1、錯誤！未找到引用源。株洲師范高等專科學校物理與電子工程系畢業論文基于單片機的水塔水位監測報警控制系統姓 名： 劉治標指導老師：專 業： 應用電子技術班 級： 07級應用電子班學 號： 04207108時 間：錯誤！未找到引用源。摘 要本設計從分析水塔水位報警器的原理和設計方法入手，主要基于單片機的硬件電路和語言程序設計, 實現一種能夠實現水位自動控制、具有自動保護、自動聲光報警功能的控制系統。本控制系統由A/D轉換部分、單片機控制部分、數碼顯示部分、電機驅動部分、電機控制部分等構成。同時對各個部分進行了詳細的論述，并給出了主要的流程圖和軟件設計程序。這是個簡單而靈敏的監測報警電路，操作簡單，接

2、通電源即可工作。因為大部分電路采用數字電路，所以本水位監測報警器還具有耗能低、準確性高的特點。關鍵詞：單片機 ；水位自動控制From the analysis of the design of the towers level alarm principle and design method of the main based on single-chip microcomputer hardware circuit and programming language, achieve a level to realize automatic control, automatic protec

3、tion and automatic control system of the audible and visual alarm function. This system consists of A/D conversion parts and single-chip microcomputer control section, digital display section, motor drive, motor control parts etc. For each part discussed in detail, and gives the main flow chart and

4、design of the software program. This is a simple and sensitive monitoring alarm circuit, simple operation, turn on the power can work. Because most of the circuit USES digital circuit, so the water monitoring alarm also has low energy consumption and high accuracy.目錄摘 要 . I第一章 緒 論 . . 1第二章 水位控制硬件設計

5、. . 22.1 基本要求 . . 22.2 硬件設計 . . 22.3 數碼管與LED 顯示 . 62.4模數轉換 . . 9第三章軟件設計 . . 123.1整體設計 . . 12結 論 . 24參考文獻. 25致謝 . 26第一章 緒 論 在工業生產中, 對溫度控制系統的要求, 主要是保證爐溫按規定的溫度工藝曲線變化, 超調小或者求不高。無超調, 穩定性好, 不振蕩, 對系快速性要求不高。本文淺析了單片機電阻控溫系統設計過程及實現方法。熱電偶將爐溫變換為模擬電壓信號, 經低通濾波濾掉干擾信號后送放大器, 信號放大后送模/數轉換器轉換為數字量送單片機。同時, 熱電偶的冷端溫度也由IC 溫度

6、傳感器變為電壓信號, 經放大和轉換后送單片機。通過檢測鍋爐溫度的來實現自動控制外部設備的運行, 如當傳感器檢測到水溫過高時, 轉換成電壓經過模/數轉換送入單片機, 通過比較程序輸出信號控制光電耦合器的通短來控制繼電器的輸入電流通短, 再通過繼電器來控制外部設備如水泵的運行情況。溫度過低時關閉輸出, 而關閉水泵的輸入即減少了冷水吸收熱量, 當溫度升高后又打開水泵, 這樣實現循環控制. 而通過數碼顯示我們可以觀看鍋爐各個點的溫度, 來判斷運行是否正常. 同時通過各點的溫度的紀錄和出產品的紀錄可以計算出該系統在某段時間是否起到了節能的作用. 所以本設計對節能控制有著很大的意義.設計的控制任務要求用單

7、片機實現, 數碼管顯示. 單片機是將RAM,ROM, 定時器/計數器以及輸入/輸出(I/O接口電路等計算機主要部件集成在一塊芯片上, 這樣所組成的芯片級微型計算機稱為單片微型計算機, 簡稱單片微機或單片機. 由于單片機的硬件結構與指令系統都是按工業控制要求設計的, 常用于工業的檢測和控制當中, 因而也稱為是微控制器或嵌入式控制器. 單片機的特點:1.具有優異的性能價格比;2. 集成度高, 體積小, 可靠性高;3. 控制功能強;4. 低電壓, 底功耗.在設計過程中我們采用了軟件和硬件雙結合的的設計方法，而軟件的設計簡化了硬件要求。在本設計中軟件主要有五個方面的應用，它們分別為：數據采集，顯示程序

