1、單片機(jī)期末考試試?yán)恚ù饤l）單位代碼0 2學(xué) 號(hào)分類號(hào)密 級(jí)16IIUANGIIE S&T COLLEGE課程設(shè)計(jì)說明書水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院名稱（系）機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)名機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自稱動(dòng)化學(xué)生姓名指導(dǎo)教2015年 10月27日黃河科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)12級(jí)1 班學(xué)號(hào) 1200000000 姓名指導(dǎo)教師題目：水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程:單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)時(shí)間 2015年 10月13 B至10月27日共仝 周課程設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與基本要求（設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)任務(wù)、工作計(jì)劃、所需相關(guān) 資料）（紙張不夠可加頁(yè)）1. 設(shè)計(jì)要求在高塔的內(nèi)部我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)

2、易的水位探測(cè)傳感器用來探測(cè)三個(gè)水位，即低 水位，正常水位，高水位。低水位時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，紅 燈亮；正常范圍的水位時(shí)，水泵加水，綠燈亮；高水位時(shí)，水泵不加水，黃燈殼。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（完成后需提交的文件和圖表等）1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求選擇所用元器件，設(shè)計(jì)硬件電路。要求用 Proteus繪制整個(gè)系統(tǒng)電路原理圖。2軟件設(shè)計(jì)根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，要求用VISIO軟件繪制整個(gè)系統(tǒng) 及各部分的軟件流程圖。并根據(jù)流程圖編寫程序并匯編調(diào)試通過。列出軟件清單, 軟件清單要加以注釋。3） Proteus 仿真鼠片機(jī)期末右試試題（答案）用Proteus對(duì)

3、系統(tǒng)軟碩件進(jìn)行仿真調(diào)試通過。4）軟硬件實(shí)際調(diào)試5編寫設(shè)計(jì)說明書一份，內(nèi)容包括任務(wù)書、設(shè)計(jì)方案分析、硬件設(shè)計(jì)部分 要繪制整個(gè)系統(tǒng)電路原理圖，對(duì)各部分電路設(shè)計(jì)原理做出說明。軟件設(shè)計(jì)部分要 繪制整個(gè)系統(tǒng)及各部分的軟件流程圖，并列出軟件清單，軟件清單要求加注釋， 并在各功能塊前加程序功能注釋。調(diào)試結(jié)果整理分析及設(shè)訃調(diào)試的心得體會(huì)。3. 工作計(jì)劃（進(jìn)程安排）第1周基本完成軟、硬件的設(shè)計(jì)（分散在教學(xué)過程中完成）。第二周2 天繪制所要求的圖紙，完成軟、硬件的調(diào)試；2天完成設(shè)計(jì)說明書；1.5天答辯 或驗(yàn)收，評(píng)定成績(jī)。6.主要參考資料單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書皮大能北京理工大學(xué)出版社2010. 78031單片機(jī)實(shí)踐與

4、應(yīng)用吳金戎 清華大學(xué)出版社 2003. 8單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教程與實(shí)踐夏路易電子工業(yè)出版社 2008. 1MCS-51單片機(jī)原理接口及應(yīng)用王質(zhì)樸 北京理工大學(xué)出版2009. 11基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例蔣輝平機(jī)械工業(yè)出版社 2009. 7系主任審批意見:16單片機(jī)期末考試試?yán)恚ù饤l）16審批人簽名:日 期:摘要我們可以釆用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水塔水位的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出一種低成本、 高使用價(jià)值的水塔水位控制器。該系統(tǒng)具有水位檢測(cè)，低水位高水位報(bào)警以及自 動(dòng)加水等功能。本設(shè)計(jì)過程中主要采用傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、光報(bào)警技術(shù)以及 弱電控制強(qiáng)電技術(shù)。檢測(cè)系統(tǒng)采用銅針探測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、

