毕业设计（论文）基于AT89C51单片机的水塔自动上水系统设计

摘 要在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文主要介绍基于单片机的水塔自动上水系统的控制，其主要包括了系统电路的设计，控制电路的设计。而目前，国内外用于水塔自动上水控制装置主要有浮球升降式，程开关式，弹簧管开关磁浮式，水压仪表电接点式，电极传导式等。本文重点介绍应用比较广泛的电极传到式（以下简称电极式），并且通过单片机对水塔的水位进行智能的实时的控制。其中主要包括以下几大主要部分。微机控制供水部分，报警部分，电驱动部分。本次设计采用了AT89C51作为控制芯片，在单片机广为流传的今天，我们已经在很多方面利用智能控制芯片取代了人类的许多复杂劳动，作为现代化标志之一，我们采用具有智能效果的单片机来控制水塔的自动上水，是势在必行的。本文主要对单片机的水塔自动上水控制系统进行了硬件的电路设计和软件的设计关键字：水塔 单片机 水位控制Abstract In the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. Water level control applications in everyday life are very wide, such as water towers, groundwater, hydropower and other water level control case. The water level detection can be achieved with a variety of methods, such as mechanical control, logic control, electrical and mechanical control. In this paper, Sheung Shui automatically based on single chip system control tower, which mainly includes the design of the system circuit, control circuit design. At present, domestic and Sheung Shui Automatic control device for the water tower are float lift, range switch, spring tube switch magnetic type, hydraulic type electric contact meter, the electrode conduction and so on. This article focuses on the electrodes used widely spread type (hereinafter referred to as the electrode), and the water level through the microcontroller to the tower intelligent real-time control. Which mainly include the following several main parts. Supply part of the computer control, alarm parts, electric drive parts. The design uses a control chip AT89C51, the MCU widespread today, we have in many ways the use of intelligent control chip to replace many of the complex of human labor, as one of the symbols of modernization, we use intelligent microcontroller to control the effect of Automatic Water Tower in Sheung Shui, is imperative. In this paper, the water tower on the microcontroller automatic control system, Sheung Shui, the hardware circuit design and software design Keywords: water tower water level control MCU目 录第一章 绪 论11.1 题目研究背景11.2毕业设计题目研究意义11.3 毕业设计题目国内外相关研究21.3.1继电器式自动上水控制装置21.3.2晶体管式自动上水控制装置21.3.3集成电路式自动上水控制21.3.4 