1、單片機原理及應用課程設計報告題目：基于單片機的液位控制器設計目錄1 HYPERLINK l _Toc328069968 簡介5 HYPERLINK l _Toc328069971 2整體系統(tǒng)設計6 HYPERLINK l _Toc328069972 2.1設計理念6 HYPERLINK l _Toc328069973 2.2系統(tǒng)框圖6 HYPERLINK l _Toc328069974 2.3設計原理分析7 HYPERLINK l _Toc328069974 2. 4電路的工作原理 . PAGEREF _Toc328069974 h 8 HYPERLINK l _Toc328069975 3系

2、統(tǒng)硬件設計9 HYPERLINK l _Toc328069977 3.1驅動電路設計9 HYPERLINK l _Toc328069978 3.2報警電路設計9 HYPERLINK l _Toc328069979 3.3液位指示電路設計 PAGEREF _Toc328069979 h 1 0 HYPERLINK l _Toc328069980 3.4壓力自動控制仿真與手動操作控制電路 PAGEREF _Toc328069980 h 設計1 2 HYPERLINK l _Toc328069981 3. 5 晶振電路 PAGEREF _Toc328069981 h 1 3 HYPERLINK l

3、_Toc328069982 3.6復位電路14 HYPERLINK l _Toc328069985 4系統(tǒng)軟件設計1 5 HYPERLINK l _Toc328069986 4.1軟件設計說明1 5 HYPERLINK l _Toc328069988 4.2主程序流程圖1 5 HYPERLINK l _Toc328069989 4.3液位控制程序流程圖1 5 HYPERLINK l _Toc328069990 5 個設計結果1 個，共HYPERLINK l _Toc3280699908個6 總結 PAGEREF _Toc328069990 h 2 3附錄 HYPERLINK l _Toc328

4、069990 PAGEREF _Toc328069990 h 2 4摘要本設計為單片機AT89C51控制的鍋爐水位控制器。主要有硬件部分和軟件部分共同完成控制系統(tǒng)功能。硬件部分主要由水位檢測電路、驅動電路、夜位指示電路、壓力自動控制模擬和手動控制組成；軟件部分主要由用匯編語言編寫的程序組成。系統(tǒng)可實現(xiàn)液位報警、控制、壓力控制等功能，并可數(shù)字顯示液位。該電路的主要功能是液位檢測和報警，進而控制水泵的啟停。液位控制的主要控制對象是水泵，容器是鍋爐，根據(jù)檢測器的檢測可以得到液位的檢測。一般情況下，液位控制在測量點之間的一定距離內。當液位低于或高于正常水位的下限和上限時，發(fā)出光報警。如果液位處于正常液

5、位，則發(fā)出警報。當液位低于液位下限時，水泵始終注滿水，當液位高于上限時，泵實際上是關閉的，當液位在不同的檢測功率，可顯示相應的數(shù)字來顯示液位。壓力檢測主要是用一個開關來模擬壓力的高低，用指示燈來模擬風機的運行和停止。還有一個手動操作按鈕，可以手動啟動水泵和風扇。關鍵詞：單片機控制檢測報警介紹我國燒鍋爐現(xiàn)象十分普遍，數(shù)量眾多，煤炭消耗量巨大，是一種資源浪費。而且大多數(shù)鍋爐都處于高能耗、大浪費、嚴重環(huán)境污染的工作狀態(tài)。鍋爐微機控制是近年來新發(fā)展起來的一項新技術。它是微機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等技術緊密結合的產(chǎn)物。工業(yè)鍋爐采用微電腦控制和原裝儀表控制。 ，微電腦控制具有以下明顯優(yōu)勢：1）鍋爐

6、運行參數(shù)可視化顯示，可顯示液位、壓力等狀態(tài)。2）在運行過程中，可以修改各種運行參數(shù)的初始值以匹配系統(tǒng)的控制參數(shù)，也可以方便地改變液位和壓力。3）可提高鍋爐熱效率，節(jié)約能源，符合國家節(jié)能減排政策，有利于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。4）鍋爐系統(tǒng)包括鼓風機、水泵等大型電機，采用微電腦控制，節(jié)省電費和成本。5）作為鍋爐控制系統(tǒng)裝置，其主要任務是保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減輕勞動者的勞動強度。綜合以上優(yōu)勢，可以預見，采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機將單片機所需的cpu、內存、輸入、輸出等部件集成在一個芯片上。自單片機問世以來，性能不斷提高和完善。體積小、速度快、功耗低的特點使其應用廣泛。現(xiàn)代社會