8、，鍵盤控制和水泵控制。數據采集主要完成溫度的采集和數據的處理，顯示則是把要顯示的溫度用七段數碼顯示出來，而鍵盤程序則是使其相應的鍵完成相應的工作和要求，水泵控制則是檢測水泵的運行和水位。第二章 水位控制硬件設計2.1 基本要求控制水箱的水位去趨近指定目標值，水位指定范圍為105CM ，控制精度0.4C 實測水位用十進制數碼顯示。2.2 硬件設計 虛線表示允許水位變化的上下限。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的目的。當水位上升，達到上限時，因水導電，B 、C 棒連通+5V。b 、c 均為“1”，應停止電機和水泵的工作，不再供水；當水位降到下限時，B 、C 棒都不能與A

9、棒導電。 b、c 均為“0”，應啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水；當水位處于上下限之間時，B 與A 棒導通。 b為“1”， c為“0”，無論怎樣都應維持原有的工作狀態。2控制信號由P1.2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；由P1.3輸出報警信號，驅動一支發光二極管進行光報警。0：電機工作 1：電機停止下面是8051單片機引腳圖及引腳功能介紹： 3 40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端；注：用萬用表測試單片機引腳電流一般為0v 或者5v ，這是標準的TTL 電平，但有時候在

10、單片機程序正在工作時候測試結果并不是這個值而是介于0v-5v 之間，其實這之是萬用表反映沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電流還是保持在0v 或者5v 的。 時鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM 編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內有EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外ROM 讀選通信號。 RST/VPD:復位/備用電源。 RST（Reset ）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc 掉電情況下，接備用電源

11、。4 EA/Vpp:內外ROM 選擇/片內EPROM 編程電源。 EA功能：內外ROM 選擇端。 Vpp功能：片內有EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，施加編程電源Vpp 。 I/O線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。5設計連接好電路，使得水塔水位低于低液位探針時，抽水機工作；當水位上升到高液位探針時，抽水機停止工作；當水位下降時仍不工作，直到水位低于低液位探針時，重又工作。 2.3 數碼管與LED 顯示模擬水位高度由15個雙色發光二極管（LED ）來完成，共分為4組。在某

12、一特定時刻，每組LED 與一個數碼管一起被選通（4組LED 對應4個數碼管），兩個8位的移位寄存器741S164級聯，將單片機送出的2個字節串行數據轉化為16位并行數據，分別送選通的LED 和數碼管。在不同時刻，系統對4組LED 和數碼管快速地循環掃描，就完成了面板顯示的功能。6 顯示部分用到的芯片包括數據緩沖器74LS244以及多路開關CD4051。 從圖中可以看出，當引腳1G 為低電平時，輸入通道1A1A4與輸出通道1Y11Y4連通；當引腳1G 為高電平時則截止。同理引腳2G 控制著輸入通道2A12A4與輸出通道2Y12Y4的通斷。 每4個雙色二極管和1個數碼管一組，二極管的8個信號“+”

13、端分別與第一片74LS244的8位數據輸出端相連，數碼管的8位數據輸入端分別與第二片74LS244的8位數據輸入端相連，每組二極管和數碼管的GND 端都與CD4051的1個輸入通道相連，CD4051的輸出端與系統的“地”相連。RE0RE1口作為地址譯碼輸出端口，用于多路開關CD4051的4路通道選擇，每一時刻只有一組共4個二極管和1個數碼管被選通，其GND 端同系統的“地”構成通路，其他的二極管與數碼管則不能構成通路。每向74LS164傳送完兩個字節共16位數據，通過RD7口使能74LS244，將8 數據送到二極管和數碼管的輸入口，然后通過RE0RE1口打開一條通道，則被選通的數碼管和二極管就

14、會按照接收的數據進行相應的顯示。不斷地發送新數據并利用CD4051循環的掃描4個通道，則所有的二極管和數碼管 就會持續的發光顯示。另外由一個雙色二極管作為報警燈，RD5口與二極管的引腳1相連，RD4口與二極管的引腳2相連。2.4模數轉換 近年來. 微機測控系統. 特別是單片機在工業自動化，生產過程控制，智能化儀器儀表等領域的應用越來越深入和廣泛。 這使得傳感器的應用更為顯著, 測溫傳感器就是將溫度信息轉換成易于傳遞和處理的電信號的傳感器, 測溫傳感器的選擇及合理使用是微機測溫系統中設計的關鍵。同理液位傳感器是將液位信號轉換成易于傳遞和處理的電信號。A/D轉換器件的選擇主要取決與溫度的控制精度，

