论文答辩-基于单片机水塔水位控制器的设计

1、基于单片机水塔水位控制器的设计 答 辩 人：庞思雨 指导老师：刘晖老师 机电0902班 200979250406本次设计的总体思路 硬件电路设计 系统软件设计 系统模拟仿真 总结 本次设计研究的总体思路如下：本次设计研究的总体思路如下：（1）利用超声波进行水位高度的检测：用超声波液位测量）利用超声波进行水位高度的检测：用超声波液位测量法检测水位。法检测水位。（2）对输出信号进行处理：检测后需对输出信号进行处理，）对输出信号进行处理：检测后需对输出信号进行处理，以便单片机能够接收和处理。以便单片机能够接收和处理。（3）单片机控制：单片机对输入的检测信号以及温度补偿）单片机控制：单片机对输入的检测

2、信号以及温度补偿进行分析和处理，从而发出相应的控制信号。进行分析和处理，从而发出相应的控制信号。（4）显示电路、电机驱动电路和报警电路则根据单片机发）显示电路、电机驱动电路和报警电路则根据单片机发出的控制信号，作出相应的动作。出的控制信号，作出相应的动作。（5 5）我们通过硬件设计可以形成一个大概的软件设计思路。）我们通过硬件设计可以形成一个大概的软件设计思路。只要首先设计水位控制主程序，然后再根据所设计的电路，只要首先设计水位控制主程序，然后再根据所设计的电路，设计一系列的报警电路程序、显示电路程序、电机控制电路设计一系列的报警电路程序、显示电路程序、电机控制电路程序等程序。相应的主程序和子

3、程序设计完毕后，再经过软程序等程序。相应的主程序和子程序设计完毕后，再经过软件模拟仿真，则水塔水位控制系统的设计就大致形成了。件模拟仿真，则水塔水位控制系统的设计就大致形成了。总体思路总体思路硬件电路设计硬件电路设计超声波发射电路 由单片机P1.1端口输出的40KHz方波信号一路经一级反相器送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反相器连接到换能器的另一个电极。输出端采用两个反相器并联，可以提高驱动能力；上拉电阻R6、R3不仅可以提高反相器输出电平的驱动能力，还能增强超声波换能器的阻尼效果，缩短自由振荡的时间。超声波接收电路 超声波接收头采用与发射头配对的R，先将超声波调制脉冲转化为交变电压信

4、号，经运算放大器放大后传送到音频译码集成块LM567CN的引脚3。当输出端8脚由高电平跃变为低电平时，作为中断请求信号，送至单片机处理。报警电路 该系统采用的是声光报警，当系统的液位超出或低于系统预先设定的警戒水位时,蜂鸣器就会响铃同时相应的发光二极管会发亮以提醒工作人员注意并进行监控。该系统采用了2只发光二极管分别代表超最高警戒水位和超最低警戒水位,并用1只蜂鸣器来进行报警。当液位高于最高警戒水位时，P2.5为低电平，LED1发光；当液位低于最低警戒水位时，P2.4为低电平，LED2发光；当水位超最高警戒水位和超最低警戒水位时，蜂鸣器都会响，系统自动报警。 电机控制电路 该系统采用的是步进电

5、机驱动芯片 L293D。这种芯片有很多的优点：电机可以四角限运行、电流连续、低速平稳性好、电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”的作用，还可以消除电机正反转时的静摩擦死区等。其中引脚 EN1、EN2是使能信号，IN1、IN2为电机正反转的方向控制信号。当引脚N1、IN2分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。实现加水和排水。系统软件设计 该系统的软件部分采用模块化的程序设计,由主程序、温度补偿模块、显示模块、报警模块、超声波液位检测模块等6 个子模块组成。先由主程序完成系统初始化、系统自检以及子模块的调用；温度补偿模块可以自动完成对不同环境温度下的声速计算；超声波驱动模块和液位测量模块完成液

6、位的测量和计算工作,并存入到数据存储器中；报警模块在水位超过最高警戒水位或低于最低警戒水位时进行声光报警；电机驱动模块根据测量到的水位对水泵进行相应的控制；显示模块不仅能对水位进行跟踪和显示数据还可以显示当前温度主程序流程图主程序流程图：采用的是连续调采用的是连续调用子程序的方法，用子程序的方法，这样能使程序的这样能使程序的结构更为简洁，结构更为简洁，更具易读性，并更具易读性，并且这种模块化的且这种模块化的设计方法，也便设计方法，也便于程序设计人员于程序设计人员在设计程序中出在设计程序中出现错误时，找出现错误时，找出错误，进行修改。错误，进行修改。超声波发生器超声波发生器T在某在某一时刻发出一

7、个超声一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波信号，当这个超声波遇到被测介质后反波遇到被测介质后反射回来，就被超声波射回来，就被超声波接收器接收器R所接收到。所接收到。这样只要计算出从发这样只要计算出从发出超声波信号到接收出超声波信号到接收到返回信号所用的时到返回信号所用的时间，就可以算出超声间，就可以算出超声波发生器与反射器的波发生器与反射器的距离，然后就可推算距离，然后就可推算出液位高度。出液位高度。测量子程序流程图测量子程序流程图：电机驱动模块if(Value LevelMax) /高于最高警戒水位 Motor1 = 1; /反转 Motor2 = 0; Warm = 0; /高于最高水位

8、报警StartFlag = 0; else if(Value = LevelMax) /等于最高警戒水位将开始标志置0 证明加水完毕/ StartFlag = 0; else if(Value LevelMin)|StartFlag) /低于最低警戒水位 Motor1 = 0; /正转Motor2 = 1;if(Value LevelMin) /低于最低水位报警 StartFlag = 1; /开始加水后将开始标志置1 表示开始加水到最高标志不置位会只加到最低警戒水位Warm = 0;elseWarm = 1; else /其他情况 电机停止 Warm = 1;Motor1 = 0; Moto

9、r2 = 0; 报警模块系统仿真 仿真部分我是用Proteus软件模拟仿真一座25.5米的水塔，最高警戒水位为23米，最低警戒水位为5米。本次毕业设计，我通过咨询导师和到学校图书馆查阅相关论文文献和参考书籍，熟悉了水塔水位控制器的工作原理、特点、发展现状和趋势。经过对比各种方法的优缺点和适用环境以及方案论证，我选用了超声波测量液位法。硬件电路设计部分介绍了时钟电路、复位电路、超声波发射接收电路等硬件电路的工作原理以及主控芯片的选择和功能特性。系统软件采用的是模块化设计，根据硬件电路写出各模块的流程图并用C语言编写了程序。用Proteus软件进行了调试和仿真，系统模拟仿真的结果表明：该控制器结构简单，准确度较高，且系统在运行稳定性方面有较理想的结果，在现实应用中应该