7、，隨著工業(yè)的發(fā)展，住宅小區(qū)集中供熱的需求越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷增加，對運行過程的要求也越來越嚴格。鍋爐的液位控制直接影響到人和設備的安全。如果液位過低，鍋爐可能出現(xiàn)干燒，如果液位過高，則會造成鍋爐蒸汽壓力過高的危險。傳統(tǒng)的液位控制存在自動化程度低、調節(jié)精度差的缺點，單靠人工操作無法滿足控制系統(tǒng)改造的需要。隨著科學技術的不斷進步，被控對象越來越復雜，人們對控制精度的要求也越來越高。隨著單片機技術和自動控制技術的發(fā)展，采用單片機及外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已成為一種趨勢。該單片機設計簡單易實現(xiàn)，具有較高的實用價值和優(yōu)越性。整體系統(tǒng)設計2.1 設計思路：該電路的主要功能是液位檢測和報警，進而控制

8、水泵的啟停。液位控制的主要控制對象是水泵，容器是鍋爐，根據(jù)檢測器的檢測可以得到液位的檢測。一般情況下，液位控制在測量點之間的一定距離內。當液位低于或高于正常水位的下限和上限時，發(fā)出光報警。如果液位處于正常液位，則發(fā)出警報。當液位低于液位下限時，水泵始終注滿水，當液位高于上限時，泵實際上是關閉的，當液位在不同的檢測功率，可顯示相應的數(shù)字來顯示液位。壓力檢測主要是用一個開關來模擬壓力的高低，用指示燈來模擬風機的運行和停止。還有一個手動操作按鈕，可以手動啟動水泵和風扇。當液位低于給定下限液位時，啟動水泵給鍋爐加水，同時發(fā)出聲光報警。(2)當液位達到液位上限時，停止水泵給鍋爐加水，同時報警燈亮。(3)

9、當液位高于上限水位時，停止水泵加水，報警燈亮，報警蜂鳴器鳴響。2.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：圖 1.1 系統(tǒng)框圖2.3 設計原理分析S1、S2、S3、S4為四個開關，用于傳遞液位變化。 S4表示下限液位， S2表示上限液位， S3表示正常液位， S1表示上限液位。這里四個開關代表四個光電液位傳感器，如下圖1.2開關模擬電路所示。圖 1.2 開關模擬電路光電液位傳感器是利用光在兩種不同介質界面的反射和折射原理研制的一種新型接觸式液位測控裝置。具有結構簡單、定位精度高等優(yōu)點；無機械部件，無需調試；靈敏度高，耐腐蝕；低功耗；體積小等諸多優(yōu)點。1、由于液位的輸出只與光電探頭是否與液位接觸有關

10、，與介質的其他特性如溫度、壓力、密度、電量等參數(shù)無關，光電液位傳感器檢測準確、重復性高、響應速度快。 ，液位控制非常準確，無需調整即可直接安裝使用。2、由于光電液位傳感器探頭體積比較小，可以單獨安裝在狹小的空間內，用于特殊的罐體或容器中。此外，可在一個測量體上安裝多個光電探頭，制成多點液位傳感器和控制器。3、由于傳感器部分所有部件均采用樹脂封裝處理，傳感器部分沒有任何機械運動部件，因此光電液位傳感器可靠性高、壽命長、免維護。液位可通過數(shù)碼管顯示。液位下限時數(shù)碼管顯示1。液位上限時數(shù)碼管顯示3。液位正常液位時數(shù)碼管顯示2。 level為上限水位，數(shù)碼管顯示4，根據(jù)不同的關系控制輸出電路。具體邏輯

11、關系如下表1.3所示。表 1.1 工作原理表P1.0P1.1P1.2P1.3燈光報警（P1.5）聲音警報 (P1.7)數(shù)碼管顯示（P2）上限0111報警報警4上限0011報警不要報警3普通的0001不要報警不要報警2下限0000報警報警1通過數(shù)碼管顯示的數(shù)值，人們可以清楚地知道鍋爐的液位，方便工作人員隨時監(jiān)控鍋爐的運行情況。再加上聲光報警裝置的配合，讓工作更得心應手，避免意外。為保障人民群眾生命財產(chǎn)安全而發(fā)生。2.4 電路的工作原理上電后系統(tǒng)開始工作，調節(jié)開關模擬電路，當數(shù)碼管顯示1時，表示水位已達到水位下限，此時有光報警，有聲報警；數(shù)碼管顯示2時，表示水位正常；當數(shù)碼管顯示為At 3時，表示