15、本設計中的A/D轉換由集成電路ADC0809完成。A/D轉換器分類及性能指標。A/D 轉換器是將模擬量轉換成數字信息接口電路, 按工作原理分為:逐位比較型, 并行比較型, 雙積分型, 電壓頻率型及計數比較型等ADC0809轉換器的內部結構如下：1）ADC0809是逐次逼近型8位轉換芯片, 具有8路模擬輸入端口， ADC0809芯片采用多路模擬開關, 允許8路模擬量分時輸入, 共享一個A/D轉換器完成轉換。模擬輸入通道選擇地址及轉換結果均有鎖存譯碼器。下圖為引腳圖：9它的主要引腳及功能如下：INO-IN7: 8個模擬通道輸入端D0-D7: 8位數字量轉換結果輸出端ADDA,ADDB,ADDC :

16、模擬通道選擇路地址ALE: 路地址鎖存信號輸入端START:啟動轉換信號輸入端，加上正脈沖后，A/D開始轉換EOC:轉換結束輸出信號，轉換開始后EOC 信號變低；轉換結束時，EOC 信號返回高電平OE:輸出允許控制端，高電平時打開三態輸出鎖存器，輸出轉換結果CLK:芯片工作時鐘信號VREF(+與VREF(-：芯片工作參考電壓輸入端2）.ADC0809轉換器的特點ADC0809 芯片性能特點:是一個逐次逼近型的A/D轉換器, 外部供給基準電壓; 單通道轉。換時間116us 分辨率8位, 帶有三態輸出鎖存器, 轉換結束時, 可由CPU 打開三態門。讀出8 位的轉換結果;8個模擬量的輸入端, 可引入

17、8 路待轉換的模擬量。ADC0809的數據輸出結構是內部有可控的三態緩沖器, 所以它的數字量輸出信號線。可以與系統的數據總線直接相連。內部的三態緩沖器由OE 控制,OE 為高電平時三態。緩沖器打開, 將轉換結果送出; 當OE 為低電平時, 三態緩沖器處于阻斷狀態, 內部數據對。外部的數據總線沒有影響。因此, 在實際應用中, 如果轉換結束, 要讀取轉換結果, 則只要在OE 引腳上加一個正脈沖,ADC0809 就會將轉換結果送到數據總線上。在本系統中，ADC0809 在電路中的連接如下圖所10 示，在模擬量之前加入濾波電路是為了使采集數據更加準確，對于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這

18、點在應用時需注意.11第三章軟件設計3.1整體設計ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INTAORG 0013HLJMP INTBORG 0030H 初始化；MAIN:MOV SP,#60HMOV A,#00H 清零MOV 30H,A12MOV 31H,AMOV 32H,AMOV 33H,AMOV 34H,AMOV 35H,AMOV 36H,AMOV 37H,AMOV 38H,AMOV 39H,AMOV 40H,AMOV 41H,AMOV 42H,AMOV 43H,AMOV 44H,A 單元清0處理；MOV 36H,#01H 進煙溫度高八位；MOV 37H,#09H

19、 進煙溫度低八位 ；MOV 38H,#250 進煙溫度下限值；MOV 39H,#100 水溫上限值；MOV 40H,#70 水溫下限值；CLR RS013CLR RS1 選擇工作寄存器組R0；LP3: LJMP LP1LJMP LP2LJMP LP3 跳入子程序和中斷程序；SJMP$END14MOV R1 ,31HMOV R7,#04H 設置通道數；15 LOOP:MOVX DPTR,A 啟動A/D轉換器；MOV R6,#20HDJNZ R6,$ 延時等待；DLAY:JB P3.3,DLAY 查尋EOC ，EOC=1則等待轉換MOVX A,DPTRINC DPTRINC R1DJNZ R7,L

20、OOPMOV A,31HMOV B,#05HMOVL ABMOV 31H,AMOV 30H,BMOV R0,32HMOV R2,#03HLOOP1:MOV B,#05HMOV B,#05HMOV A,R0 結束；16 讀取轉換結果； 轉存在片內RAM 當中；指向下一通道； 修改數據指針； 判斷是否采集完畢； 數據轉換； MOV R1,AMUL ABMOV R0,AINC R0DJNZ R4,LOOP1MOV A,36HCJNZ A,30H,LOOP2MOV A,37HSUBB A,31HJB C,LOOP3MOV A,30HJNE LOOP4MOV A,31HSUBB A,38HJB C,LO

21、OP3SUBB A,34HJB C,LOOP3MOV A,34H17 數據比較； 進煙溫度上下限比較；水溫上下限值比較； CLR C LOOP2:JB C,LOO3 LOOP4:MOV A,39HSUBB A,40HJB C,LOOP3LJMP LOOP5LOOP3:MOV P2LOOP5:RETLP2：MOV A,35HMOV B,#100DIV ABMOV 41H,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 42H,AMOV 43H,BMOV 44H,30HMOV 44H,36HMOV A,45HMOV A,43H18 報警； 返回； 數據BCD 轉換 判斷高位上否有值，否轉 J