基于微处理器的水塔自动上水控制装置2第二章 设计系统框图与工作原理32.1工作原理32.2系统结构框图3第三章 系统硬件设计及说明53.1硬件的基本组成53.2单元模块设计53.2.1单片机的概述53.22单片机的基本结构53.2.3单片机的特点73.2.4 80C51的引脚83.2.5单片机的窜行接口93.3水位自动控制硬件设计103.3.1复位电路设计103.3.2起振电路设计103.3.3报警电路设计113.3.4传感器的选用113.3.5水位显示硬件设计原理图123.3.6电机驱动设计图133.3.7光报警显示电路设计143.4单片机控制水位系统概述143.5 水位智能检测系统原理15第四章 水塔自动上水结构总计174.1位智能检测系统设计原理174.2位智能检测系统原理174.3水塔水位控制总原理图概述18第五章 软件设计和说明205.1软件设计流程图205.1.1流程图一205.1.2流程图二215.2系统主程序设计22第六章系统调试246.1硬件的焊接246.1.1电路板的检测246.2.硬件的调试和机器故障排除246.3对整个系统进行使用检测25致 谢26参考文献27第一章 绪 论1.1 题目研究背景现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。现代的水塔水位自动控制系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，水塔水位自动控制系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，水塔水位自动控制系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本论文采用单片机进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。1.2毕业设计题目研究意义在实际生活中，有些水泵与水塔（或蓄水池、水位）距离较远，要实现自动供水，铺设电缆成本过高或不符合实际，传输信号线较远距离时，信号失真或达不到要求，而且在工程现场，时间较长，信号线损坏率比较大，而无线电传输成本过高和信号容易受障碍物干扰，天气恶劣的情况下，无线电信号受空气中电离子的影响更加容易损坏或彻底中断信号.给人们的生活带来了诸多不便。因此，为解决此问题我们故提出水塔自动上水系统。全自动上水系统不需要人为的参与，一切自动完成；水塔内无水了自动抽水，水满了自动停；井（水源）内无水智能识别，不会因干抽而烧坏水泵；可外接“启动/停止”按钮，任意时刻可人为启动或停止水泵；采用51单片机作为中央处理器，所以性能稳定，工作可靠；井（水源）内水量智能检测。如果启动出现水源无水，“无水指示”亮，等待一定的时间后再次自动抽水；全自动控制，智能识别；为人们的生活带来了诸多的方便。1.3 毕业设计题目国内外相关研究目前，国内外用于自动上水控制装置主要有浮球升降行 程开关式、干簧管开关磁浮式、水压仪表电接点式、电极传导式等。较为流行的水塔自动上水系统主要经历了以下几个过程1.3.1继电器式自动上水控制装置其工作原理是通过接入220V继电器控制电路的个探测电极来检测水位高低、使继电器闭合或开启，控制水泵电动机的开停，达到控制水位的目的，控制电路较简单。1.3.2晶体管式自动上水控制装置80年代人们根据晶体管开关原理研制了晶体管式自动上水控制装置。其水位控制器部分与目前市场上的许多产品类似，但加强了直流电源的稳压部分以及三极管导通与截止的延迟电路。以进一步提高该装置稳定可靠的运行水平。其工作原理是水位高低控制探测电极的两只日体三极管的导通，管断，从而控制继电器回路达到自动启动电动机的目的来控制水位。1.3.3集成电路式自动上水控制 利用集成电路制作的工厂自动控制装置，较晶体管等分立元件制作更加先进，灵敏可靠和耐用。1.3.4 基于微处理器的水塔自动上水控制装置 采用现代高速处理的微处理器作为控制装置的核心控制元件，能够更加准确，及时的对水塔自动上水装置进行控制。是的供水系统更加有力的得到了保障第二章 设计系统框图与工作原理水塔自动上水控制控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。 水塔自动上水控制采用单片机进行主控制，利用水的导电性测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，用单片机对接收到的信号进行数据处理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。2.1工作原理我们可以设置水位的上下限，在正常情况下，应保持水位在上下限之间。为此，在水塔内的不同高度安装3根金属棒，一感知水位的变化情况。其中，A棒处于下限水位，B棒处于上线水位，G浮球在上下水位之间，他可以在水面浮动。