12、水位達到水位上限，燈光報警聲不報警；當數(shù)碼管顯示4時，表示水位達到上限水位，此時光報警、聲報警。系統(tǒng)硬件設計3.1 驅動電路設計驅動電路由開關模擬。當按下開關S5時，電機開始工作，即水泵開始抽水，表示水泵正在工作；未按下開關時，電機會根據(jù)液位的變化選擇工作或不工作。即水泵是否抽水，如下圖3.1所示。圖 3.1 模擬驅動電路3.2 報警電路設計該系統(tǒng)使用兩個報警電路。光報警電路通過89C51輸出端口的報警信號驅動一個紅色發(fā)光二極管進行光報警，采用低電平驅動。當鍋爐液位異常，即液位過低或過高時，發(fā)光二極管（LED）會亮起。工作人員可以通過發(fā)光二極管是否點亮來了解鍋爐的液位，進而知道鍋爐是否需要調整

13、。手動加水，保證鍋爐正常運行，避免財產(chǎn)損失，如下圖3.2所示。圖 3.2 光報警電路聲音報警電路使用一個晶體管將P1.7驅動到晶體的基極輸入。當P1.7輸出高電平1時，三極管導通，壓電蜂鳴器得到+5V左右的電壓發(fā)出蜂鳴聲；當 P1 .7 輸出低電平為 0 時，三極管截止蜂鳴器停止發(fā)聲，如下圖 3.3 聲音報警電路圖所示。圖 3.3 聲音報警電路3.3 液位指示電路設計LED顯示屏是一種通過發(fā)光二極管顯示場的顯示裝置，又稱數(shù)碼管。 MCU系統(tǒng)常采用8段LED數(shù)碼顯示屏，8段LED顯示屏由8個發(fā)光二極管組成。其中，7顆長條狀LED排列成“日”字形，另一顆點狀LED作為顯示屏右下角的小數(shù)點，通過不同

14、的組合可用于顯示各種數(shù)字，包括一些英文字母中的A到F和小數(shù)點“。”和其他的話。LED顯示屏有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極連接在一起形成一個共陽極。使用時，公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陽極通過一個電阻連接到輸入端。陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管導通點亮，輸入高電平時不點亮。稱為共陽極LED顯示屏；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極全部連接在一起形成一個共陰極。使用時，公共陰極接地，每個發(fā)光二極管的陰極通過一個電阻連接到輸入端。陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管導通點亮，輸入低電平時不點亮。它被稱為共陰極LED顯示屏。LED數(shù)碼管顯示屏顯示段碼：為了顯示字符，需要給LED顯示屏提供一

15、個顯示段碼（或字形碼），組成一個“8”字形字符的7段，加上一個小數(shù)點，共8段，所以顯示屏段提供給 LED 顯示屏的代碼為 1 個字節(jié)。各段碼點的對應關系如下表3.1所示：表 3.1 段碼點關系表段碼點D7D6D5D4D3D2D1D0顯示片段dpGFedCb一個共陽極結構LED顯示屏各筆劃段的名稱及排列位置：當二極管導通時，對應筆劃段點亮，點亮的筆劃段組合起來顯示各種字符。 8個筆畫段dpgfedcba分別對應1B（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，所以可以用8位二進制碼來表示要顯示的字符的字體碼，如下表3.2所示。表 3.2 共陽極常用字體如下圖 3.4 所示，輸出端口的

16、信號用于驅動共陽極數(shù)碼管的顯示。數(shù)字：1、2、3、4，表示鍋爐液位是否正常。通過數(shù)碼管顯示的數(shù)字，工作人員可以輕松了解鍋爐的運行狀態(tài)，減輕工作人員的負擔，提高工作效率。圖 3.4數(shù)碼管顯示電路圖3.4 壓力自動控制模擬和手動操作控制電路設計如圖3.5所示，開關S7可以用來模擬高低壓，同時設置風扇開關S6，用控制按鈕圖代替手動操作部分，D4代表壓力報警。當按下開關S7時，表示鍋爐壓力過高。此時 LED4 會亮起并進行壓力報警，如圖 3.6 所示。從而引起工作人員的注意，及時檢查排除故障，保證鍋爐正常運行。當按下開關S6時，表示風機開始工作，為鍋爐燃燒提供保障。圖 3.5 壓力模擬電路圖 3.6

17、壓力報警電路3.5 晶振電路電路中的晶振為石英晶振。由于石英晶振具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，因此采用石英晶振產(chǎn)生參考頻率。電路中頻率的精度由參考頻率控制。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流并向微控制器致時鐘信號。下圖是單片機的晶振電路。芯片電路和片外器件構成時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作都是在時鐘脈沖的同步下進行的。芯片振蕩器的振蕩頻率與晶振頻率非常接近，一般選擇在1.2MHz24MHz之間。 C1、C2為反饋電容，取值范圍為20pF100pF ，典型值為30pF。本電路使用的電容為30pF ，晶振頻率為12MHz 。振蕩周期 = ;機器循環(huán)指令周期 = .XTAL1連接到外部晶振的一個

