單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---水位自動(dòng)控制

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：水位自動(dòng)控制</p><p>　　專業(yè)： 電機(jī)與電器 </p><p>　　班級(jí)： 101 班 </p><p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012-6-25 </p><p>　　微控制器技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 水位自動(dòng)控制 7 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：

3、 2012.6.7——2012.6.19 　</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　在Proteus中畫出原理圖或使用實(shí)物，編制程序，實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、使用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位；</p><p>　　2、使用按鍵模擬水位開關(guān)；</p>&

4、lt;p>　　3、可以設(shè)定水位上、下限，到達(dá)或超過溫度上限時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；到達(dá)或超過溫度下限時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　背景資料：1、單片機(jī)原理與應(yīng)用</p><p><b>　　2、檢測(cè)技術(shù)</b></p><p>　　3、計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)</p><p><b>　　進(jìn)度安排：<

5、;/b></p><p>　　1、第一天，領(lǐng)取題目，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容，分解設(shè)計(jì)步驟和任務(wù)；</p><p>　　2、第2-3天，規(guī)劃設(shè)計(jì)軟硬件，編制程序流程、繪制硬件電路。</p><p>　　3、第4-6天，動(dòng)手制作硬件電路，或編寫軟件，并調(diào)試。</p><p>　　4、第7天，中期檢查。</p><p>　　5、

6、第9-10天，完善為完成內(nèi)容，書寫設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　6、第11天，提交設(shè)計(jì)報(bào)告，整理設(shè)計(jì)實(shí)物，等待答辯。</p><p>　　7、第12天，設(shè)計(jì)答辯。</p><p><b>　　題目：水位自動(dòng)控制</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><

7、;p>　　1、掌握51單片機(jī)的基本硬件結(jié)構(gòu)及工作原理。</p><p>　　2、熟悉關(guān)于51單片機(jī)系列的程序編寫，并學(xué)會(huì)基本程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3、了解51系列單片機(jī)的有關(guān)控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。</p><p>　　4、學(xué)會(huì)將理論賦予實(shí)踐，逐步掌握運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的方法。</p><p><b>　　二、設(shè)

8、計(jì)要求</b></p><p>　　在Proteus中畫出原理圖或使用實(shí)物，編制程序，實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、使用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位；</p><p>　　2、使用按鍵模擬水位開關(guān)；</p><p>　　3、可以設(shè)定水位上、下限，到達(dá)或超過水位上限時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；到達(dá)或超過水位下限時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。<

9、/p><p>　　4、設(shè)置聲光報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)水位過低或滿水位時(shí)，相應(yīng)報(bào)警指示燈閃爍，并發(fā)出報(bào)警聲。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　水位檢測(cè)電路可以通過兩個(gè) 51 單片機(jī)的管腳來感知水位的變化，產(chǎn)生不同的邏輯組合來控制是否進(jìn)水或是停止進(jìn)水。輸出端可由一個(gè)端口來控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而控制水泵的工作。<

10、/p><p>　　方案一:設(shè)計(jì)采用 ADC0808 芯片。用 LED 燈來顯示水位的高低。ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口，本次設(shè)計(jì)只要用其中一個(gè)。通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作用于單片機(jī)，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。采用可調(diào)電阻器來控制模擬電信號(hào)的輸入。通過對(duì)電阻器的調(diào)節(jié)來模擬輸入量的變化。通過對(duì)比數(shù)字量來進(jìn)行進(jìn)行判斷水位的高低。進(jìn)而通過輸出口對(duì)電機(jī)進(jìn)行開關(guān)控制。</p><p>　　方案二

11、：本方案采用555電路進(jìn)行控制，即當(dāng)水位探測(cè)傳感器探測(cè)到低水位時(shí)送一個(gè)低于1/3VCC的低電平給NE555芯片,555的輸出即為高電平驅(qū)動(dòng)水泵加水;當(dāng)在正常的水位時(shí)候,送給NE555為1/3VCC----2/3VCC的電平,即保持前一個(gè)水泵不加水的狀態(tài);當(dāng)水位居于高水位時(shí),給NE555電路一個(gè)高電平,這時(shí)NE555輸出電平翻轉(zhuǎn)為低電平,不能驅(qū)動(dòng)水泵,水泵停止加水。</p><p>　　方案三：本方案采用單片機(jī)AT

12、89C51作為我們的控制芯片,主要工作過程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水;當(dāng)水位在高水位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍。 </p><p>　　本課程設(shè)計(jì)采用方案三，這個(gè)方案中使用了單片機(jī)處理，單片機(jī)技術(shù)是信息時(shí)代用于精密測(cè)量的一種新技術(shù)。此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準(zhǔn)確地把輸入的電平送給單片機(jī)不會(huì)