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，以达到水位控制的目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，G棒连通+5V。因此，A，B两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不在给水塔供水。当水位降到下限时，A,B棒都不能与G棒导电，因此A,B两端均为0状态。这时应启动，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处于上下限之间时，G棒与A导通，因此B棒不能与G棒导通，A段为1状态，B端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔供水，水位在不断上升，或者是电机没有工作，用水使水位不断下降，都应继续维持原有的工作状态。 为了满足本次设计的要求，我们还要显示上下限水位之间的几个数值，其电路的接法和A棒和B棒一样，都是接一个电阻然后接地，然后端口接到单片机上，同过单片机和显示器连接，以显示不同的水位值。2.2系统结构框图由于该系统一单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，以实现水塔水位的控制功能，他有硬件部分和软件不分组成，系统设计方案的的结构框图如下图2.1所示。(5V电源)水位检测信号产生信号处理与控制80C51单片机被控直流电机(继电器)水位检情况测显示扬声器故障报警放大电路译码显示电路图2.1 水位控制系统原理框图第三章 系统硬件设计及说明3.1硬件的基本组成单片机89C51，6M晶振，30PF电容，22uf/10v电容，1K电阻。主电路包括，空气开关，控制电机的继电器等。3.2单元模块设计3.2.1单片机的概述随着大规模，超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要，把微型计算机的基本功能部件：中央处理器，存储器，输入/输出接口，定时器/计数器，中央系统等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片微型计算机，简称“单片机”。单片机也被称作“单片微控制器”,“微控制机”，“嵌入式微控制器”。单片机一词最初是来源于“Single Chip Microrcomputer ”简称SCM。随着SCM在技术上，体系结构上不断的扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来表达其内涵。国际上逐渐采用“MCU”（Micro Controller Unit）来替代他，形成了单片机界公认的.最终统一的名词。为了与国际接轨，以后应将中文“单片机”一词和“MCU”唯一对应解释。在国内因为“单片机”一词以约定俗成，故而可继续沿用。3.22单片机的基本结构微型计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成，一般把二者构成的系统称为微型计算机系统。微型计算机的硬件主要是由CPU(运算器和控制器)、存储器、I/O接口和I/O设备组成，各组成部分之间通过地址总线AB (Address Bus)、数据总线DB (Data Bus)、控制总线CB (Control Bus)联系在一起。微型计算机的软件包括系统软件和应用软件两大类。软件与硬件相辅相成，共同构成微型计算机系统，缺一不可。图2-2 8051单片机内部结构图P0口驱动器P2口驱动器RAM地址寄存器128BRAMP0锁存器P2锁存器4KBROMMM程序地址寄存器缓冲器PC增1PCDPTR定时和控制器指令寄存器IR振荡器B寄存器暂存器1暂存器2ACCSP中断 ,串行口和定时器P3锁存器P3驱动口P1锁存器P1口驱动器ALUPSWPCON SCON TMON TCONTH0 TL0 TH1 TL1TXD RXD IE IPSBUF SBUF P0.0P0.7 P2.0P2.7 Vcc+(+5V) VssPSENALE EARST XTAL1 XTAL2 P1.0P1.7 P3.0P3.7 图3.2 8051单片机内部结构图MCS-51单片机内部包括以下部件（1） 一个8位CPU（2） 一个片内时钟振荡器，最高时钟频率为12MHz（3） 4KB程序存储器ROM/EPROM(8031片内无ROM)（4） 128B数据存储器RAM（5） 可寻址的外部程序存储器和数据存储器空间64KB的机构（6） 21个特殊功能寄存器SFR（7） 4个8位并行I/O口，共32根I/O线（8） 1个全双工串行口（9） 2个16位定时器/计数器（10） 具有5个中断源，2个优先级的中断看结构（11） 具有位寻址功能的位处理器，适用于位处理MCS-51系列单片机典型芯片是8051.