單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--水塔水位控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　機(jī)械與車輛學(xué)院</b></p><p>　　《單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　?。?011-2012學(xué)年第一學(xué)期）</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：水塔水位控制系統(tǒng) </p><p><b>　　姓 名： </b></p>

2、<p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p>　　班 級(jí)：09機(jī)械電子工程3班</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2011年11月28日—2011年12月16日</p><p><b>　　目錄</b>

3、</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的………………………………………………2</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)用的儀器和器件…………………………………………2</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容………………………………………………2</p><p>　　3.1、總體報(bào)告 ……………………………………………………………3</p&

4、gt;<p>　　3.1.1、水塔水位控制原理…………………………………………………3</p><p>　　3.1.2、水塔水位狀態(tài)信號(hào)表………………………………………………3</p><p>　　3.2、硬件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………4</p><p>　　3.2.1、用Protel軟件畫硬件原理圖…………………………………

5、……4</p><p>　　3.2.2、畫最小系統(tǒng)…………………………………………………………4</p><p>　　3.2.3、設(shè)計(jì)水塔水位感應(yīng)器………………………………………………4</p><p>　　3.2.4、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)至水泵的控制電路………………………………4</p><p>　　3．3、軟件流程和程序 ……………………………

6、……………………5</p><p>　　3.3.1、軟件的使用流程……………………………………………………5</p><p>　　3.3.2、程序的編寫…………………………………………………………6</p><p>　　3.4、調(diào)試過程及結(jié)果分析 ……………………………………………8</p><p>　　3.4.1、調(diào)試的過程 …………………

7、……………………………………8</p><p>　　3.4.2、結(jié)果分析 …………………………………………………………9</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)的體會(huì)和發(fā)生的問題 …………………………………9</p><p>　　4.1、課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)……………………………………………9</p><p>　　4.2、課程設(shè)計(jì)發(fā)生的問題……………

8、………………………………10</p><p>　　五、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………11</p><p>　　六、致 謝…………………………………………………………………12</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),

9、提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。通過單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)，讓我們提高理論聯(lián)系實(shí)際及動(dòng)手操作的能力，本次實(shí)習(xí)所選題目《水塔水位控制》緊密結(jié)合，我們所學(xué)的《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》（C語言版）所學(xué)的主要內(nèi)容，加深鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一定的深度和廣度的擴(kuò)展，能充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和想象力。通過本次的課程設(shè)計(jì)讓我們掌握Protel軟件的畫硬件原理圖和Keil C軟件

10、的編程，初步了解電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等一系列環(huán)節(jié)的實(shí)施過程，提高我們對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)用的儀器和器件</p><p>　　1、塑料桶一個(gè)(Φ25-30cm)</p><p>　　2、塑料尺30cm 一個(gè)</p><p><b>　　3、微型水泵 一個(gè)</b></p>

11、<p>　　4、塑料管2米 </p><p>　　5、光電耦合器4N25 一個(gè)</p><p>　　6、12V微型繼電器 一個(gè) </p><p>　　7、電路板（4*4cm）一塊</p><p>　　8、薄銅片2cm*10cm 一塊</p><p>　　9、直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)、PC機(jī)一臺(tái)、仿真儀

12、一臺(tái)。 </p><p>　　10、其它：導(dǎo)線2米、二極管一個(gè)、PNP三極管一個(gè)、4.7K電阻2個(gè)、300Ω電阻2個(gè)。</p><p>　　11、電烙鐵、焊錫、鉗子、剪刀若干（各組共用）。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容</p><p><b>　　3.1、總體報(bào)告 </b></p><p

13、>　　了解水塔水位控制系統(tǒng)的工作原理，利用protel繪制硬件原理圖和單片機(jī)的最小系統(tǒng)。確認(rèn)原理圖無誤后開始按照原理圖焊接電路板，焊接完畢后用萬用電表對(duì)電路板的個(gè)焊接點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，看各元件是否能正常工作和接線是否有錯(cuò)誤。利用keil C編寫程序，然后把水位傳感裝置連接電路板，電路板連接單片機(jī)，把程序錄入單片機(jī)后進(jìn)行調(diào)試，看是否能達(dá)到預(yù)期的目的。3.1．1、水塔水位控制原理 </p><p>　　水塔水位控制