5、靈墩度高。 并采用AT89C2051單片機(jī)系統(tǒng)控制整個(gè)電路的信號(hào)處理以及釆用光電耦合和繼 電器來實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電從而實(shí)現(xiàn)加水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)可以完成光報(bào)警，水位自動(dòng)檢測(cè)，上水停水等工作。并能有效保證液 面高度始終處于較理想范圍，該系統(tǒng)制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、感應(yīng)度高、綠色環(huán) 保。可用于各種液體的儲(chǔ)存。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制AbstractWe can use micro-controller system using cooling towers to achieve the level of automotion, design a low cost and high pra

6、ctical value of the water tower water level controller The system has the water level detection, low water high water level alarm and automatic functions such as adding water The design process mainly uses the sensor technology, single chip technology, optical technology and the weak control the str

7、ong police power technology. Detection system using simple system for detection of copper needles, resulting in the low and high sensitivity.AT89C2031 SCM system control by using the circuit of signal processing and the use of optical coupling and weak control relays to achieve strong power to reali

8、ze automatic control of water systemsIt can automatically detect the water level, light alarm, all the work without water cycle, to ensure better surface height is always within the context of its structure simple, low cost high sensitivity, significant energy is used in various kind of ideal equipm

9、ent for high-level liquid storageKey words: SCM, Automatic monitoring, Circuit Control目錄1課程設(shè)ii系統(tǒng)概述.1.12系統(tǒng)原理.21.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.21.3控制方案說明31.4系統(tǒng)組成及原理.32硬件設(shè)計(jì).42. 1單片機(jī)最小 系 統(tǒng)電 路設(shè)計(jì).52.2水位檢測(cè)傳感器的選用62.3穩(wěn)壓電路的設(shè)2.47光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)82.5繼 電 器 控 制 水 泵 力口 水 電路93軟件設(shè)93. 1系統(tǒng)總原理圖103.2系統(tǒng) 總 程 序如下114總結(jié)11致謝11參考文獻(xiàn)12附錄13鼠片機(jī)期末右試試題（答案）1課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)

10、概述1.1系統(tǒng)原理當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒被+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P1.0 口， 另一個(gè)穩(wěn)壓電路輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1.1 口單片機(jī)經(jīng)過分析，在P1.2 口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈亮，P1.5出來一個(gè)信號(hào)使光電耦合器GDOUHE導(dǎo)通， 這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，在P1.3 引腳出來一個(gè)低電平，使綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器的兩根探測(cè)線均 被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析，在P1.4引腳出 來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P1. 5端岀來一個(gè)低電平不能

11、使光電耦合器導(dǎo)通， 這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1.2所示：圖1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖米用單片機(jī)AT89C2051作為我們的控制芯片，主要丄作過程是當(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)使紅燈變亮；當(dāng)水位在正常范圉內(nèi)時(shí)，水泵加水，綠燈亮；當(dāng)水位在 高水位時(shí)，單片機(jī)不能驅(qū)動(dòng)水泵加水，黃燈亮。1.3控制方案說明這個(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)產(chǎn)生誤判的情況，由于AT89C205

12、1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)。1.4系統(tǒng)組成及原理本系統(tǒng)山電源電路、水位探測(cè)傳感電路、穩(wěn)壓電路、單片機(jī)系統(tǒng)、光報(bào)警顯 示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及高塔模型組成。主電氣原理圖如圖1.4 所示：圖1.4主電氣原理圖工作原理：當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，傳感器的低水位探測(cè)線沒被+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P1.0 口，另一個(gè)穩(wěn)壓電路輸出的高電平進(jìn)入單片機(jī)的P1. 1 口單片機(jī)經(jīng)過分 析，在P1.2 口輸出一低電平，驅(qū)動(dòng)紅燈殼，P1.5出來一個(gè)信號(hào)使光電耦合器 GDOUHE導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當(dāng)水位處于