与8051结构相同的产品有8031和8751.8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051，除此之外，三者哦内部结构及引脚完全相同。今后，除特别说明外，用8051这个名称来代表8031，8051和8071.3.2.3单片机的特点单片机主要有如下特点：1 ）有优异的性能价格比。2 ）体积小，有限高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用重线结构，减少了个芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰性。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3 ）控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有机丰富的转移指令，I/O口德逻辑操作以及未处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于统一档次的微机。4）低功能，低电压，便于生产携式产品。5）外部总线增加了IC及SPI等串行总线方式，进一步缩小体积，简化了结构。6）单片机的系统扩展和配置较经典，规范，容易构成各种规模的应用系统。27 3.2.4 80C51的引脚（1）电源和晶振：1）Vcc运行和程序校验时接电源正端。2）Vss接地。XTAL1输入到单片微机内部振荡器的反相放大器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片微机, 此引脚应接地；对CHMOS单片微机，此引脚作驱动端。3）XTAL2反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当采用外部振荡器时，XTAL2接收振荡器信号，对CHMOS，此引脚应悬浮。（2）I/O引脚 1） P08位、漏极开路的双向I/O口。 2）当扩展使用片外存储器（ROM及RAM）时，作低八位地址和数据总线分时复用。 3）P0口（作为总线时）能驱动 8个 LSTTL负载。 4）P18位、准双向I/O 口。 5）在编程/校验期间，用做输入低位字节地址。 6）P1口可以驱动 4个 LSTTL负载。 7）对于80C52，P1.0T2，是定时器2的计数输入端；P1.1T2EX，是定时器2的外部输入端。 8）读两个特殊引脚的输出锁存器时应由程序置1。9）P28位、准双向I/O口。 10）当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。 11）在编程/校验期间，接收高位字节地址。 12）P2口可以驱动4个LSTTL负载。 13）P38位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。 14）P3提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置 1。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。 （3）串行口及中断 1）P30RXD 串行输入口。 2）P31TXD 串行输出口。 3）P32外部中断0输入。 4）P33外部中断1输入。 （4）定时器计数器以及数据存储器选通 1）P34定时器/计数器T0 的外部输入。 2）P35定时器/计数器T1的外部输入。 3）P36WR 低电平有效，输出，片外存储器写选通。 4）P37 RD 低电平有效，输出，片外存储器读选通。3.2.5单片机的窜行接口常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多任务方式。A单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。B半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。C全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。D多任务方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们盛之为多任务传输方式。串行数据通信两种形式一异步通信在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是异步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位，图2是传输45H的数据格式。二 同步通信同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。