14、原理圖見圖3-1-1，圖中兩條虛線表示正常工作情況下水位升降的上下限，在正常供水時(shí)，水位應(yīng)控制在兩條虛線代表的水位之間。B測(cè)量水位下限，C測(cè)量水位上限，A接+5V，B、C接地。</p><p>　　在水塔無水或水位低于下限水位時(shí)，B、C為斷開，B、C兩點(diǎn)電位為零(低電平“0” )，需要水泵供水，單片機(jī)輸出低電平，控制電機(jī)工作供水。水位上升到B點(diǎn)，B接通，B點(diǎn)電位變?yōu)楦唠娖健?”，C開關(guān)仍斷開，C點(diǎn)仍為低電平，維持

15、現(xiàn)狀水泵繼續(xù)供水。當(dāng)水位上升到C點(diǎn)時(shí)，C接通。這時(shí)B、C均接通，B、C兩點(diǎn)都為高電平，表示水塔水位已滿，需水泵停止供水，單片機(jī)輸出高電平，電機(jī)斷電停止供水。水塔水位開始下降，水位在降到B點(diǎn)之前，B點(diǎn)電位為高、C點(diǎn)電位為低，單片機(jī)輸出控制電平維持不變，仍為高。當(dāng)水位降到B點(diǎn)以下，B、C兩點(diǎn)電平都為低時(shí)，單片機(jī)輸出控制電平又變低．水泵供水。</p><p>　　圖3-1-1 水塔水位檢測(cè)原理圖</p>

16、<p>　　3.1.2、水塔水位信號(hào)狀態(tài)表</p><p>　　兩個(gè)水位信號(hào)由P1.0和P1.1輸入，這兩個(gè)信號(hào)共有四種組合狀態(tài)。如表3-1-2所示。其中第三種組合（b=1、c=0）正常情況下是不能發(fā)生的，但在設(shè)計(jì)中還是應(yīng)該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。</p><p>　　表3-1-2 水塔水位信號(hào)狀態(tài)表</p><p><b>　　3.2、硬

17、件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1、用Protel軟件畫硬件電路圖。（如圖3-2-1所示）</p><p>　　掌握Protel軟件的使用。</p><p>　　3.2.2、單片機(jī)最小控制系統(tǒng).（如圖3-2-2所示）</p><p>　　用80C51設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng)，其中P1.0接水位下限傳感器；P1.1接水位上限傳感

18、器；P1.2輸出經(jīng)Q0電流放大后接光電耦合器，接通繼電器，帶動(dòng)電機(jī)控制水泵工作；P1.3輸出經(jīng)反相器后接LED，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)LED閃爍；P1.4輸出經(jīng)反相器后接蜂鳴器，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)報(bào)警。</p><p>　　3.2.3、設(shè)計(jì)一個(gè)水塔水位傳感器</p><p>　　其中A電極置于水位10cm處，接5V電源的正極；B電極置于水位15cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機(jī)的P1.0口；C電極置于水

19、位20cm處，經(jīng)5.1K的下拉電阻接單片機(jī)的P1.1口。</p><p>　　3.2.4、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)至水泵的控制電路</p><p>　　單片機(jī)與水泵之間用反相器、光電耦合器和繼電器控制，計(jì)算出LED限流電阻，接好繼電器的續(xù)流二極管。</p><p>　　圖3-2-1硬件原理圖 </p><p

20、>　　圖3-2-2 最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3、軟件流程和程序</p><p>　　3.3.1 、軟件的使用流程圖（如圖3-3-1所示）</p><p><b>　　圖3-3-1流程圖</b></p><p>　　3.3.2 、水塔水位控制系統(tǒng)的程序編寫</p><p>　　#in

21、clude<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　sbit P1_0=P1^0;</p><p>　　sbit P1_1=P1^1;</p><p>　　sbit P1_2=P1^2;</p><p>　　sbit P1_3=P1

22、^3;</p><p>　　sbit P1_4=P1^4;</p><p>　　void delay1s();</p><p>　　void delay20ms();</p><p>　　void mian()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P

23、1=0xf4; //11110100 初始化，接單片機(jī)后電機(jī)啟動(dòng)。</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(P1_0==0) //B點(diǎn)水位</p><p><b>　　{</b>&l

24、t;/p><p>　　if(P1_1==0) //C點(diǎn)水位</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1_2=0; // 水位在BC之下，電機(jī)啟動(dòng) ，抽水。</p><p>　　delay1s();</p><p><b>　　}</b>

25、</p><p>　　else //P1.0=0 P1.1=1</p><p>　　{ //水位到達(dá)C點(diǎn) 電機(jī)停機(jī)。</p><p><b>　　P1_2=1;</b></p><p>　　P1_4=0; //原理圖改接地</p><p><b>　　

