《基于单片机的水塔水箱水位监测控制系统设计》8000字（论文）

基于单片机的水塔水箱水位监测控制系统设计TOC\o"1-2"\h\z\u59281引言 469762设计思路 4254722.1方案论证 455862.2系统硬件设计 59232.3STC89c52单片机 6312862.4压力传感器 8112472.5ADC0832 955843系统电路设计 10235483.1最小系统电路设计 10151683.21602显示电路设计 1142373.3压力传感器采集电路设计 12240723.4水泵驱动模块设计 12228813.5按键模块设计 1361873.7电源模块设计 13298874系统程序设计 14209514.1系统程序程图设计 14268814.2压力传感器采集显示程序 15172504.3按键程序流程图设计 1548885系统调试与分析 1630985.1硬件调试 16114555.2软件调试 17324706结论 1727293参考文献 192208附录 22摘要：随着当前电子信息技术飞速地发展，电子信息的控制系统及主要的用途越发普遍，电子产品及附属的种类也越发变多。电子产品与每个人的工作和日常生活越来越紧密地联系在一起。本文当中，STC89c52为冷却塔的水箱水位的检测和自动控制系统地关键设计与方案。该系统软件以STC89c52单片机为关键设计方案，作为水位检测设备而设计。系统软件的关键是单片机系统，功能键模块和1602LCD的最小设计。显示模块，液位传感器模块，变阻器驱动器模块和ADC0832组成。该系统软件可以完成水箱的水位检测，并能够可以根据所有需要对水箱地水位进行全部自动控制或者手动控制。水位的上下限可以在手动模式下根据功能键系统进行调整。经过测试后，当其水位低于设定的水位下限的时侯，系统软件可以完成补水和保湿。LCD1602指示水箱的水位，并对其进行实时监控。关键词：STC89C52水箱水位监测单片机1引言1.1研究背景液位仪器检查已在许多操作行业中广泛使用。液位仪表包含的检测传感器地类型非常之多。根据基本原理，它们是浮球型，工作压力型，超声波型和吹气检查型。根据必要的设计方案执行各种方法。结构与测量范围并且和精度适用在不同地地方。大多数的结构非常复杂并且呢制造成本也极高。市场上现在也有现有地液位变化。输送机包括资本投资型，水泵压力开关型型等。大多数制成品价格昂贵。上述液位变送器的大部分输出是模拟输入电流或工作电压，其中一些呢是机械的设备针读数，不能用于所有远程控制与监视。广泛的用在固定液位，容易造成读数波动。电容器法的系统软件对液位计的测量也有效。此方法呢是一个极其简单易行地计划。1.2研究意义该设计方案对水塔水位控制板具有低成本和高实用价值。它可以自动执行所有用于进水和断水的循环系统，确保液位长宽比在理想范围内。它本身具有结构非常简单，生产的制造成本也低，灵敏度却高，资源节约非常明显等这些特点，适用于各种的高层建筑。住宅液体存储的理想机械和设备。2、设计思路2.1方案论证（1）主控器件的比较与选择方案一：我们选择的是ARM7它作为主要控制的芯片及其组件。尽管他的速度非常的快并且资源也是很多，但是价格也变得相对较高，资源消耗极大并且缺乏相应竞争力。方案二：我们使用的是Intel的8031的单芯片用来开发并且设计这个51单片机，这意味着型号规格和规格包括宏京公司的STC89产品系列等，以及其制造商，例如华邦，达拉斯，西门子等，许多兼容产品通常用于计算机自动控制系统，电气产品和其他领域，由于51单片机具有稳定的特性，因此广泛使用了51产品系列的兼容型号和规格，它们将在制造的日常生活中占据很大的市场。综上所述呢，我们为了能够简化他的外围电路的及相应的设计并且能够增强他的竞争力，我们还是会选择这样第二种的方案。