串行数据通信的传输速率串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps（Bit per second）和每秒符号数波特率（Band rate），在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。3.3水位自动控制硬件设计水位自动控制由六部分组成，即水位传感器，A/D转换，单片机，数码显示，电机控制，报警部分 ，指示灯，其框图如下图2.3所示水位传感器A/D转换单 片 机电机驱动数码显 示保警控制指示灯电机转换 图3.3-设计总框图3.3.1复位电路设计 复位、备用电源线，可以使单片机处于复位工作状态。通常，单片机的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种，如下图3.3所示。考虑到水塔与居民生活密切相关，当因特殊原因导致单片机掉电，需单片机立即复位时，股本设计采用上电复位方式。图3.4复位电路3.3.2起振电路设计石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正泫波，以使AT89C51片内的0SC电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常,0SC的输出时钟频率FOSC为0.5-16MHz，典型值为12MHz或11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30Pf，调节他们可以达到微调FOSC的目的。本设计中，晶振采用12MHz，C1和C2取30Pf。其连接电路如下图2.3所示。图3.5起振电路3.3.3报警电路设计报警电路如图2.4所示，当AT89C51的P2.0口管脚有高电平输出时，SPEAKEP发出报警声。3.6-报警3.3.4传感器的选用传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，在现代科技领域中，传感器得到了广泛的应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种刺激并作出迅速反应。本设计当中我们采用的水位探测传感器简单易做，经济实惠，其外形轮廓设计如下图2.5.；图3.7-水位探测传感器外观图3.3.5水位显示硬件设计原理图用7488可以直接驱动共阴极的半导体数码管，由下图7448输出端可以看出，当输出管截止，输出为高电平时，流过发光二极管的电流是有Vcc经2K欧的上拉电阻提供的。当Vcc=5v时，这个电流只有2mA左右。如果数码管需要的电流大于这个数值时，则应在2k欧的上拉电阻上在并联适当的电阻。用7488驱动半导体数码管的连接反方式如下图2.6所示。图2.3.87488输出端3.97488显示端3.3.6电机驱动设计图 电感线圈是一种感性负载，当刘过线圈的电流发生变化时线圈会发生很大的反动势，这个反动势有可能损坏驱动器中的输出晶体管。因此，为了防止驱动器损坏，线圈两端必须加箱位二极管，如图3.10为采用SN75467驱动交流继电器的电路图。当AT89C51在p2.0上输出低电平时sn75267相应的输出警惕管导通，继电器线圈中有电流流过，继电器吸合，当AT89C51在P2.0上输出高电平时，驱动相应输出晶体管截止，继电器线圈中无电流流过，继电器不吸合，触电长开。图3.10中二极管用于箱位线圈两端可能出现的反动电动势。图3.10-电机驱动3.3.7光报警显示电路设计本电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，其他两灯不亮表示低水位状态，此时需要启动水泵加水，绿灯亮，其他两灯不亮表示正常的水位线内，黄灯发亮其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三灯闪烁表示系统出现故障。如图3.12所示。 +5V P2.3 D10 R16 P2.2 D9 R14 P2.1 D8 R15如图3.12光报警电路原理图3.4单片机控制水位系统概述通过水塔水位的高低变化来启停水泵，从而达到对水位控制的目的，如图2-5水塔水位控制原理图所示。一般情况下可在水塔内安装3个金属电极A.B.E，他们分别代表水位的下下限，下限与上限，上限的位置，但是为了让人们能够更清楚的了解和掌握水塔内水位的情况，我们设计五个电极A,B,C,D,E。并且在这五个电极上接入不同的指示灯。工艺要求：当水位升到上限E时，水泵停止供水。当水位到达B点时。即达到水塔下限为了不影响工作应立即启动供水系统。当水位处于B，C，D三点位置时，水泵应维持原有的工作状态。图3.11水位控制图3.5 水位智能检测系统原理B棒处于设定下限水位，A棒处于设定上限水位，C棒接+5V电源，A棒、B棒各通过一个阻值大约为4.7K的电阻与地相连。水塔由电动机带动补水泵供水，单片机控制电机转动实现对水位的控制。单片机通过不断的采集A、B两点电压信号来检测水位的变化。