26、P1_3=1;</b></p><p>　　delay20ms(); //報(bào)警</p><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //P1.0=1</p><p><b>　

27、　{</b></p><p>　　if(P1_1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1_2=1; //停機(jī)</p><p>　　delay1s();</p><p><b>　　}</b></p><p&g

28、t;<b>　　else </b></p><p>　　{delay1s();}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void

29、delay1s()//1S延遲函數(shù) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　TMOD=0x00; //T1工作方式0</p><p>　　for(i=0;i<0xc8;i++) //設(shè)置200次循環(huán)函

30、數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH1=0x63; //設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器初值 設(shè)置為5ms</p><p><b>　　TL1=0x18;</b></p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)T1</p><p>　　w

31、hile(!TF1); //查詢計(jì)數(shù)是否溢出，即5ms定時(shí)時(shí)間到，TF1=1</p><p>　　TF1=0; //5ms定時(shí)時(shí)間到，將定時(shí)器溢出標(biāo)志位TF1清零</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay20ms

32、() //20mS延遲函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01; //T0工作方式1</p><p>　　TH0=(65536-20000)/256; //賦初值 設(shè)置為20mS。 10位。</p><p>　　TH1=(65536-20000)%256;

33、 </p><p>　　TR0=1; //啟動(dòng)T0</p><p>　　while(!TF0); //查詢計(jì)數(shù)是否溢出，即5ms定時(shí)時(shí)間到，TF0=1</p><p>　　TF0=0; //20ms定時(shí)時(shí)間到，將定時(shí)器溢出標(biāo)志位TF0清零</p><p>　　} </p><

34、p>　　3.4、調(diào)試過程及結(jié)果分析</p><p>　　3.4.1、調(diào)試的過程</p><p>　　首先用萬用電表測(cè)試電路板是否導(dǎo)通，因?yàn)閷?duì)二極管和繼電器不太了解，加之自己的疏忽，導(dǎo)致焊接錯(cuò)了方向，而使電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。然后請(qǐng)教了老師和同學(xué)，最后還是調(diào)試成功了電路板。</p><p>　　接著就是用Keil C軟件對(duì)程序進(jìn)行編程無誤后，把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)

35、的知識(shí)不牢固，導(dǎo)致程序一直修改了好多次，最后用導(dǎo)線把電路板，單片機(jī)和水泵連接好，經(jīng)過多次調(diào)試水泵才成功的泵水和抽水。</p><p>　　3.4.2、結(jié)果分析</p><p>　　通過我們?nèi)?組員的共同努力，分工合作，經(jīng)過一系列的調(diào)試電路板和程序的修改，最終得到調(diào)試結(jié)果為</p><p>　　泵水時(shí)：①當(dāng)水位未達(dá)到水位下限檢測(cè)位時(shí)，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)泵水；②當(dāng)水位上

36、升達(dá)到水位下限，但還沒到水位上限檢測(cè)位時(shí)，電機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)水位達(dá)到水位上限時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；抽水時(shí)：①當(dāng)水位下降到水位上限，但沒下降到水位下限檢測(cè)位時(shí)，電機(jī)保持之前的狀態(tài)，即停轉(zhuǎn)；②當(dāng)水位下降到水位下限檢測(cè)位時(shí)，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，重復(fù)泵水時(shí)的過程。四、課程設(shè)計(jì)的體會(huì)和發(fā)生的問題</p><p>　　4．1、課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)</p><p>　　為期兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，讓

37、我真是受益匪淺，在這次實(shí)習(xí)中我學(xué)到了很多單片機(jī)的知識(shí)。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)Protel軟件畫電路圖及Keil C軟件的編程有了進(jìn)一步的掌握和運(yùn)用，錫焊焊接技術(shù)也有了一定的的提高。</p><p>　　此次實(shí)習(xí)是硬件與軟件相結(jié)合的一次很好的理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，由一個(gè)組5個(gè)同學(xué)，共同完成課程設(shè)計(jì)的調(diào)試。由于之前的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)都是使用Protues軟件仿真的，所以對(duì)Protel軟件的使用不是很熟練。然而通過這次實(shí)

38、驗(yàn)，對(duì)單片機(jī)的實(shí)際操作，讓我明白的軟件的仿真和硬件的實(shí)際運(yùn)行有著很大的區(qū)別，有些在軟件仿真成功的程序，在硬件中未必能正常運(yùn)行。另一方面，這次焊接的電路板并不是印制電路板，元件的接線和元件的方向判斷也需要自己去測(cè)試，在焊接過程中我曾經(jīng)因?yàn)樵姆较蚺袛噱e(cuò)誤而導(dǎo)致電路板不能工作，后來通過上網(wǎng)查詢?cè)男吞?hào)和詢問老師，才能解決問題。 </p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)作品的制作讓我對(duì)單片機(jī)的理論有了更加深入的了

