电气工程及其自动化110102180246蒋超基于Proteus的水箱液位控制系统 2概诉.docx

电气工程及其自动化110102180246蒋超基于Proteus的水箱液位控制系统 2概诉.docx

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电气工程及其自动化110102180246蒋超基于Proteus的水箱液位控制系统2概诉

2015届本科毕业设计（论文）

基于Proteus的水箱液位控制系统的设计

TheDesignofControlSystemWaterLevelBasedonProteus

　　学院：

工学院

　　专业班级：

电气工程及其自动化1102班

　　姓名：

蒋超

　　学号：

110102180246

　　指导教师：

李美艳讲师

　　完成时间：

2015年3月16日

二〇一五年三月

论文题目：

基于Proteus的水箱液位控制系统的设计

专业：

电气工程及其自动化

学生：

蒋超签名：

指导教师：

李美艳签名：

摘要

基于目前的状态，本论文研究的主要内容是使用单片机技术，来控制水箱液位系统，使水箱液位在达到一定水位自动报警并能人工进行切换的功能,并且在高位和低位能够声光报警，提高安全性，在手动模式时，人工控制两台水泵的运行，并且在地位时强制开启水泵进水，在高位时强制关闭水泵进水，保证水箱的可靠运行。

因此，使用更为智能且精密的自动化系统来规范水箱液位控制，可以避免人为失误，降低事故几率，也能节约人力资源，降低企业成本，尤其是现如今的电子技术的普及，自动控制设备已经不再是奢侈品这样的系统的优点是其他系统无法比拟的，是现代工厂一个必备的条件。

关键词：

单片机；液位控制；声光报警；自动控制

Title:

TheDesignofControlSystemWaterLevelBasedonProteus

Major:

ElectricalEngineeringandAutomation

Name:

JiangChaoSignature:

Supervisor:

LiMeiYanSignature:

THEDESIGNOFCONTROLSYSTEMWATERLEVELBASEDONPROTEUS

Thepurposeofthisstudyistousesinglechiptechnology,theuseofthistechnologyistocontrolthewatertankliquidlevelsystem,thewaterlevelofthetankcanautomaticallyalarmandmanualswitchtoreachesacertainwaterlevelfunction.Alarmatthehighorlow,improvesecurity,wheninmanualmode,themanualcontrolofthetwopumpsrunning,andforcedopenthewaterpumpinletlow,highinthepumpintakewhenforcedtoclose,ensurethereliableoperationofwatertank.Therefore,theuseofmoretoregulatethewatertankliquidlevelcontrolforintelligentandprecisionautomationsystemcanavoidhumanerror,reducetheaccidentprobability,italsocansavehumanresources,reducethecostofenterprise,especiallynowadays,electronictechnologyautomaticcontrolequipmentisnomorealuxury,theadvantagesofthissystemisunmatchedbyothersystem,isanecessaryconditionofmodernfactories.

Keywords：

SingleChipMicroComputer;LevelControl;SoundandLightAlarm;AutomaticControl

目录

前言1

1绪论2

1.1研究意义2

1.2研究内容2

2水箱液位控制器的工作原理3

2.1单片机概述3

2.1.1单片机的发展概况3

2.2水箱给水设备原理4

2.389C51单片机控制系统原理4

2.3.189C51单片机控制部分结构说明5

2.3.1单片机水箱控制系统工作原理5

3单片机水箱液位控制系统硬件设计7

3.1单片机水箱液位控制器系统硬件介绍7

3.1.1数据采集及处理模块7

3.1.2光电隔离、继电器简介11

3.1.3给水泵电机控制回路介绍12

3.2水箱液位控制系统仿真平台Proteus介绍12

4水箱液位控制系统软件设计14

4.1程序设计概要14

4.2程序设计原理14

4.2.1系统主程序原理及其流程图14

4.2.2自动模式程序原理及其流程图15

4.2.3手动模式程序原理及其流程图16

5水箱液位控制系统的仿真结果18

5.1水箱液位控制系统的运行流程18

结语21

参考文献22

致谢23

前言

单片机技术在电子领域的运用越来越广泛，目前很多新型电子器件对控制信号要求很高，若不采用单片机或者可编程控制器则几乎无法使用，单片机技术的应用不仅可以简化电路设计，而且可以大大提高电路设计水平。

本次毕业设计是通过89C51单片机作为核心，通过光电隔离器和继电器作为外围电路来实现水箱液位精确控制，并伴随高限和低限的声光报警，软件采用汇编语言，来实现整个系统的快速反应。

1绪论

1.1研究意义

水箱水位控制系统在我们国家的工业生产中广泛运用，在现如今的信息化、智能化的工业控制领域，老旧的人工控制方式已经难以满足需求，它的能耗大、控制精度低的劣势严重制约着我们国家的工业产业转型，但是随着自动控制原理的发展，电子元器件的普及，技术人员的批量培养，一个用液位的变化来自动调整的水箱液位控制系统，通过运行参数的调节，使得有一个恒定的水压来保证工厂的使用要求，使得系统在工作有一个很好的安全保障。