13、產(chǎn)生誤判的情況,由于AT89C51單片機(jī)有四端口，20引腳能夠非常方便地設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)原理和電路圖如下</p><p><b>　　1、系統(tǒng)原理</b></p><p>　　當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)器沒被+5V的電源導(dǎo)通進(jìn)入穩(wěn)壓電路，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的P1.7口，

14、輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1口單片機(jī)經(jīng)過分析，在P3.2口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈閃爍，同時(shí)在P3.1口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；P3.0出來一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，在P3.2引腳出來一個(gè)低電平，使紅燈滅；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的低水位探測(cè)線被導(dǎo)通，經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個(gè)高電平，送入單片機(jī)的P1.0口，單片機(jī)經(jīng)過分析，在P3.3引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P3.1口輸出一低

15、電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；P3.0輸出一個(gè)信號(hào)使三極管導(dǎo)通，使水泵停止加水。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　采用單片機(jī)AT89C51作為我們的控制芯片,主要工作過程是當(dāng)高塔中的水在低水位時(shí),水位探測(cè)傳感器送給單片機(jī)一個(gè)高電平,然后單

16、片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈閃爍，同時(shí)報(bào)警;當(dāng)水位在正常范圍內(nèi)時(shí),水泵加水 ,當(dāng)水位在高水位時(shí),單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水,黃燈閃爍，同時(shí)報(bào)警。</p><p>　　3、水塔水位控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)的單片機(jī)選用AT89C51芯片，在Proteus 平臺(tái)下進(jìn)行硬件仿真。硬件電路設(shè)計(jì)分為水位檢測(cè)、水位顯示、聲光報(bào)警、電機(jī)控制、振蕩電路和復(fù)位電路幾個(gè)部分。

17、</p><p>　　3.1 水位檢測(cè)電路</p><p>　　本檢測(cè)電路采用DIPSW-8組開關(guān)來做水位監(jiān)測(cè)觸發(fā)。水位檢測(cè)部分是用單片機(jī)P1.0～P1.7 連接的8個(gè)按鈕分別代表低水位，水位1、水位2、水位3、水位4、水位5 ，水位6，和滿水位。水位檢測(cè)電路如圖1 所示</p><p><b>　　圖2 水位檢測(cè)電路</b></p>

18、;<p>　　3.2 水位顯示電路</p><p>　　采用一片LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由單片機(jī)P0.0～P0.7和P2.0口輸出段碼，進(jìn)行水位顯示數(shù)字0 ～7分別代表低水位、水位1、水位2、水位3、水位4，水位5和水滿時(shí)的水位標(biāo)志。水位顯示電路如圖2 所示 </p><p><b>　　圖3 水位顯示電路</b></p><p>

19、<b>　　3.3電機(jī)控制電路</b></p><p>　　加水時(shí)，電機(jī)正常工作。為確保水塔內(nèi)不能沒有水，所以在設(shè)計(jì)當(dāng)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)水位0 的時(shí)候就開始供水，電機(jī)工作。</p><p>　　電機(jī)控制部分，采用了三極管放大來控制電機(jī)的工作，由單片機(jī)P3.0 口進(jìn)行控制。電機(jī)控制電路如圖4 所示。</p><p><b>　　圖4 電機(jī)控制電

20、路</b></p><p>　　3.4 振蕩電路和復(fù)位電路（見圖6）</p><p>　　圖 5 振蕩電路和復(fù)位電路</p><p><b>　　3.5聲光報(bào)警電路</b></p><p>　　本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈D1亮表示是低水位狀態(tài)，蜂鳴器報(bào)警；黃燈D2發(fā)亮，水泵停

21、止加水，蜂鳴器報(bào)警。原理圖如下圖4-4：</p><p>　　圖6 聲光報(bào)警電路</p><p><b>　　4 軟件程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實(shí)時(shí)顯示液位值以及按鍵掃描等工作。主程序流程圖如圖4

22、-1所示。</p><p>　　圖7 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p><b>　　4.2 編寫C程序</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)主程序流程圖，在keil C51中編寫相應(yīng)程序，并檢索、編譯。查找編寫程序中的錯(cuò)誤，并改正，最終得到正確的程序。并生成HEX文件。在仿真調(diào)試時(shí)使用。編寫的C程序見附錄2.</p><p

23、><b>　　五、元件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></p><p><b>　　六、硬件制作與調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與原件清單，設(shè)計(jì)電路圖，在proteus軟件里繪制電路圖，并進(jìn)行仿真調(diào)試檢測(cè)程序及電路圖中的錯(cuò)誤，最終得到正確的電路