控制过程如下：（1）当水塔补水过程中水位达到上限时，由于水的导电作用，A、B棒连通+5V。因此，A、B两端均为1状态，这是应停止电机和水泵工作，不再给水塔供水。 (2) 当A为1，B棒为0时，说明水塔内部有故障要报警，因为A棒是检测水位上限的，也就是A棒接通5V电源，所以为1。（3）当A为0，B为1时，说明A棒水位下限，A棒直接通过电阻接地，所以为0，此时要显示提示水位处于A棒下限，准备加水工作。（4）当水位在水位下限时，A、B棒都不能与A棒导电。因此，A、B两端均为0状态。这时正常起动电机，并接通相关电路开关电源，带动水泵工作，给水塔供水。（5）当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，b端为1状态。C端为0状态。这时，无论是电机以带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断的下降，都应继续维持原来的工作状态。单片机循环不断地采集水位信号以实现控制系统的性能指标要求。具体控制状态如下表：表31水位控制信号与水泵电机控制状态的对应关系表P1.0(B)001111P1.1(C)000111P1.2(D)000011P1.3(E)000001P1.401维持维持维持1P1.5101111水位变化下限水位以下系统故障上，下限水位间上，下限水位间上，下限水位间上限水位以上备注供水报警，停止供水维持维持维持停止供水第四章 水塔自动上水结构总计4.1位智能检测系统设计原理自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的导电离子，智能水位检测装置就是利用水的导电性完成的。检测装置控制图中的虚线表示允许水位变化设定的上下限。在正常情况下，应保持水位在虚线范围内。为此，在水塔的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。故A点接5V直流电源，这样B,E两点的电压信号位数字信号，不需要再进行数字信号变换处理，可以直接输入给单片机处理。4.2位智能检测系统原理B棒处于设定下限水位，E棒处于设定上限水位，A棒接+5V电源，A、B、C、D、E棒各通过一个阻值大约为1K的电阻与地相连。水塔由电动机带动补水泵供水，单片机控制电机转动实现对水位的控制。单片机通过不断的采集A、E两点电压信号的变化来检测水位的变化。控制过程表31表41单片机控制器动作表B（P1.0）C（P1.1）D（P1.02）E（P1.3）水位操作0000B点一下水泵启动1000B点以上,维持原装1100C点以上维持原装1110D点以上维持原装1111E点以上停止水泵0001系统故障故障报警（1） 当水位低于下限水位时，即水位在图中B点以下，这时B棒,E棒都不能与A棒导通，因此，b,c两端均为0状态，这时应该启动电动机，带动水泵工作，从而给水塔供水。（2） 在正常情况下是不可能出现b端为0状态，c端为1状态的，如果出现则是系统出现故障或是别的原因我们都将其作为一种故障处理，停止供水并发出报警信号。（3） 当水位处于上，下限之间时，即出现在图中B，E点之间，此时，由于水的导电作用，使得B棒与A棒导通，而E棒与A棒不导通，b端为1状态，c 端为0状态。这时，无论电动机已带动水泵给水塔加水，使水位上升；还是电动机没有工作，用水使水位下降，都应继续维持电机的原有工作状态。（4） 水泵供水时水位上升，当达到水位上限时，由于水的导电作用，B棒E棒连通+5V电源，因此b ，c两端为1状态，这是应停止电机运行，水泵不再给水塔供水。4.3水塔水位控制总原理图概述在下图3-3所示，中虚线代表水塔水位位置，正常情况下应保证水位在上下限水位之间。在水塔内部不同高度安装3根金属棒，以探测水位变化情况。其中，B棒处于下限水位，E棒出浴上限水位，A棒处于B棒之下并于+5电源相接，B棒，E棒各通过电阻与地相接。水塔水位的控制是由电动机带动水泵进行供水，单片机控制电动机转动以达到对水位的控制目的水塔水位控制系统的电路，如下图3-2所示。图中所有的水位高低信号均为电平信号。两个水位信号分别由P1.0和P1.3输入。控制信号由p1.端口输出，P1.4端输出低电平时电机运行；输出高电平时电机停止。由P1.4输出报警信号，驱动一只发光二极管进行光报警。图4-2水塔水位上水系统 根据工艺要求，设计的控制系统硬件电路如上图所示，这是一个采集水位信号兵通过继电器控制水泵的小型计算机控制系统。主要组成部分的功能如下：（1） 系统核心部分：采用抵挡型8051单片机，用P1.0和P1.3端作为水位信号的采集输入口,P1.4和P1.5端作为控制与报警输出口。（2） 水位测量部分：电极A接+5V电源，电极B.C,D,E各通过一个电阻与地相连。