并且改造成本低廉，安装便捷，通过根据软件Proteus的仿真证明了实验的可行性，灵敏度高，是节约人力物力的理想设备。

此设备的系统采用单片机来进行实现水箱自动液位控制，保证了系统的成本低廉且实用价值高。

它能自动完成上水停水的循环操作，并且保证液面高度处于理想水平，水压不会有太明显的变化，它的结构也很简单，可以在现有的水箱上面进行安装改造，兼容性强。

灵敏度高，节约资源成本显著，适用于各种大型储液装置。

在现如今的社会高速发展大环境下，水的供应在工厂企业的生产中占有很大的比重，这就需要一个廉价且能实现全自动运行的控制器来实现水量的充足、平稳供应。

单片机，其体积大小可以以厘米级的单位来计量但在这一块地方上集成了很多微型芯片，单片机的问世代表了这个时代的科技水平，为实现以前无法实现的功能提供个一个强有力的基础，对后来自动化设备起到了关键作用。

单片机也以其设计简单，价格便宜，功能强大，兼容性好这些优势，让许多系统开发所采用。

1.2研究内容

这类系统的主要特点就是不需要人的操作，自动输出操作指令，所以他需要对水箱液位中传感器输出的信号进行分析，以之前人工设定好的数据来比对从而发出对控制水泵的工作指令。

这套系统需要使用两台水泵来实现水位的动态控制，当系统需水大的时候，水位线过低，M1和M2两台水泵同时工作，来保证水位回到可控的平衡位置；当系统需要水小的时候，水位线到达正常时，M2水泵单独工作,M1水泵停机待命；当没有用水时，水位线到达上限时，M2水泵停机待命，整套设备处于待命状态。

并且在低水位有黄色指示灯警示并伴随蜂鸣器报警；在水位线到达正常时有绿色灯指示，无报警。

2水箱液位控制器的工作原理

2.1单片机概述

单片微型计算机（SingleChipMicroComputer）简称单片机，在外国随着科技的发展，传统的单片机已经在结构上发生了大的改变，体现最为突出的‘最能展现人们智慧的是嵌入式微控制器MCU（Micro-Control-ler）但在国内由于人们的习惯所以把这个新系统也称之为单片机，它是把微型计算机的中央处理器（CPU）和数据存储器（PAM）、程序存储器（ROM）、定时/计数器以及I/O接口集成在了一起的一种微型计算机。

伴随着科学技术的发展，目前的单片机主要突出了它的控制功能。

除了集成了定时/计数器外，有的单片机还集成了诸如数模转换（D/A）、模数转换（A/D）等功能部件（为了加强模拟信号的采集、处理）；有的单片机内部集成了PWM（脉冲宽度调制）,PCA（计数器捕获比较逻辑）、高速I/O口、WDT（看门狗定时器）等功能部件。

因为单片机的使用场合多数都是控制方面，所以单片机又被称之为微型控制器。

2.1.1单片机的发展概况

在计算机控制领域（如家电、汽车、工业控制等），对控制系统的要求都比较苛刻。

例如体积小、高智能、成本低、功耗小、抗干扰能力强和可靠性好。

不但传统的电气控制设备不能胜任，就连一般的应用型PC机也不能一一满足。

在此背景之下，有关于单片机的想法才逐渐成形。

单片机就是将计算机的基本部件做了高度集成和合理的简配后综合在了单一的芯片上，体积较小，能很好的满足对控制系统的体积要求。

在许多的控制场合不需要复杂的数学逻辑计算，因此单片机在生产工艺上进行了简化，降低了制造成本。

同时采用规模化生产来进一步降低成本，目前的市场行情就很好的证明了这一切。

而且在工艺上所有的电路都集成在一个芯片上，避免了因为线路连接错误导致的系统失效的可能性，提高了可靠性。

而且在设计上采取了很多措施来降低功耗，满足了控制系统的功耗需求，同时也采用了很多抗干扰措施，让单片机在各种复杂的干扰坏境下可以继续不受干扰的工作，并且在-50-100摄氏度范围内都能正常工作。

目前以Intel公司出的MCS-51系列最为普遍，但是后来Intel将工作重心转移到了PC业务，将内核使用权扎un让给了ATMEL等著名IC制造商，本次设计就是采用ATMEL的89C51系列8位单片机设计的控制器

2.1.289C51系列单片机

89C51是有着4K字节闪烁可编可删的高性能单片机、高性能CMOS8位微处理器，国内技术人员中的单片机。

由于将8位多功能CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，这让该型单片机成了一款高效的产品，并且ATMEL公司为这款单片机提供了更多的方案是得他在易用性和价格方面提出了更多的可能。

2.2水箱给水设备原理

水箱给水设备系统由两台水泵机组、水箱和三个液位传感器组成，其系统结构如图2.1：

图2.1水箱给水控制器结构图

其中M1、M2为给水泵机组，高位、中位、低位是液位传感器，当水位到达高位时，高位传感器就会从低电位变为高电位；当水位到达中位时，中位传感器就会从低电位变为高电位；同理水位到达低位也是一样的。

2.389C51单片机控制系统原理

2.3.189C51单片机控制部分结构说明

本系统采用的单片机引脚图具体控制如下：

P1口和P3口为输入输出检测信号和控制信号。

下面是芯片引脚图具体分配：

P1.0：

水位低位输入信号。

（低1，高0）

P1.1：

水位中位输入信号。

（低1，高0）

P1.2：

水位高位输