（2）AD器件的比较与选择方案一：我们使用的是12位的AD芯片，相应的屏幕分辨率也是较高的，成本也相应增加，但是它系统软件就无法使用这样如此高地屏幕的分辨率，资源液晶变得消耗大了起来，这样一来就缺乏了竞争力。方案二：它采用的是8位的AD芯片，中间可以分成256个。转换为0-5v工作电压的时侯，自变量可以变为1，然后再发生19.53mv的变化，这就足以能够满足相应系统软件的要求。综上所述，我们选择方案二。（3）显示器件的比较与选择单片机设计在工作中。它表明控制模块的技术在当今已经非常完善，并且它是一些集成LED的控制模块。方案一：我们选择的是1602LCD的显示器。因为1602lcd屏幕呢只有两行，每行它只有16个字符，并且呢不指示相应的中文字符（因为中文字符它占用两个字节）。根据相应的系统软件地规定，它能够可以很好地完成相应系统软件完善的需求。方案三：采用的是12864的液晶显示器，因为他的12864显示屏非常大，说明他的控制较为的复杂，相对来说功能损失也是比较大的，因此成本也会相应增加。综上所述，我们选择方案一。（4）电源电路选择方案一：开关电源电路，开关电源电路的基本原理是采用相关技术来控制定时开关比，以保持稳定的输出电压，伴随着当前的电力电子技术的技术发展的趋势和技术的创新，已经在开关电源电路的技术方面进行了科学研究，在当前电子产品信息技术领域的快速发展趋势中开关电源电路占有重要的一部分。方案2：线性稳压电源，线性稳压管直流可调稳压电源的特点是：输出电压小于键控工作标准电压，而输出谐波畸是非常小的，在工作的时候噪声低，效率也很低，热噪声间会影响到系统的改变。综上所述：因为这个设计的电源电路消损是比较小的，所以选择线性稳压电源是最匹配的。2.2系统硬件设计根据设计计划的内容，并提出相应的解决方案，以确保这样的设计方案的准确性，稳定性，以及它能够快速。系统软件程序框图如图2-1所示。液晶显示电路液晶显示电路单片机控制电路电源电路电源电路水位检测电路时钟电路水位检测电路时钟电路声光报警电路声光报警电路复位电路继电器控制电路继电器控制电路按键电路图2-1系统方框图2.3STC89c52单片机系统软件选择STC89C51作为主板芯片。对于主控制器来说,其是以AT89C51为主的。在美国呢,AT89C51这样的单片机全部是由ATMEL这个公司来研发的,它是八位的单片机,他的性能也是极其的好。在这个过程中,将特性存储技术进行应用,这一技术密度高,不会出现丢失的情况,其和MCS-51是融合的。对于这一芯片来说,其中央处理器是八位的,具有闪存单元,可以使单片机在很多领域得以深入推广。3.1.1主要功能列举1.带有智能8位CPU和系统内软件可编程控制器Flash2.芯片内部有一个数字时钟振荡器（传统的最大输出功率可以达到12MHz）3.内部程序存储器（ROM）为4kHDB4.内部数据信息存储（RAM）为256字节5.32个可编程控制器I/O端口6、8个中断向量源7.两个16位计时器/电子计数器8.三级数据加密程序存储器9.双工UART串行通信安全通道10.免费用电和断电方式；11.切断电源后即可唤醒；12.看门狗1定时器；13.双数据信息针；14.电源故障指示灯。3.1.2各引脚功能VCC：输入STC89C51开关电源的正极，并连接到9V。GND：开关电源的接地端子。XTAL1：单片机系统数字时钟反相放大器的输入端子。XTAL2：系统软件数字时钟反相放大器的输出端子。通常，在设计方案中，您只需要将石英晶体振荡结晶系统软件连接到XTAL1和XTAL2。在地面中间添加一个20PF的小电容器可以使系统软件更加稳定，并防止噪声引起的干扰。RST:复位的输入。当振荡器的复位器件时侯,要尽量保持RST脚的两个机器的周期的高电平时间。单片机引脚图如下：其引脚图如图2-2所示。图2-2STC89C52引脚图3、系统电路设计3.1最小系统电路设计STC89C52单片机为所有主控电路中包含一个复位电路并同样包含一个晶振电路，即通过连接其排阻提高其输出电流。