接口與通信課程設計--水塔水位控制器系統(tǒng)

1、<p>　　計算機科學與技術專業(yè)</p><p>　　接口與通信課程設計報告</p><p>　　學 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　時 間

2、 </p><p><b>　　2005年12月</b></p><p><b>　　一. 內(nèi)容提要</b></p><p>　　本課題研究的內(nèi)容是“水塔水位控制器系統(tǒng)”。水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本實驗采用單片機進行主控制，在水池上安裝一個自動測水位裝置。利

3、用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，主控臺應用單片微機或時基集成電路對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應的水位顯示、控制及故障報警等功能。本系統(tǒng)利用單片機作為控制器、點結點水位傳感器作為水位測量。8個LED管做為水位顯示,并且具有手動上水，自動上水功能。本文主要說明了制作這個系統(tǒng)的意義、本人所做的工作、系統(tǒng)的主要功能及軟硬件設計流程描述，并附上了設計流程圖及源程序代碼。最后寫上了完成此次課程設

4、計的體會及參考文獻。</p><p><b>　　二. 目錄</b></p><p>　　1. 意義………………………………………………………………… 3</p><p>　　2. 本人所做工作……………………………………………………… 3</p><p>　　3. 硬件電路設計及描述…………………………………………

5、…… 3</p><p>　　4. 軟件設計流程及描述……………………………………………… 6</p><p>　　5. 源程序代碼………………………………………………………… 7</p><p>　　6. 課程設計體會……………………………………………………… 8</p><p>　　7. 參考文獻……………………………………………

6、……………… 8</p><p><b>　　三. 正文</b></p><p><b>　　意義</b></p><p>　　水位控制在日常生活及工業(yè)領域中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控

7、室。然后主控室再開動電機進行給排水。很顯然上述重復性的工作無論從人員、時間和資金上都將造成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)，我所研究的就是這方面的課題。</p><p>　　此外這次課程設計對我還有以下意義:</p><p><b>　　</b></p><p>　　通過這次

8、課程設計，加深對單片機理論方面的理解。</p><p>　　掌握單片機的內(nèi)部模塊的應用，如定時器/計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存儲器、I/O口、串行口通訊等。</p><p>　　了解和掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設計和實現(xiàn)單片器應用系統(tǒng)打下良好基礎。</p><p>　　通過簡單課題的設計練習，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運

9、用所學知識解決實際問題的目的。</p><p><b>　　本人所做工作</b></p><p>　　本人主要負責查閱資料、繪制系統(tǒng)電路圖、原理圖和軟件流程圖及撰寫課程設計報告等工作。</p><p><b>　　硬件電路設計及描述</b></p><p>　　(1) 水位智能檢測系統(tǒng)設計原理<

10、;/p><p><b>　　水塔水位控制原理圖</b></p><p>　　如上圖所示，虛線表示允許水位變化的上下限。在正常情況下，應保持水位在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔的不同高度安裝了3根金屬棒，以感知水位變化情況。</p><p>　　其中B棒處于下限水位，C棒處于上限水位，A棒接+5V電源，B棒、C棒各通過一個電阻與地相連。</p&g

11、t;<p>　　水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動以達到對水位控制之目的。供水時，水位上升。當達到上限時，由于水的導電作用，B、C棒連通+5V。因此，b、c兩端均為1狀態(tài)，這時應停止電機和水泵工作，不再給水塔供水。</p><p>　　當水位降到下限時，B、C棒都不能與A棒導電，因此，b、c兩端均為0狀態(tài)。這時應啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水。</p><p>

12、　　當水位處于上下限之間時，B棒與A棒導通，b端為1狀態(tài)。C端為0狀態(tài)。這時，無論是電機已在帶動水泵給水塔加水，水位在不斷上升；或者是電機沒有工作，用水使水位在不斷下降。都應繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)。</p><p>　　(2) 基于單片機控制的水塔水位控制系統(tǒng)</p><p>　　單片機水塔水位控制電路圖</p><p>　　如上圖所示，系統(tǒng)使用80C51單片機作C

13、PU對接受的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應的水位控制、故障報警等功能。由于80C51沒有內(nèi)ROM，因此需要外部擴展ROM，作為程序存儲器。本系統(tǒng)使用2732構成4KB的外擴展程序存儲器。74LS373作為地址鎖存器。</p><p>　　在電路設計中，充分利用80C51已有端口的作用，同時也考慮擴展，做到盡可能節(jié)省元件，不僅可降低成本，而且提高可靠性。74LS373作為地址鎖存器。74LS373片內(nèi)是8個輸出帶三態(tài)門

14、的D鎖存器，當使能端G呈高點平時鎖存器中的內(nèi)容可更新，而在返回低電平瞬間實現(xiàn)鎖存。如此時芯片的輸出控制端為低，也即輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可經(jīng)由三態(tài)門輸出。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址鎖存器，但使用時接法稍有不同，由于接線稍繁、多用硬件和價格稍貴，故不如74LS373用的普遍。</p><p>　　上下限水位信號由P1.0和P1.1輸入，輸入的可變脈沖信號送

15、到80C51的P10和P11腳電平，當接收到信號時，輸入脈沖使其輸出高電平，而無信號輸入時，無觸發(fā)脈沖，此時翻轉為低電平。程序控制80C51周期性地對P11和P10腳電平進行采樣，達到控制的目的。這兩個信號共有如下表的4種組合狀態(tài)。</p><p>　　其中第三種組合(c=1、b=0)正常情況下不可能發(fā)生，但在設計中還是應該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。</p><p>　　控制信號由P1.