22、Z LOP1ADD A,#06HMOV B,#10DIV ABMOV 43H,BADD A,42HADD A,#05HMOV B,#10DIV ABMOV 42H,BADD A,41HADD A,#02HLOP1:ORL 41H,#10HORL 42H,#20HORL 43H,#40HMOV R0,40HMOV R1,#03HMOV P1,AMOV R3,#02HAGAIN:MOV R4,#0F8H19 顯示數據 LOP2:MOV A,R0DELAY:DJNZ R4,DELAYDJNZ R3,AGAINRET 返回INTA:PUSH ACC 保護現場PUSH PSWPUSH DPHPUSH D

23、PLJB P2.0,L0 判斷流覽鍵是否按下MOV 35H,32H 中間溫度顯示LJMP LP2 調用顯示子程序L1:JB P2.0,L0MOV 35H,33H 出煙溫度顯示LJMP LP2L2:JB P2.0,L1MOV 35H,34H 產品水溫度顯示LJMP LP2JB P2.0,L2LJMP L16L0:JB P2.1,L16 判斷設定鍵是否按下20L6:JB P2.2,L4CLR CMOV A,37H 進煙上下限設定ADD 36H,#01HADDC A,#00HMOV 37H,AMOV 35H,37HLJMP LP2L4:JB P2.3,L5CLR CMOV A,37HSUBBC 36

24、H,#01HSUBBC A,#00HMOV 37H,AMOV 35H,37HLJMP LP2L5:JB P2.4,L6L9:JB P2.2,L7INC 38HMOV 35H,38H21L7:JB P2.3,L8DEC 38HMOV 35H,38HLJMP LP2L8:JB P2.4,L9INC 39HMOV35H,39HLJMP LP2L10:JB P2.3,L11DEC 39HMOV 35H,39HLJMP LP2L11:JB P2.4,L12L15:JB P2.2,L13INC 40HMOV 35H,40HLJMP LP2L13:JB P2.3,L14產品水上下限設定 L12:JB P2.

25、2,L10MOV 35H,40HLJMP LP2L14:JB P2.4,L15L16:POP DPL恢復現場POP DPH POP PSW POP ACC RETI 返回結 論由于許多數據采集、顯示的實時性要求不是很高，因此單片機的執行速度相對于這些過程要快得多，若分時選通各個采樣或顯示通道，雖然單片機對各個通道的處理是依次進行的，但是只要這一過程大到一定速度，總的看來幾乎同時執行，不斷重復這一過程，就產生了循環掃描的思想，它在單片機系統設計中得到了廣泛的應用。在當今越來越趨向于自動化的社會，該系統的可用性及簡易性更加能取得廣泛的應用。通過這次競賽我們從中學到了許多東西，也了解到在電子制作方面

26、的很多獨特發明。他們得發明并不是偶然取得，而是通過長期的學習積累，我們也學到了他們那種堅決不放棄得制作精神。這次畢業設計讓自己懂得了，做任何學問都要一絲不茍，對出現的任何問題和偏差都不能輕視，要通過正確的途徑區解決，做事情的時候要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就能找到解決問題的思路和辦法，在工作中要學會與人合作，認真聽取別人的意見，這樣做事也會事半功倍。當然整個實驗過程中自己也收獲頗多，對電路的設計有一大致的了解并能自己動手完成一些簡單的電路設計、制板及調試的過程，極大地提高了自己的動手能力，也讓自己懂的了實踐才是檢驗真理的唯一標準，當然也是檢驗學習成果的標準。在經過一段

27、時間的學習之后，我們需要了解自己的所學應該如何應用在實踐中，因為任何知識都源于實踐，歸于實踐，所以要將所學的知識在實踐中來檢驗。通過這次寫課程論文，我感覺有很大的收獲：首先，通過學習使自己這學期對課本上的專業知識可以應用于實際，使得理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時短學期也鍛煉了自己個人的動手能力；能夠充分利用圖書館、網絡資源去查閱相關資料，增加了許多課本以外的知識，慢慢地能達到學以致用。對我們學生來說，理論與實際同樣重要，但對于我們非師范類學生，畢業以后，掌握一定的技術，有一定的動手能力，才是我們今后走向社會所要具備的，這也我們以后在工作中說明自己能力的一個重要標準。參考文獻 1胡漢才編單片機原理及其接口技術第2版 清華大學出版社；2求是科技