(1)复位电路微控制器它本身地时钟周期也可以称为振荡周期，振荡周期并且可以理解成微控制器地晶体振荡器地倒数。例如，本设计中使用地STC89C52单片机地片上晶体振荡器就是12MHz，因此振荡周期为12MHz和1/12μs之一。它也是MCU的最小时序单元，由其他组件组成。例如，计时器是计数器的默认操作脉冲。机器周期是完成基本操作（例如指令获取周期，获取周期等）的时间单位。MCU无法自动复位，外部电路必须执行复位操作。一旦从外部获得所需的电路，微控制器立即就会在向与微控制器地复位引脚上添加高电平即超过两个的机器周期以后复位。恢复到原始状态并等待下一次计算。复位电路图如图3-1所示。图3-1复位电路(2)晶振电路晶振电路的配置还包括锁相环电路，即由功率电容器组成的电路。功率电容器的大小决定了提供给微处理器的时钟信号的频率，具体的晶振电路由两个30pf功率电容器和11.0592MHz的晶体振荡器电路电源电路组成，它们构成了详细的振荡器电源电路，内部振荡器电源电路由单片机设计，以实现以下目的。显示高质量和稳定的时钟频率，晶振电路图如图3-2所示。单片机的最小系统地原理图就如图3-3所示。图3-2晶振电路（3）时钟电路微控制器的整个设计内部它有一个功率放大器地反相放大器，以用来形成一个振荡器。在图2中其结构为X1，C1和C2。可以选择5MHz，12MHz或24MHz频率的石英根据情况的谐振器，无功补偿柜一般选择30pF以下的高压陶瓷电容器。图3-3单片机最小系统原理图3.21602显示电路设计并根据1602地数据手册上，1602和单片机地接法就如下图：图3-4图3-4单片机与1602连接原理图LCD（液晶显示器）呢为液晶显示器它的英文名称全称的缩写。液晶显示器它是有源显示器，即，LCD屏幕它本身其实是不会亮的，但是可以使用LCD屏幕根据方向的特性来改变光，以实现白色背景上的黑色文本或白色背景上的黑色文本指示的目的。液晶屏它具有的功能为损失低，并且抗干扰的性能极强的优点。3.3压力传感器采集电路设计图3-5压力传感器采集原理图3.4水泵驱动模块设计离心水泵开关电源系统的工作标准电压为9V，根据继电器运行，如图9所示，继电器JK1由电阻R6和晶体管Q1组成。当单片机设计的P15端口号的输出为低频时，晶体管Q1导通和关断，继电器闭合，离心水泵插入并旋转，拉了电阻之后，晶体管Q1截止，电气跳闸。二极管D1是续流二极管，而功率电容器C6是耦合电容器，以处理电动机的危害。图3-6驱动电路原理图3.5按键模块设计3.5.1按键简介共有三种类型的公用键：机械设备接触键，导电胶粘键和软键（也称为触摸式计算机键盘）。机械设备触点按键稳定性和抗干扰能力极强，也可以通过软件的编程来防止对按键的误触和抖动，极具性价比。通过使用硫化橡胶的延展性来重置导电橡胶按钮。根据抑制方法，控制面板上的所有按钮都被制成一件。体积小，安装方便，适合批量生产。但是随着时间的流逝，硫化橡胶变脆并降低其弹性，并且容易侵入灰尘。软键呢是近年来发展尤为迅速地一种新型键，可以分为凸球形和平面两种。软键防污，防水，耐腐蚀，外观漂亮，易于安装。并且可以根据整个机器的规定设计和制造控制面板的外观设计以及合理的布局，颜色和键距。但是，由于当前客观原因并且和有限地经济发展的能力，该系统的软件将使用和投入机械设备作为触点按钮。按键结构图如图3-7所示。图3-7按键结构图图3-7按键电路原理图3.7电源模块设计电源设计必须可靠，并且每个开关电源都有一个0.1uf的电容器用于去耦。根据电源电路的观察，发现设计方案中常用的大多数开关电源都是9V的直流稳压电源，因此选择三端集成稳压电源LM7805作为可调稳压电源。电源电路地电源，其引脚的位置图如图3-13所示。此外，电动机电源系统由外部DC12VDC电源提供。