24、圖。</p><p>　　調(diào)試成功后電路運(yùn)行情況：?jiǎn)螕舴抡孢\(yùn)行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。按下低水位按鈕時(shí)，在LED 顯示器上顯示“0”， 低水位報(bào)警，低水位報(bào)警指示燈紅燈亮，蜂鳴器響，電機(jī)工作給水塔加水；按下水位1 按鈕時(shí)，，顯示水位為“1 ”， 低水位報(bào)警指示燈紅燈滅，電機(jī)工作給水塔加水；按下水位2 按鈕時(shí)，顯示水位為“2 ”；按下水位3 按鈕時(shí)，顯示水位

25、為“3 ”；按下水位4 按鈕時(shí)，顯示水位為“4”，水塔控制工作正常運(yùn)行；按下水位7 按鈕時(shí)，顯示水位為“7”，高水位報(bào)警，黃燈亮，蜂鳴器響，電機(jī)停止工作?？傮w電路圖見附錄一。</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　該自動(dòng)系統(tǒng)才用自帶存儲(chǔ)空間的8051單片機(jī)芯片，造型袖珍，線路簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高。與外部的聯(lián)系小，減少了外部干擾對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行影

26、響，具有很好的穩(wěn)定性。在內(nèi)部干擾中，由于所有運(yùn)算都有單片機(jī)芯片內(nèi)部自己完成，減少了數(shù)據(jù)傳輸損耗的可能性，對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算傳輸可靠性高。</p><p>　　作為一名電器的大二學(xué)生，在即將就業(yè)之際，通過做這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的。在做這次課程設(shè)計(jì)的過程中，為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料。</p><p>　　其次，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了以前學(xué)過的專業(yè)課知識(shí)，如

27、：proteus仿真、C語(yǔ)言、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過去我從未獨(dú)立應(yīng)用過他們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。</p><p>　　最后，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必

28、經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，這樣為資料的保留和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)中遇到的問題要記錄，以免下次遇到同樣的問題。</p><p>　　在這次的課程設(shè)計(jì)中，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提高，這就是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b

29、></p><p>　　[1]陳海宴. 51單片機(jī)原理及其應(yīng)用. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2010.3</p><p>　　[2]何希才. 傳感器及其應(yīng)用實(shí)例. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.9</p><p>　　[3]李廣弟. 單片機(jī)基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2007.6</p><p>　　[4]周瀾景.

30、 基于proteus電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真. 北京：北京航空航天大學(xué)出版</p><p><b>　　社 2006.5</b></p><p>　　[5]童詩(shī)白. 數(shù)字電子技術(shù). 北京：高等教育出版社,2001.6</p><p><b>　　附錄1 總體電路</b></p><p>　　附錄

31、2 系統(tǒng)總程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar code shuzu[]=</p><p>　　{0

32、xc0,0xf9,0xa4,0xb0,</p><p>　　0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80};</p><p><b>　　uint n,m;</b></p><p>　　//*******延時(shí)程序************</p><p>　　void delay()</p><p&

33、gt;<b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<12;i++)</p><p>　　for(j=0;j<120;j++);</p><p><b>　　}</b></p>&

34、lt;p>　　sbit k7=P1^7;</p><p>　　sbit k6=P1^6;</p><p>　　sbit k5=P1^5;</p><p>　　sbit k4=P1^4;</p><p>　　sbit k3=P1^3;</p><p>　　sbit k2=P1^2;</p><p

35、>　　sbit k1=P1^1;</p><p>　　sbit k0=P1^0;</p><p>　　sbit dj=P3^0;</p><p>　　sbit fmq=P3^1;</p><p>　　sbit led1=P3^2;</p><p>　　sbit led2=P3^3;</p><

36、p>　　//**********主程序*********** </p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　led1=0;</b></p><p><b>　　led2=0;</b></p>

37、;<p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(k6==1)</b></p><p><b>　　dj=1;</b></p><p><b>　　if(k7=

38、=0)</b></p><p><b>　　n=0;</b></p><p><b>　　if(k6==0)</b></p><p><b>　　n=1;</b></p><p><b>　　if(k5==0)</b></p>&

39、lt;p><b>　　n=2;</b></p><p><b>　　if(k4==0)</b></p><p><b>　　n=3;</b></p><p><b>　　if(k3==0)</b></p><p><b>　　n=4;<

40、;/b></p><p><b>　　if(k2==0)</b></p><p><b>　　n=5;</b></p><p><b>　　if(k1==0)</b></p><p><b>　　n=6;</b></p><p&g

41、t;<b>　　if(k0==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=7;dj=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　P0=shuzu[n];</p><

42、p><b>　　if(k7==1)</b></p><p>　　for(m=0;m<10;m++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　fmq=~fmq;</b&g

43、t;</p><p>　　led1=~led1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k0==0)</b></p><p>　　for(m=0;m<10;m++)</p><p><b>　　{</b><

44、/p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　fmq=~fmq;</b></p><p>　　led2=~led2;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b>&