B点电平与点电平分别接到P1.0-P1.3为输入端，可以代表水位的各种状态要求，共有4种组合，表41（3） 控制报警部分：由P1.4端输出高电平，经反应器使光耦隔离器导通， 继电器线圈KM得电，常开触点KA闭合，启动水泵运转；当P1.4端输出低电平，经反应器使管沟隔离器截止，继电器线圈J失店敞开触点断开，则使水泵运转。由P1.3端输出高电平，经反应器变为低电平，驱动一直发光二极管发光进行故障报警。 （4） 指示灯显示部分，当水位到达E点。即上水位限时绿灯亮。当水位高于B点低于E处于D点时，系统维持原状，紫灯亮。当水位到达C点时，黄灯亮。当水位到达B点时，即水位到达下限，此时需要补水，所以洪恒亮，切发出报警信号。第五章 软件设计和说明5.1软件设计流程图5.1.1流程图一：下图主要实现的是控制水泵是否工作，故障检测水质检测的功能。开始检测水质p1.4=0水位检测最高水位pc0=?最低水位pc=?停机报警p1.7=0停机p1.6=0延 时PC=？保持启动p1.6=1报警p1.5=0停止p1.6=1等待5.1.2流程图二：三灯闪烁黄灯闪烁绿灯闪烁绿灯闪烁绿灯闪烁红灯闪烁显示数值00显示数值08显示数值06显示数值04显示数值02显示水位PC1=0？PC2=0？PC4=0？PC5=0？PCO=0？如下图5.2所示，是显示水位的子程序设计流程图，我们可以通过下面的子程序来显示水位，此时若水位低于A导电片下我们可设计其LED显示水位为00，这时泵工作，若水位低于C导电片下我们设计其LED显示水位为02，若水位低于D导电片我们将其LED显示水位为04，若水位低于E导电片我们将其LED显示水位为06，若低于B导电片我们将其LED显示水位为08，若水位高于和等于B导电片时我们将其LED显示水位为12，停止水泵工作。显示数值12返回5.2系统主程序设计ORG 0000HSJMP MIANORG 0030HMAIN: MOV DPTR,#00CFA3H MOV A , #89H MOVX DPTR JNB ACC.3LP1 JB ACC,0，ONE JB ACC,1，THREE CLR P1.6 SETB P1.5 SETB P1.7 ACALL MAIN1BACK: ACALL DELAY 1 SJMP MIAN LP1: CLR P1.5 SETB P1.6 ACALL MAIN1 LP2： SJMP MAINONE: JB ACC.1.TWO CLR P1.7 SETB P1.6 SETB P1.5 ACALL MAIN1FOUR: AJMP MAIN TWO: SETB P1.6 SETB P1.5ACALL MAIN1AJMP BACKTHREE: CLR P1.6SETB P1.5 SETB P1.7 ACALL MAIN 1 AJMP BACK;延时2msDELAY: MOV R6#10DL1 MOV R5，#48 DL3： NOP NOP DJNZ R5 , DL3 DJNZ R6，DL1 RET延时1SDELAY1：MOV R6，#4DL1： MOV R5#251DL2： MOV R4,248DL3： NOP NOP DJNZ R4，DL3 DJNZ R5 DL2 DJNA R6 DL1 RET;显示水位 MAIN1： JB ACC.1.RETURN1 MOV R1， #0 MOV A, R1 ACALL DIR RET RETURN1：JB ACC.2.RETURN2 MOV R1，#02 MOV A,R1 RET RETURN2： JB ACC,4， RETURN MOV R1， #04 MOV A R1 ACALL DIR RETRETURN3： JB ACC.0.RETURN MOV R1 , #06 MOV A,R1 ACALL DIR RET RETURN4： JB ACC.0.RETURN5 MOV R1 , #08 MOV A R1 ACALL DIR RETRETURN5： MOV R1 ,#12 MOV A R1 RETDIR: CLR P1.0SETB P1.1MOV B #10 DIV AB ACALL DIR ACALL DELAYSETB P1.0 CLR P1.1 MOV A,B ACALL DIRMOV dptr ,#TABMOVC A,A+DPTR MOV DPTR ,#0CFA1H MOVX DPTR , A RETTAB: DB 3FH 06H 5BH 4FH DB 66FH 6DFH 7DFH 07H DB 7FH 6FH 77H 7CH DB 30H 5EH 79H 71H END第六章系统调试6.1硬件的焊接6.1.1电路板的检测电路板完成后要进行全面检测，包括一下几个方面（1）火线和底线的检测火线检测：检测单片机底座的VCC(40脚)是否与火线相连，检测数码管的共用端是否与火线链接，手动复位开关是否连接上火线。地线检测：其他按键接地是否良好，时钟电路接地端的检测，单片机GND端(20脚)是否接地。 检测完后再用万用表检查火线和地线是否导通（2）元器件之间的连接检查参照电路图，用万用表仔细检查各个元器件连接是否良好，是否对应。