实际的电源电路如图3-14所示。图3-13LM7805引脚图LM7805呢是非常常见地三端稳压器。其功能是将9V输入工作电压转换为9V输出电压。LM7805具有广泛的应用，包括过流和过压保护电源电路。端口1是键入端口，端口2是接地设备，端口3是输出端口。电容器C4和C5是开关电源耦合电容器。图3-14电源模块电路原理图系统程序设计4.1系统程序程图设计本次设计中使用的是C语言来进行编程的，程序流程图4-1如下。图4-1主程序流程图自动控制系统的程序分为三个部分：主程序，驱动控制程序和终止程序。主程序执行系统软件的详细地址分配，系统软件复位和每个子例程的激活。软件开发是该自动控制系统设计的关键，然后必须构建系统软件和硬件配置。最后缺少的是系统设计。主程序由定义变量，复位过程，各种子例程激活和驱动程序操纵过程组成。程序的工作过程是，并且水位高低值由单片机传输以指示LCD1602l显示屏。4.2压力传感器采集程序单片机用于控制LCD屏幕上显示的LCD1602，为了更好地执行此功能，必须清除RAM缓冲区，并必须校准LCD1602ID的值，首先校准LCD，然后清除RAM位置，设定指示行的最初值，该值将指示针参考点指向第一行，等待指示的数据进入缓冲区，然后执行汇编程序。其显示程序的流程图就如图4-3所示。图4-2液晶显示程序流程图液晶模块LCD1602想要显示出使用者的输入的英文单词和成功率，程序就要按照LCD1602的具体指令对它进行控制。首先要使液晶工作在显示模式下也就是使液晶模块能够工作在写指令的模式，之后再使液晶能显示出使用者按下的英文字母让液晶工作在写数据的的模式下。具体的指令已经在上文中阐述过所有，这里就不再进行过多的解释。LCD的写指令程序。voidlcd_wcmd(unsignedcharcmd)//写指令子函数{while(lcd_bz());//判断LCD的工作作态。rs=0;rw=0;//RE=0.RW=1;e为正脉冲ep=0;_nop_();//空操作延时_nop_();P0=cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=0; //下降沿写入指令}LCD的写数据程序。voidlcd_wdat(unsignedchardat)//写数据{while(lcd_bz());//判断LCD工作状态rs=1;rw=0;ep=0;P0=dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep=0; //高脉冲写入数据}LCD读忙函数程序。bitlcd_bz() //判断LCD是否忙碌{bitresult;rs=0;rw=1;ep=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0x80);ep=0;returnresult;}4.3按键程序流程图设计按钮的一部分可以在设计计划中设置水位的上限和下限。在中间循环系统中，状态的值为0,1,2，并且匹配项3表示网页是指示水位的网页，并且水位被设置为下限网页。页面，设置水位限制网页，当状态==0时，匹配为非设置状态，并且在此刻状态下，按钮2一并可以随意切换成手动与自动模式，并且手动模式下，能通过3个按钮随时切换汽车的接力。在设置下阈值的状态下，状态＝=1，2按钮是数据信息的加法，而3按钮是数据信息的减法。在极限阈值设置状态==2的状态下，2按钮是数据信息的添加。3按钮减少了数据信息。延时程序在键盘消抖等处都有多次应用，算是用的比较频繁的子程序了，而延时程序也有好多种。常见地延时程序呢有三种，分别是空操作延时加上循环延时最后和计时器中断延时（工作方式二的状况下）。在这里声明一下。所有子程序写在主程序之前是不用再声明的，而写下主程序之后的话。需要在主程序之前声明一下。空操作延時(12MHz)

