水塔水位控制器。该系统具有水位检测，低水位高水位报警以及自 动加水等功能。本设计过程中主要采用传感技术、单片机技术、光报警技术以及 弱电控制强电技术。检测系统采用铜针探测结构简单、制造成本低、

5、灵墩度高。 并采用AT89C2051单片机系统控制整个电路的信号处理以及釆用光电耦合和继 电器来实现弱电控制强电从而实现加水系统的自动控制。该系统可以完成光报警，水位自动检测，上水停水等工作。并能有效保证液 面高度始终处于较理想范围，该系统制造成本低、结构简单、感应度高、绿色环 保。可用于各种液体的储存。关键词：单片机，自动检测，自动控制AbstractWe can use micro-controller system using cooling towers to achieve the level of automotion, design a low cost and high pra

6、ctical value of the water tower water level controller The system has the water level detection, low water high water level alarm and automatic functions such as adding water The design process mainly uses the sensor technology, single chip technology, optical technology and the weak control the str

7、ong police power technology. Detection system using simple system for detection of copper needles, resulting in the low and high sensitivity.AT89C2031 SCM system control by using the circuit of signal processing and the use of optical coupling and weak control relays to achieve strong power to reali

8、ze automatic control of water systemsIt can automatically detect the water level, light alarm, all the work without water cycle, to ensure better surface height is always within the context of its structure simple, low cost high sensitivity, significant energy is used in various kind of ideal equipm

9、ent for high-level liquid storageKey words: SCM, Automatic monitoring, Circuit Control目录1课程设ii系统概述.1.12系统原理.21.2系统结构图.21.3控制方案说明31.4系统组成及原理.32硬件设计.42. 1单片机最小 系 统电 路设计.52.2水位检测传感器的选用62.3稳压电路的设2.47光报警电路的设计82.5继 电 器 控 制 水 泵 力口 水 电路93软件设93. 1系统总原理图103.2系统 总 程 序如下114总结11致谢11参考文献12附录13鼠片机期末右试试題（答案）1课程设计系统

10、概述1.1系统原理当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通进入 稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0 口， 另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1 口单片机经过分析，在P1.2 口输出一低电平，驱动红灯亮，P1.5出来一个信号使光电耦合器GDOUHE导通， 这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，在P1.3 引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均 被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P1.4引脚出 来一个低电平，使黃灯亮，在P1. 5端岀来一个低电平不能

11、使光电耦合器导通， 这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。1.2系统结构图系统结构图如图1.2所示：图1.2系统结构图米用单片机AT89C2051作为我们的控制芯片，主要丄作过程是当高塔中的水 在低水位时，水位探测传感器送给单片机一个高电平，然后单片机驱动水泵加水 和显示系统使红灯变亮；当水位在正常范圉内时，水泵加水，绿灯亮；当水位在 高水位时，单片机不能驱动水泵加水，黄灯亮。1.3控制方案说明这个方案中使用了单片机处理，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AT89C205

12、1单片机有四端口，20引脚能够非常方便地 设计显示系统。1.4系统组成及原理本系统山电源电路、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。主电气原理图如图1.4 所示：图1.4主电气原理图工作原理：当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V 的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片 机的P1.0 口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1. 1 口单片机经过分 析，在P1.2 口输出一低电平，驱动红灯壳，P1.5出来一个信号使光电耦合器 GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于

13、正常范围内时，水泵 加水，在P1.3引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器 的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析， 在P1. 4引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1. 5端出来一个低电平不能使光电 耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故16鼠片机期末右试试題（答案）161- C2LC333pFTSX-1918II1QU1rJtro-i:<>XTAL1XTAL2RSTPO.O/ADOPDJ/AlO-1P0.2A02P0.3/A03P0.4/A04P0.5AD5PD S/AD6F0.7/AP7PSENP

14、2.0/ASP2.1/A8P22A10P25/A11ALEFZ.41ZEAP25A13P1.0P2BZA.14FZ.7JA1OP3.0/RXDP1.1P3.i/rxoPI.2P2 2/INTOPI.3P3.3/INT1PI.4P3.4/TOPI.6P3.6/T-1P1.0fsdmir'PI.7P3.7/RDPR0'zRAM-pr&teu2.hexD1LEO YELLOW xTEXTiLLED-GREEN1 D3LEO-RED264知円盍怯、图21最小系统电路图各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速 反映。本设汁当中我们采用的水位探测传感器简单

15、易做，经济实惠。其外形轮廓 如图2. 2所示：*5VR图2. 2水位探测传感器外观图A为接+5V电源的线与水一直保持连通，B线为低水位控制线，当水位到达 低水位的时候它不导通，水在正常范圉内时，它导通。C线为高水位控制线，当 它导通时，表示水已经为高水位。本设计中采用了细铜线作为我们的传感器的材料。主要考虑了（1）细铜线的电阻率比较低，这样就可以避免山于电阻过大而使输出的电平过低，以致不能 很好地驱动单片机工作（2）传电性能比较好，传电速率比较快，也就是说灵敏 性非常好。（3）细铜线便宜易找。本传感器的尺寸是A线是30cm, B线是20cm, C线是15cm,铜线直径是13mm。2.3稳压电路

