单片机水位检测.docx

单片机水位检测.docx

《单片机水位检测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机水位检测.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机水位检测

1引言1

2设计方案及原理1

设计原理1

设计方案2

3硬件设计2

时钟电路和手动复位电路3

水位检测接口电路、故障报警电路3

存储器扩展接口电路4

4软件设计4

程序流程图4

运行结果5

5总结7

6参考文献7

7附录7

1引言

随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。

该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。

工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。

其目的在于对单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。

该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下模拟仿真。

实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。

2设计方案及原理

设计原理

单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。

其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。

A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。

水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。

供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，BC棒连通+5V。

因此，

b，c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。

当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。

因C棒不能与A棒导通，b端为1状态，c端为0状态。

这时，无论是电机已在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，用水使水位在不断下降。

都应继续维持原有的作

状态

当水位降到下限时，B,C棒都不能与A棒导电，因此，b,c两端均为0状态。

这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。

设计方案

本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。

在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。

工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。

水塔水位的硬件原理图如图2所示。

图2硬件原理图

图2中的硬件和主要控制信号分析如下：

⑴使用8031单片机。

由于8031没有内部ROM,因此需外扩展ROM,作为程序存储器。

本系统采用2732构成4KB的外扩展程序存储器。

74LS373作为地址锁存器。

⑵两个水位信号由和输入，这两个信号共有四种组合状态，如图7—10,其

中10状态正常情况下是不可能发生的，但在设计中应该考虑到，并作为一种故障状态。

⑶控制信号由输出，去控制电机，并串联一个发光二极管，用来显示电机的运转与否。

⑷由输出报警信号，驱动一支发光二极管和一只蜂鸣器进行声光报警。

3硬件设计

水塔水位控制系统主要有CPU（AT89C5）水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成。

时钟电路和手动复位电路

时钟电路和手动复位电路如图3所示。

图3时钟电路和外部手动复位电路

图3中，在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。

晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度就快，同时对存储器的速度也高。

复位电路的成功与否，关系到一个单片机系统能否正常运行，本设计采用按键电平复位方式，是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。

水位检测接口电路、故障报警电路

水位检测接口电路、故障报警电路如图4所示。

图4水位检测接口电路、故障声光报警电路

图4中，为了便于水位检测，在实际仿真过程中用一个两位的拨码开关模拟b、c端的状态，从而实现水位状态的四种组合，如图所示7—10。

正电极接和口，每个负电极分别通过的电阻接地，将单片机的口接开关1，口接开关2。

单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时（此时两个开关均置0）,电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内，检测信号为高电平，此时开关1置1，开关2置0；当水位过高时，检测信号为高电平，此时开关1和开关2都置1,单片机检测到和为高电平后，立即停机。

为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出和低于警戒线水位时，报警电路产生光电报警。

单片机为启动电机命令输出端口，通过反相器与电机相连，为低电平时电机运转，否则，电机停转；电机故障报警由单片机的和口控制，当为高电平，为低电平时，表示产生故障，贝以低电平，报警灯亮，

同时蜂鸣器响。

出现故障时，电机也停止转动

存储器扩展接口电路

存储器扩展接口电路如图5所示。

FO.O/^ECIFC」朋DdFD.2j（AD^

FO4j'AE4PO.*5^E€FO.HWEflFD.I/AD7

Pi-Di'^eP2JMPS.Zi'AtC]PS.Si'AriP2.4/AT2MjsrAiaPl.OfAMF■仝.TTAfB

P3.C1/R.XDPl.r/T>£-

DE1

Z3

图5扩展4KB外部ROM电路图

图5中，为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器2732,用于存放源程序代码，因只扩展一片存储器，片选端0E接地074LS373用于地址锁存，地址锁存信号ALE接锁存器的LE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输。

4软件设计

程序流程图

程序流程图如图6所示。

图6中，由于水位状态有四种组合，而水位一直在变化，所以一种水位状态在持续一定时间后要再次判断新的水位，在本设计中，设延时时间为10S,程序的

流程用到了循环结构。

运行结果

图7电机运转

其中，和均为低电平，即水位处于00态，也为低电平，电机运行的指示灯亮;

为高电平，报警指示灯不亮，蜂鸣器不响

图8维持原状

其中，为低电平，为高电平，即水位处于01态，为低电平，电机运行的指示灯亮；为高电平，报警指示灯不亮，蜂鸣器不响。

灯不亮；为低电平，报警指示灯亮，蜂鸣器响

5总结通过这次课程设计，实现了基于单片机的水塔水位控制系统的设计和模拟仿真，完成了此课程设计的全部要求，即硬软件设计，口接线、存储器扩展、设计报告等。

在课程设计过程中，遇到了好多问题，例如，虽然说上学期认真地学习了单片机课程，熟悉了Proteus和Keilc的使用，但由于很长时间的不用，变得有些生疏，通过跟老师和同学请教自己不懂的技巧，再加上这次做课程设计对Proteus和Keilc的进一步使用，使我对上述两种软件更加熟悉，用起来更得心应手，在此，感谢老师和同学们的帮助。

另外，此课程设计用到了好多单片机的知识，遇到一些不懂的问题，通过查资料和跟老师和同学讨论，都一一解决了。

通过这次课程设计，使我更加坚信“千里之行,始于足下”这句话，刚开始拿到题目，觉得很难，只要你勇于思考，勇于探索，最终顺利地完成了此题课程设计，使我的动手实践能力也得到很大的提高。

6参考文献

[1]

[2]

[3]

李华,王思明,张金敏.单片机原理及应用[M].兰州:

兰州大学出版社,2001.

张金敏,董海棠,高博.单片机原理与应用系统设计[M].成都:

西南交通大学出版社,2010.杜树春.基于Proteus和Keilc51的单片机设计与仿真[M].北京:

电子工业出版社,2012.

附录

基于单片机的水塔水位控制系统程序如下，用汇编语言编写，实现单片机的自动运行控制。

ORG

0000H

LOOP：

ORL

P1,#03H

AJMP

LOOP

ORG

0100H

；为检查水位状态做准备

MOV

A,P1

JNB

ONE

；=0则转移

JB

TWO

；=1则转移

BACK：

LCALL

DELAY

；延时

AJMP

LOOP

ONE：

JNB

THREE

；=0转移

CLR

93H

；=0,启动报警装置

SETB

92H

；=1,停止电机工作

FOUR：

SJMP

FOUR

THREE：

CLR

92H

；启动电机

AJMP

BACK

TWO：

SETB

92H

；停止电机

AJMP

BACK

//延时子程序D10（延时10秒）//

//主程序//

ORG

8030H

；延时10秒

DELAY：

MOV

LOOP3:

MOVLOOP1：

MOVLOOP2：

DJNZ

DJNZ

DJNZ

R3,#19H

R1,#85H

R2,#0FAH

R2,LOOP2

R1,LOOP1

R3,LOOP3

RETEND