39、解，同時(shí)在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識(shí)很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實(shí)際的因素，或者涉及的不全面，可在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時(shí)結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實(shí)踐使我更深刻的體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)工作中會(huì)更加的注重實(shí)際，避免稱為只會(huì)紙上談兵的趙括。</p>&

40、lt;p>　　4．2、課程設(shè)計(jì)過程中發(fā)生的問題</p><p>　　第一，在焊接的過程中，由于電路板兩點(diǎn)之間的焊點(diǎn)很接近，所以遇到接線困難的問題，往往在焊接電路連接線的時(shí)候，電線總是很難固定在一個(gè)位置，即使固定好，熔焊錫的過程總是一塌糊涂，后來發(fā)現(xiàn)我先把元件焊固定后再接線，其困難度更高，因此在以后的焊接線的過程中，元件和電線插進(jìn)插孔中后再一起焊接，這樣相對(duì)來說更容易，而且電線的固定更好。</p>

41、<p>　　第二，編寫程序的過程中，因?yàn)檫@學(xué)期單片機(jī)的課沒有學(xué)太好，加之之前大一時(shí)對(duì)C語言沒有重視，導(dǎo)致在寫程序的時(shí)候不懂，修改了很多次。要通過看單片機(jī)的的書和請(qǐng)教同學(xué)，程序才完全寫好，而且對(duì)每一步都有注釋，以免下次忘記了。</p><p>　　第三，把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)內(nèi)，連接微型水泵，電路板和單片機(jī)的過程中。一開始，由于電腦的問題，一直寫不入程序到單片機(jī)里。接著由于感應(yīng)器的接觸不良，導(dǎo)致水泵不能按程

42、序工作。然后我們分工合作，把哪直尺感應(yīng)器重新撕開膠布，再連接導(dǎo)線。經(jīng)過全組員的共同努力，水泵終于能按要求抽水和泵水了。</p><p>　　最后，在答辯的時(shí)候，由于沒準(zhǔn)備充分和對(duì)各器件的性能沒有很好的掌握，導(dǎo)致指導(dǎo)老師問了光耦有什么作用都不知道。課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我還是會(huì)像這次實(shí)習(xí)一樣認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龊妹恳患∈隆?lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&l

43、t;/b></p><p>　　[1] 王靜霞 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語言版）[ M ]. 北京：電子工業(yè)出版社,2009.5</p><p>　　[2] 李朝青 .單片機(jī)原理及接口技術(shù)[ M ] .北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[3] 李軍 李賦海. 檢測(cè)技術(shù)及儀表[ M ]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009</p&g

44、t;<p>　　[4] 童詩白 華成英 .模擬電子技術(shù)[ M ]. 北京: 高等教育出版社，2005</p><p>　　[5] 李蘭友 .單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用十例[ M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社 ，1994.2</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　本次單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)的成功，首先要感謝學(xué)

45、校和機(jī)械與車倆學(xué)院為我們大三的機(jī)械電子工程的準(zhǔn)畢業(yè)生，提供了一次很好的課程聯(lián)系實(shí)際和自己動(dòng)手操作的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，也提供給我們絕佳的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)工具來完成這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)。讓我對(duì)電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等一系列環(huán)節(jié)的實(shí)施有了初步的掌握，提高了對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。為我以后學(xué)習(xí)機(jī)械電子工程專業(yè)的知識(shí)從事相關(guān)的單片機(jī)工作積累了寶貴的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　其次要感謝這次實(shí)習(xí)的指導(dǎo)老師——xx老師，從

46、電子實(shí)習(xí)到現(xiàn)在的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，不管是焊接，或者調(diào)試，xx老師一直都是認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度，誠懇的為人以及耐心的指導(dǎo)，幫助我完成這次的實(shí)習(xí)。在此，我向我的指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和深深的敬意。</p><p>　　最后要感謝我們的組員xx同學(xué)們的幫助，在調(diào)試過程中，他們熱心的指導(dǎo)和耐心的為我解答問題，都為這次實(shí)習(xí)的成功提供了很大的幫助。通過這次實(shí)習(xí)培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作，共同進(jìn)步和勇于創(chuàng)新的精神。</p>