基于51单片机控制的水塔水位检测 课程设计毕业设计论文word格式Word下载.docx

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9.1源程序清单23

9.2总电路原理图29

第1章概述

1.1背景介绍

随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电器中得到广泛应用。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用。

水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作，在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；

在水塔水位达到水位上限的时候自动关闭电机，停止供水。

并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报，以及时排除故障，随时保证水塔的对外的正常供水作用。

水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。

不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。

一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。

如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须进行自动化控制系统的改造。

从而实现提供足够的水量、平稳的水压、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。

该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。

1.2设计要求及意义

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。

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。

本次课题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。

本次课程设计对我有以下意义:

（1）通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。

（2）掌握单片机的内部模块的应用，如片内外存储器、A/D转换器等。

（3）了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好基础。

（4）通过简单课题的设计练习，了解必须提交的工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。

第2章系统方案的设计

2.1总体设计方案

分析课题可知应分两个电路来实现系统的功能，一是水位控制电路，二是水质检测电路，并且对于整个系统我们采用顺序控制。

首先进行水位控制，水位电路根据输入不同的模拟量，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较，通过P1.2口对电机进行控制。

水位控制电路完成其预定功能后，便自动转到延时子程序，系统经过一定的预定延时（本设计设定值为10S）之后，转去执行水质检测电路。

检测电路根据不同的模拟量的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较后，由单片机产生不同的驱动信号，从而使对应的二极管发光，以显示不同的水质状态。

水质检测结束，系统自动返回到主程序的入口处，继续进行水位的检测和控制。

如此往复循环达到对水塔水位的自动控制和对水塔水质的检测和显示，从而满足水位和水质的要求。

硬件设计方框图如图2-1-1所示。

图2-1-1

2.2系统组成

水位检测电路可以通过两个51单片机的管脚来感知水位的变化，产生不同的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。

输出端可由一个端口来控制电机的运行状态，进而控制水泵的工作。

水质检测的电路主要由A/D转换器组成。

通过A/D转换为数字量作用于单片机，从而控制水质状况的显示。

本次设计采用ADC0808芯片。

用LED灯来显示水位的高低。

ADC0808有8路模拟量的输入端口，本次设计只要用其中一个，8路模拟开关无需进行切换选通。

设计通过A/D转换为数字量作用于单片机，进而控制电机的运转。

本次设计采用可调电阻器来控制模拟电信号的输入。

通过对电阻器的调节来模拟输入量的变化。

通过对比数字量来进行进行判断水位的高低，不同颜色的信号指示灯显示不同的水质。

进而通过输出口对电机进行开关控制。

第3章硬件设计

3.1ADC0808的简要介绍

ADC0808的8路模拟输入8路数字输出的逐次逼近法A/D器件。

其主要技术指标和特性为：

1.分辨率为8位。

2.转换时间取决于芯片时钟频率。

本次单元电路仿真采用640KHZ的时钟方波信号。

3.单一电源+5V。

模拟输入电压范围单极性0-5V,双极性5V或10V。

本次课程设计由于只有一个模拟输入量，且电压变化都为正值，故采用单极性电源接法。

4.启动转换控制方式为脉冲式（正脉冲），上升沿使内部所有寄存器清“0”，下降沿使A/D转换开始。

主要管脚说明：

CLK:

为时钟信号输入端，决定A/D转换的速度，转换一次为64各时钟周期。

ALE:

地址锁存允许信号，高电平有效。

当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。

START:

为启动转换信号，正脉冲有效。

此信号通常与系统信号相连，控制A\D转换器的启动。

EOC:

转换结束信号，高电平有效，表示一次A\D转换已完成。

可作为中断触发信号，也可用程序查询的方法检测转换是否结束。

OE:

输出允许信号，高电平有效，可与系统读选通信号相连。

当计算机发出此信号时，ADC0808的三态门被打开，此时可通过数据线读到正确的转换结果。

DC0808的逻辑结构及引脚功能如图3-1-1所示

图3-1-1

3.2水位检测电路

模拟量由模拟通道IN1输入，通过对可调电阻的调节，模拟输入不同的电压量。

数字量的输出端与单片机的P0口相连接。

单片机可通过对P0口数据的采集和处理，发出相应的控制信号。

P3.0口和P3.6口通过逻辑或非门后，输出端接START与ALE端口。

P3.0口和P3.7口也通过逻辑或非门后，输出端接OE端。

通过对PO的信号和设定的数值比较，得出水位的高低而通过P1.2口对电机进行控制。

同时P0口的信号转入P2口，通过LED灯的显示来显示水位的高低，灯光的不同来表示水塔的水位状态。

电路连接图如图3-2-1所示。

图3-2-1

3.3水质检测电路

水质检测电路主要由ADC0808实现,通过A/D转换对比来判断水质的好坏。

模拟量由模拟通道IN0输入，通过对可调电阻的调节，模拟输入不同的电压量。

由于只需采用一个模拟输入通道（IN0），故可将模拟通道地址选择端都就地，这样，转换出的数字量便全部为IN0口的模拟量的对应值。

输出端为P1.5、P1.6、P1.7，分别接一发光二极管，用以显示不同的水质的状态。

电路连接图如图3-3-1所示。

图3-3-1

第4章软件设计

一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。

同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。

甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单。

以下为设计的具体程序

4.1水位控制程序

通过对水位控制电路图的分析，做出以下水位控制程序流程图如图4-1-1所示。

图4-1-1水位控制程序流程图

由以上流程图，可以得出水位控制程序清单如下：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

SJMPLOOP

ORG0050H

MAIN:

SETBP1.0

CLRP3.0

CLRP3.6

ACALLDELAY

SETBP3.0

SETBP3.6

WAIT:

JBP1.1,DONE1;

检测转换是否完成

SJMPWAIT;

等待转换完成

DONE1:

CLRP3.7

MOVA,P0

CLRC

SUBBA,#0F4H

JNCD1

SETBC

SUBBA,#0003H

JCD2

D1:

CLRP1.2

SJMPBACK

D2:

SETBP1.2

BACK:

ACALLD10S

4.2水质检测程序

通过对水质检测电路图的分析，做出以下水质检测程序流程图如图4-2-1所示。

图4-2-1水质检测流程图

由以上流程图，可以得出水质检查系统程序清单如下：

SJMPMAIN

ORG0030

ACALLDELAY;

调用延时子程序

JBP2.7,DONE;

转换结束则转

未结束则等待

DONE:

MOVA,P0;

读取数据

SUBBA,#0AAH;

与设定值比较大小

JNCDONE1;

大则转

SUBBA,#55H;

JNCDONE2;

SETBP1.5;

控制红灯亮

CLRP1.6

CLRP1.7

DONE1:

SETBP1.7;

控制绿灯亮

CLRP1.5

DONE2:

SETBP1.6;

控制黄灯亮

DELAY:

MOVR5,#5;

延时子程序

DL1:

MOVR6,#10

DL2:

MOVR7,#10

DJNZR7,$

DJNZR6,DL2

DJNZR5,DL1

RET

END

第5章系统调试及说明

5.1软件调试

本设计主要是用proteus软件绘图以及伟福软件进行编程仿真的。

调试步骤由两个部分组成：

首先，确定程序中错误的确切性质和位置；

然后，对程序代码进行分析，确定问题的原因，并设法改正这个错误。

具体地说，由以下步骤组成：

1.从错误的外部表现入手，确定程序中出错的位置；

2.分析有关程序代码，找出错误的内在原因；

3.修改程序代码，排除这个错误；

4.重复进行暴露了这个错误的原始测试以及某些回归测试，以确保该错误确实被排除且没有引入新的错误；

5.如果所作的修正无效，则撤消这次改动，重复上述过程，直到找到一个有效的办法为止。

proteus仿真结果如下：

水质差时，红灯亮，如图5-1-3所示。

图5-1-3水质差

水质良好时，绿灯亮，如图5-1-4所示。

图5-1-4水质良好

水质一般时，黄灯亮，如图5-1-5所示。

图5-1-5水质一般

电机高点停转，如图5-1-6所示。