16、的设计本电路的主要作用是使从传感器输出的电平能够稳定地输入单片机中，主要 山三极管的两极放大稳定电路组成，其丄作过程是水位探测传感器把探测到的电 信号送给R12,如果送入的是高电平则Rll、Q5、D3、Q4导通把低于1. 4V的低 电平稳定地送给单片机。如果是低电平送给R12则Rll、Q3、D3、Q4均不能导通 二是R13导通将把高于1. 4V的高电平稳定的送给单片机。我查找了相关资料以及我们自己在设计过程当中免去此稳定电路，发现有时 候也能实现我们的设计口的，但是也有很多时候发生水位误判的情况，产生不稳 定现象，所以我们认为此电路是不可缺少的。既然是控制系统，当然就要控制精 确。稳压电路原理

17、图如图2. 3所示：图2. 3稳压电路原理图2.4光报警电路的设计（1）发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的P结二极管。 其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子一空 穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光 输岀的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。发光二极管的发光原 理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂 的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的 空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。，而当给 PN结加以正向电压时,沟区导带中

18、的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。 于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便 产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材 料的禁带宽度Eg。本电路釆用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，他两 灯不亮表示是低水位状态，此时需要启动水泵加水；绿灯亮，其他两灯不亮表示 在正常的水位线内；黃灯发亮，其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三 灯闪烁表示系统出现故障。光报警电路原理图如图2. 4所示：D1LdJ7L o"1111pomoo mvM-iPDSTAD5PDJSTAD6 PD.?/kD?JnrLED-Y

19、ELUOlAI/dTEXAzD2k*-J-fuJJPTOCC:TE><T>CTFXT：-PN3畑 PNMAB PZAID PZ3A11Z1| L、rzzL2ZJiG24-fin 11 hntAin2SLE&-REOP2-S/A13 Kj&M P2.7fA1S25cTE<p>nu=L4-P3.inrxo P31rfU P31ht7P3.WTD1 -r7I?-L图2. 4光报警电路的原理图此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16为上拉电阻起限压控流作用。2.5继电器控制水泵加水电路

20、该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R13、R22、Rll、R12 以及D2、Q6等组成。当水位在低水位时单片机给Pl. 1送一个高电平导通光电耦 合器然后光电耦合器驱动Q6导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加 水。继电器控制水泵加水电路原理图如图2. 5所示：图2. 5继电器控制水泵加水电路的原理图其中光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由 发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此 间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，在本设 计当中发光源为发光二极管，受光器为光敬三极管。在本设计当中我们

21、釆用光电 耦合器组成开关电路的作用，能够很好地将单片机信号稳定地送给继电器驱动继 电器闭合。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在我们设计当中主要来做自动控制 作用，我们采用+5V的直流电来控制220V的交流电，以达到控制水泵的作用， 因为是在这里是以一种弱电来控制强电所以安装和使用的过程当中我们一定要 注意用电安全注意事项。电磁式继电器一般山铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两 端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会 在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与 单片机期末考试试理（答条）静触点（常开触点）吸合。当线圈断电

22、后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在 弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的的。对于继电器的“常 开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点, 称为“常开触点”:处于接通状态的静触点称为“常闭触点” O163软件设计3. 1系统总流程图系统总流程图如图3.1所示:开始初口与化®新扫描图3. 1系统总流程图垂新扫描系统总程序系统总程序如下:ORG 0000HLJMP STARTSTART:SETB P2. 0SETB P2. 1RESTART: MOV A, P2ANL A,

23、#0000001IBCJNE A, #00H, L00P1 ;在低水位之下，开启电动机，亮红灯SETB P2. 4SETB P2. 3CLR P2. 2LJMP RESTARTL00P1: CJNE A,#01H,L00P2 ；当超过低水位，并且未达到高水位时,；保持电动机转动，壳绿灯SETB P2. 4SETB P2. 2CLR P2. 3LJMP RESTARTL00P2:CJNE A, #02H, L00P3 ;系统故障（达到高水位,却没达到低水;位）红,绿灯均闪烁CLRP2. 4CLRP2. 3CLRP2. 2SETB P2. 4SETB P2. 3SETB P2. 2LJMPRESTARTL00P3:CJNEA, #03H, RESTART ;当达到高水位时,停止电动机，亮黄；灯SETBP2. 3SETB P2. 2CLR P2. 4LJMP RESTARTRETEND鼠片机期末右试试題（答案）4总结做了这次单片机课程设计，我有了很多体会和感想。单片机设计十分有意义 而且很重要。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，课程设计能让我们 去锻炼我们的实践能力，把我们