voiddelay10us()

{

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

_NOP_();

}循环延时voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=100;x>0;x--)； for(y=z;y>0;y--)；}调用时直接调整Z的取值就可以改变延时的时间长短计时器中断延时。这里以一个LED灯的点亮为例。#include<reg52.h>

sbitled=P1^0;

unsignedintnum=0;

voidmain()

{

TMOD=0x02;

TH0=6;

TL0=6;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

while(1)

{

if(num==4000)

{

num=0;

led=~led;

}

}

}

voidT0_time()interrupt1

{

num++;

}多种延时程序都可以满足设计需求，所以在设计时我选择了最收悉的循环延时，具体的延时时间可以根据单片机的晶振频率和具体程序计算出来。图4-3按键程序的流程图及其液晶显示的程序流程图4.4初始化程序因为单片机内无论是寄存器还是还是定时器计数器都存在着默认值，如果对这些模块不进行赋值，按默认值来的话单片机有可能会产生混乱，达不到编写程序的目的，所以要加入初始化程序来增强系统的稳定性。液晶模块如果不进行初始化的话会一直显示上次输入的单词或者停留在上次掉电时的状态下。所以初始化程序必不可少。voidinit(){ wela=0; dula=0; temp=0; lcd_wcmd(0x38); //双行显示，指令5 delay(1); lcd_wcmd(0x0c); //开显示，无光标，指令4 delay(1); lcd_wcmd(0x06); //光标右移，指令3 delay(1); lcd_wcmd(0x01);//清屏，指令1 delay(1); EA=1; ET0=1; TR0=1;//启动定时器 }5系统调试与分析单片机有着很多不确定性还有一些人为因素的影响，导致可能在焊接过程或者是其他操作过程中会出现一些偏差和，必须要经过严格的调试，才能够获得它满意的性能要求。5.1硬件调试硬件调试地步骤就是主要为检查电路和通电观察和静态调试及动态调试4部分组成。并且具体步骤为如下：硬件配置的调整主要是由这四个部分来组成：检查电源电路，观察插入状态，静态数据调整和动态调整。操作步骤如下：(1)检查电源电路在插入电源电路之前，请仔细地检查它的电源电路是否能够的正确连接，然后再使用我们的数字万用表再进行最后测试。(2)观察插入状态系统配置产品连接到外部开关电源，并且开关电源电路在短时间内连接。检查电路板是否存在异常，如果闻到异常气味，则可以看到电具正在放电或冒烟，如果设备温度很高，则应立即关闭开关电源电路并等待温度降低后，再次检查电源电路板，在检测到故障后，将重复这个实际的操作，直到它不会再出现这样的上述情况后为止。(3)静态数据调整调整之前，请先了解设备的操作方法，调整时请注意设备的电源插头和电源电路的开关电源端口是否接触良好，以免发生常见故障。(4)动态调整输入数据信号后以观察它电源电路地输出数据的信号是否都符合规定。在整个调整过程中，必须拆卸或更换组件或更改连接时，必须断开开关电源，并在拆卸和更换后重新插入电源。5.2软件调试该设计是用C语言编写的，必须使用KeiluVision4编写和调整。首先呢打开KeiluVision4这个软件，然后再创建上一个新项目后，在工具栏中搜索到“新建项目”这个选项，然后打开“文件”并选择“新建文件”。编写后，键入后将调整程序流程。创建新文件时，单击“数据库”提示框下的STC89C52，然后在新创建的“文件”提示框中键入程序流，将其保存为.c文件格式，然后将其添加到“源组1，创建一个十六进制文件”中，然后编译程序，并在正确编译程序之后开始编程。在新文件中加载程序流并编译程序的提示框的指示如图5-1所示：图5-1KeiluVision4运行图5.3实验在通过一定的调通AD软件之后呢我们之后并对AD地数据采集及相应的功能进行了严密的测试，测试数据为如下表5-1：表5-1测试数据序号高度（CM）AD值1022273394411551466167719882199241010261111281212311313331414361515381616401717431818451919482020512130742240982350122246014625701702680194279021828100242图5-2当前AD地采集数据和其给定的固定输入数据这些给定的数据消息全都是在同样房间中测量的，它们所有都是在室内温度固定接近30摄氏度的时侯测量的。每个人全都对其测量地所有数据信息全部进行了正确求解，并且测量了全部28套的数据信息（根据给定地高度全部被加载到了ADC0832输出地AD值当中），并且表明了AD地线性度相对来说比较高。图5-2显示了测试的全过程汇总公式计算：水位高度=（AD值2）/2.4图5-2实验过程根据调试，每个人都发现最耗时的调试正在考虑许多因素。调试的整个过程应由所有系统软件组成，以查看工作中是否一切正常，以及是否可以满足基本规则。每个人提出的所有设计计划全部都是只有有水位传感器之后才能基本上满足对设计计划的全部基本要求。根据全部能够精确的测量出液位计气压所有地压力传感器，ADC0832收集并且转换为压力传感器的输出地模拟工作的电压，并将其发送至微控制器设计。然后根据LCD屏幕指示液位的高度。当测量出的范围为0-1米以内的时侯，误差基本上可以能够满足要求。错误地关键呢肯定在于对这个压力传感器地输出与ADC0832地输入之间存在着一定地差异。6、结论冷却塔水箱水位检测和自动控制系统的设计方案已达到估算的基本规定。STC89C52单片机当然是该设计极其的关键。传感器测试的水位数据信号经过转换后，数据信号被发送到单片机。已经完美解决，并且能够在LCD1602屏幕上清楚的显示。此外，当水位低于设定值时，自来水泵会将散热器管中的热水循环到水箱中。当水位能够达到之前设定好的设定值的时侯，水泵就会停止