13、正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵 加水，在P1.3引腳出來一個(gè)低電平，使綠燈亮；當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，傳感器 的兩根探測(cè)線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析， 在P1. 4引腳出來一個(gè)低電平，使黃燈亮，在P1. 5端出來一個(gè)低電平不能使光電 耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當(dāng)三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故16鼠片機(jī)期末右試試題（答案）161- C2LC333pFTSX-1918II1QU1rJtro-i:<>XTAL1XTAL2RSTPO.O/ADOPDJ/AlO-1P0.2A02P0.3/A03P0.4/A04P0.5AD5PD S/AD6F0.7/AP7PSENP

14、2.0/ASP2.1/A8P22A10P25/A11ALEFZ.41ZEAP25A13P1.0P2BZA.14FZ.7JA1OP3.0/RXDP1.1P3.i/rxoPI.2P2 2/INTOPI.3P3.3/INT1PI.4P3.4/TOPI.6P3.6/T-1P1.0fsdmir'PI.7P3.7/RDPR0'zRAM-pr&teu2.hexD1LEO YELLOW xTEXTiLLED-GREEN1 D3LEO-RED264知円盍怯、圖21最小系統(tǒng)電路圖各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速 反映。本設(shè)汁當(dāng)中我們采用的水位探測(cè)傳感器簡(jiǎn)單

15、易做，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。其外形輪廓 如圖2. 2所示：*5VR圖2. 2水位探測(cè)傳感器外觀圖A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當(dāng)水位到達(dá) 低水位的時(shí)候它不導(dǎo)通，水在正常范圉內(nèi)時(shí)，它導(dǎo)通。C線為高水位控制線，當(dāng) 它導(dǎo)通時(shí)，表示水已經(jīng)為高水位。本設(shè)計(jì)中采用了細(xì)銅線作為我們的傳感器的材料。主要考慮了（1）細(xì)銅線的電阻率比較低，這樣就可以避免山于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能 很好地驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作（2）傳電性能比較好，傳電速率比較快，也就是說靈敏 性非常好。（3）細(xì)銅線便宜易找。本傳感器的尺寸是A線是30cm, B線是20cm, C線是15cm,銅線直徑是13mm。2.3穩(wěn)壓電路

16、的設(shè)計(jì)本電路的主要作用是使從傳感器輸出的電平能夠穩(wěn)定地輸入單片機(jī)中，主要 山三極管的兩極放大穩(wěn)定電路組成，其丄作過程是水位探測(cè)傳感器把探測(cè)到的電 信號(hào)送給R12,如果送入的是高電平則Rll、Q5、D3、Q4導(dǎo)通把低于1. 4V的低 電平穩(wěn)定地送給單片機(jī)。如果是低電平送給R12則Rll、Q3、D3、Q4均不能導(dǎo)通 二是R13導(dǎo)通將把高于1. 4V的高電平穩(wěn)定的送給單片機(jī)。我查找了相關(guān)資料以及我們自己在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中免去此穩(wěn)定電路，發(fā)現(xiàn)有時(shí) 候也能實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)口的，但是也有很多時(shí)候發(fā)生水位誤判的情況，產(chǎn)生不穩(wěn) 定現(xiàn)象，所以我們認(rèn)為此電路是不可缺少的。既然是控制系統(tǒng)，當(dāng)然就要控制精 確。穩(wěn)壓電路原理

17、圖如圖2. 3所示：圖2. 3穩(wěn)壓電路原理圖2.4光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)（1）發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的P結(jié)二極管。 其發(fā)光機(jī)理是當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子一空 穴對(duì)）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過程。按光 輸岀的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。發(fā)光二極管的發(fā)光原 理同樣可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來解釋。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s 的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的 空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。，而當(dāng)給 PN結(jié)加以正向電壓時(shí),溝區(qū)導(dǎo)帶中

18、的電子則可逃過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。 于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便 產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材 料的禁帶寬度Eg。本電路釆用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，他兩 燈不亮表示是低水位狀態(tài)，此時(shí)需要啟動(dòng)水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示 在正常的水位線內(nèi)；黃燈發(fā)亮，其他兩燈不亮為高水位狀態(tài)，水泵停止加水，三 燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。光報(bào)警電路原理圖如圖2. 4所示：D1LdJ7L o"1111pomoo mvM-iPDSTAD5PDJSTAD6 PD.?/kD?JnrLED-Y