6.2.硬件的调试和机器故障排除 硬件的调试在上电后的工作是不是正常，主要有不插单片机调试和插单片机的检测。（1） 无单片机的调试 无单片机调试主要检查电路工作是否正常，调试数码管是否点亮，显示数据是否正确，具体步骤如下： A:打开电源，将输出电压调到5伏，然后关闭电源。 B：将电路板的火线与电源正极相连，地线与负极相连。C:打开电源，用万用表检测电路是否有输出电压，如果有就是好得，若是没有就要检测是否短路。D：电路检查完后，关闭电源，用一根导线与电源负极相连，然后打开电源，用导线的另一端逐个与P0，P2口的管脚接触，看数码管显示是否正确。（2） 有单片机调试 加上单片机，目的是看单片机是否能正常工作，有效的控制显示数据，编写一个小程序，导入芯片中加点调试。调试程序如下：SBTOD: MOV A, R2 MOV B ,#64H DIV AB MOV R0,A MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB SWAP A ADD A,B INC R0 MOV R0,A RET将编好的程序进行编译，既将*.ASM文件转化为*.BIN文件，然后导入芯片中。大51单片机接入底座插入底座，加电，看各位显示是不是正确用复位键看显示是否正确，如果稳定表示调试成功6.3对整个系统进行使用检测（1）当水池水位低于水位界时，电机的电磁阀打开进水。当水位高于水池高水位界，阀门关闭。当水塔水位低于水塔低位界时，电动机运转，开始抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时，电动机停止。根据上述控制要求编制水塔水位自动控制程序，并上机仿真运行。（2）当水池水位低于水位界时，电磁阀打开进水，调用延时指令，延时时间到，如果电机不能正常启动，表示阀没有进水，出现故障，此时启动蜂鸣器，发出报警信号。则根据上述控制要求编制水塔水位自动控制程序，并上机调试运行。（3）在发生特殊情况某一时刻人为的要强行启动电机, 但又要通过单片机来控制, 可通过上调下限水位参数随时启动电机。当工作的电机出现异常情况可通过下调上限水位参数, 单片机控制电机立即停机等。（4）调试并运行程序，观察结果。致 谢经过近半年的准备，论文可以说是成功完成。在整个的设计过程中虽然有各种各样的困难，但是最后在我不怕困难的勇气下，在指导老师的全力帮助下，在同学的协助下，总算是大功告成。 所以说，首先要感谢我那尊敬的老师，我的论文之所以能顺利的完成与老师的谆谆教导和耐心启迪是分不开的。老师那严谨的治学态度，渊博的学术知识，孜孜不倦的敬业精神和平易近人的态度，给我留下了深刻的印象，并且不断的激励我奋发向上。在次，对老师的教导和关心表示忠心的感谢！其次要感谢自己寝室的舍友和班上的同学，在我遇到问题时他们给了我很多的鼓励，并借去很多的资料书籍给我，让我最难忘的是我们在一起共同学习，共同探讨，共同奋斗的时光。感谢我的父母，无论我在顺境还是逆境，他们始终是我最坚强的后盾，感谢他们对我多年的培养和支持。 最后，对大学四年来所有在学业上和生活中给予我帮助和关心的人致以诚挚的感谢。对培养我的母校表示深深的感谢！参考文献1赵建领， 51单片机开发与应用技术详解 M 电子工业出版社 20092. 扬 立， 微型计算机原理与接口技术M 中国铁道出版社 20083. 李响初,数字电路基础与应用 机械工业出版社,20084. 陈伯时，电力拖动自动控制系统 机械工业出版社，20095莫正康，电力电子应用技术机械工业出版社，20076卢艳君， 单片机原理与应用 M 机械工业出版社 20087吴丙申，卞祖富,模拟电路基础 北京理工大学出版社,20078. Kavanagh R C. Improved Digital Tachometer with Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality. IEEE Trans.Ind. Elect ron. , 2000 ,47 (4) : 890 8979. Prokin M. Ext remely Wide range Speed Measurement Using a Double2buffered Method. IEEE Trans. Ind. Electron. , 1994 ,41 (5) :550 55910. Yokogawa.Models UT550/UT520 Digital Indicating Controllers Users Manunal.Tokyo: Yokogawa,200311.陈爱萍，何智勇，羊四清电子显示屏的单片机控制系统自动化与仪表，1999(7)：545712. 赵瑞林，单片机原理与应用教程M北京：北京大学出版社，20051 13. 张旭涛， 单片机原理与应用 M 北京理工大学出版社 200814. 康维新， MCS-51单片机原理与应用 中国轻工业出版社,20