18、引腳， XTAL2連接到外部晶振的另一端。在單片機部分，它連接到上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當使用外部振蕩器時，對于HMOS 微控制器，此引腳連接到外部振蕩器。當對石英晶體的兩個引腳施加交變電場時，會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，這種機械振動就會產(chǎn)生交變電場。上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。一般來說，機械振動的幅度和交變電場的幅度都非常小。但是，當交變電場的頻率為一定值時，幅值突然增大，發(fā)生共振，稱為壓電振蕩。這個特定的頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱為諧振頻率。石英晶振開始振動后，應能在XTAL2線上輸出3V左右的正弦波，使89C 51片OSC電路能以與石英晶振相同的頻率自振。通常OSC的輸出時鐘頻

19、率fOSC為0.5MHz-16MHz ，典型值為12MHz或11.0592MHz 。電容C1和C2可以幫助啟動，典型值為30pF ，調整它們可以達到微調fOSC的目的，如圖3.7所示。圖 3.7 晶振電路3.6 復位電路復位電路的主要作用是對單片機進行初始化。在初始化過程中，需要將reset管腳的高電平增加2個機器周期以上。復位后，單片機的地址初始化為0000H，然后從0000H單元繼續(xù)執(zhí)行程序。在復位電路中提供復位信號，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再取消復位信號。但在復位按鍵穩(wěn)定的前提下，必須在電源穩(wěn)定后經(jīng)過一定延時后才能取消復位信號，以免按鍵過程產(chǎn)生的抖動影響復位，如圖3.8所示.系統(tǒng)軟件設計4.

20、1 軟件設計說明軟件組由主程序和液位控制程序組成。檢測到的狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示，不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的功能，從而達到控制液位的目的。4.2 程序流程圖系統(tǒng)啟動后進行初始化，然后系統(tǒng)檢測并開始接收檢測信號。如果信號沒有超過我們設置的報警限值，系統(tǒng)會顯示檢測到的液位值，并判斷當前處于哪個狀態(tài)，并執(zhí)行每個狀態(tài)對應的功能并繼續(xù)檢測，如圖4.1所示以下。圖 4.1 主程序流程圖4.3 液位控制程序流程圖如果信號超過報警限值，報警將啟動。如果鍋爐液位低于下限，數(shù)碼管顯示的數(shù)字為1，電機立即開始工作，即水泵開始給鍋爐加水；如果鍋爐液位高于上限，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)字為3，電機立即停止工作，不再像往鍋爐里加水一樣；

21、若電機繼續(xù)工作，導致鍋爐液位繼續(xù)上升，數(shù)碼管顯示數(shù)字為4，聲光報警。關閉電機，即停止給鍋爐加水，此時鍋爐液位正常，數(shù)碼管顯示的數(shù)字變?yōu)?，系統(tǒng)正常運行。圖 4.2 液位控制程序流程圖設計效果點擊啟動數(shù)碼管顯示0點擊開關 S4數(shù)碼管顯示1（此時水位下限會發(fā)出聲光報警）點擊開關 S3數(shù)碼管顯示2此時水位正常，不報警點擊開關S2，數(shù)碼管顯示為3當水位達到水位上限時，燈光報警聲不報警點擊開關S1數(shù)碼管顯示4水位達到上限時，光報警、聲報警點擊S5恢復正常狀態(tài)點擊6個D3燈亮，風機開始正常工作點擊S7爐壓過高，LED4亮壓力報警點擊S8復位兩個Tp的高電平電路第六章結論本系統(tǒng)主要介紹了鍋爐的液位檢測與控制，也介紹了壓力的檢測與控制，介紹了89C51單片機在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用，并介紹了其引腳及電路圖。系統(tǒng)。采用多種傳感器采集液位和壓力信號，數(shù)碼管用于信號輸出顯示。本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結構簡化，系統(tǒng)精度高，人機交互功能好，報警輕。和諧報警，問題第一時間發(fā)現(xiàn)，問題或故障及時處理解決。通過液位自動調節(jié)控制，實現(xiàn)鍋爐溫度、水位報警，液位控制在設定值正常運行，無需人工干預，操作人員勞動強度小。采用單片機設計的工業(yè)鍋爐控制器，可根據(jù)不同的水位狀態(tài)和不同的外部條件進行控制。