19、ELUOlAI/dTEXAzD2k*-J-fuJJPTOCC:TE><T>CTFXT：-PN3畑 PNMAB PZAID PZ3A11Z1| L、rzzL2ZJiG24-fin 11 hntAin2SLE&-REOP2-S/A13 Kj&M P2.7fA1S25cTE<p>nu=L4-P3.inrxo P31rfU P31ht7P3.WTD1 -r7I?-L圖2. 4光報(bào)警電路的原理圖此電路采用的是共陽(yáng)極的，所以只有當(dāng)單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平時(shí)才能推動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其中R14、R15、R16為上拉電阻起限壓控流作用。2.5繼電器控制水泵加水電路

20、該電路由繼電器RL1和閉合開關(guān)、光電耦合器、水泵R13、R22、Rll、R12 以及D2、Q6等組成。當(dāng)水位在低水位時(shí)單片機(jī)給Pl. 1送一個(gè)高電平導(dǎo)通光電耦 合器然后光電耦合器驅(qū)動(dòng)Q6導(dǎo)致繼電器閉合從而讓220V的交流電接通使水泵加 水。繼電器控制水泵加水電路原理圖如圖2. 5所示：圖2. 5繼電器控制水泵加水電路的原理圖其中光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由 發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此 間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設(shè) 計(jì)當(dāng)中發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敬三極管。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們

21、釆用光電 耦合器組成開關(guān)電路的作用，能夠很好地將單片機(jī)信號(hào)穩(wěn)定地送給繼電器驅(qū)動(dòng)繼 電器閉合。繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，在我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中主要來做自動(dòng)控制 作用，我們采用+5V的直流電來控制220V的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用， 因?yàn)槭窃谶@里是以一種弱電來控制強(qiáng)電所以安裝和使用的過程當(dāng)中我們一定要 注意用電安全注意事項(xiàng)。電磁式繼電器一般山鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩 端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì) 在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與 單片機(jī)期末考試試?yán)恚ù饤l）靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電

22、后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在 彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。 這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的的。對(duì)于繼電器的“常 開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn), 稱為“常開觸點(diǎn)”:處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)” O163軟件設(shè)計(jì)3. 1系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)總流程圖如圖3.1所示:開始初口與化®新掃描圖3. 1系統(tǒng)總流程圖垂新掃描系統(tǒng)總程序系統(tǒng)總程序如下:ORG 0000HLJMP STARTSTART:SETB P2. 0SETB P2. 1RESTART: MOV A, P2ANL A,

23、#0000001IBCJNE A, #00H, L00P1 ;在低水位之下，開啟電動(dòng)機(jī)，亮紅燈SETB P2. 4SETB P2. 3CLR P2. 2LJMP RESTARTL00P1: CJNE A,#01H,L00P2 ；當(dāng)超過低水位，并且未達(dá)到高水位時(shí),；保持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，殼綠燈SETB P2. 4SETB P2. 2CLR P2. 3LJMP RESTARTL00P2:CJNE A, #02H, L00P3 ;系統(tǒng)故障（達(dá)到高水位,卻沒達(dá)到低水;位）紅,綠燈均閃爍CLRP2. 4CLRP2. 3CLRP2. 2SETB P2. 4SETB P2. 3SETB P2. 2LJMPRESTARTL00P3:CJNEA, #03H, RESTART ;當(dāng)達(dá)到高水位時(shí),停止電動(dòng)機(jī)，亮黃；燈SETBP2. 3SETB P2. 2CLR P2. 4LJMP RESTARTRETEND鼠片機(jī)期末右試試題（答案）4總結(jié)做了這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我有了很多體會(huì)和感想。單片機(jī)設(shè)計(jì)十分有意義 而且很重要。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識(shí)，課程設(shè)計(jì)能讓我們 去鍛煉我們的實(shí)踐能力，把我們