16、2端輸出，去控制電機為了提高控制的可靠性，使用了光電耦合。</p><p>　　由P1.3輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管進行光報警。</p><p>　　為了實現(xiàn)手動上水，在b端與P1.0和c端與P1.1之間加上了一個開關S，當S打開時P1.0和P1.1都制0，電機運轉加水。</p><p>　　在水塔另一端加上了8個金屬結點，分別與8個LED管相連，當水位浮動時

17、在水位以下的LED管閃亮，水位以上的LED管熄滅，以此顯示水位。</p><p><b>　　軟件設計流程及描述</b></p><p>　　一個應用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟

18、件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用MCS—51匯編語言和結構化程序設計方法進行軟件編程。這個系統(tǒng)程序由主控程序、延時子程序組成。其中主控程序是核心。由它控制著整個系統(tǒng)程序的運行和跳轉。流程圖如下圖所示。包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報警等。</p><p>　　水塔水位控制程序流程圖</p><p>　　電路具體工作情況如下：

19、</p><p>　　① 當水位低于B時，由于極棒A和C、A和B之間被空氣絕緣，P10和P11得到低電平，全置0，單片機控制電路使P12置零，繼電器吸合，啟動水泵向水塔灌水；</p><p>　?、?當水位高于B低于C時，P10置1，P11置0，繼電器常開觸電自保，因此升到B以上時，繼電器并不立即釋放，電極仍然供水；</p><p>　?、?當水位達到C時，P10

20、 、P11均置1，單片機控制電路使P12置1，繼電器釋放，水泵停止工作；</p><p>　?、?用水過程中，水位降到C以下，P11置0，P10置1，維持原狀，電機不工作，直到降到B以下，如此循環(huán)往復。</p><p>　　系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由P13置零，輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管進行光報警。</p><p><b>　　源程序代碼</b&g

21、t;</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　ORC 8000H</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　LOOP: ORL P1，#03H ;為檢查水位狀態(tài)作準備</p><p>　　

22、MOV A，P1</p><p>　　JNB ACC.0，ONE ;P1.0=0 則轉</p><p>　　JB ACC.1，TWO ;P1.1=1 則轉 </p><p>　　BACK: ACALL D10S ;延時10S<

23、;/p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　ONE: JNB ACC.1，THREE ;P1.0=0 則轉 </p><p>　　CLR 93H ;P1.3←0，啟動報警裝置</p><p>　　SETB

24、 92H ;P1.2←1，停止電機工作</p><p>　　FOUR: SJMP FOUR</p><p>　　THREE: CLR 92H ;啟動電機</p><p>　　AJMP BACK</p><p>　　TWO:

25、 SETB 92H</p><p>　　AJMP BACK</p><p>　　延時子程序D10S(延時10S)</p><p>　　ORG 8030H</p><p>　　MOV R3，#19H</p><p>　　LOOP3: MOV R1，#85

26、H</p><p>　　LOOP1: MOV R2，#0FAH </p><p>　　LOOP2: DJNZ R2，LOOP2</p><p>　　DJNZ R1，LOOP1</p><p>　　DJNZ R3，loop3</p><p><b>　　R

27、ET</b></p><p><b>　　課程設計體會</b></p><p>　　現(xiàn)代傳感技術、電子技術、計算機技術、自動控制技術、信息處理技術和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應用領域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們

28、認識自然、改造自然的有力工具。</p><p>　　現(xiàn)代的廣義智能檢測系統(tǒng)應包括一切以計算機（單片機、PC機、工控機、系統(tǒng)機）為信息處理核心的檢測設備。因此，智能檢測系統(tǒng)包括了信息獲取、信息傳送、信息處理和信息輸出等多個硬、軟件環(huán)節(jié)。從某種程度上來說，智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展水平表現(xiàn)了一個國家的科技和設計水平。</p><p>　　我這次做的“水塔水位控制器系統(tǒng)”雖然比較簡單，但已經(jīng)讓我深深的感

29、覺到這個領域的奧妙。通過這次課程設計鍛煉了我的工作能力和創(chuàng)造力。鞏固了我綜合運用專業(yè)及基礎知識、解決實際工程技術的能力。提高了我查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力。掌握了運用Protel軟件進行工程繪圖的能力。加深了我寫技術報告和編制技術資料的能力。我會在以后的學習工作中繼續(xù)努力提高自己的專業(yè)技術水平，再接再厲，更創(chuàng)佳績。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

30、;<p>　　1.李廣弟 單片機基礎(修訂本) 北京航空航天大學出版社 2001</p><p>　　2.丁元杰 單片微機原理及應用 機械工業(yè)出版社 2000</p><p>　　3.騰召勝 羅隆福 智能檢測系統(tǒng)與數(shù)據(jù)融合 機械工業(yè)出版社 2000</p><p>　　4.孫虎章 自動控制原理 中央廣播電視大學出版社 19