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简易高塔水位控制系统
本科毕业论文（设计）
题目:
简易高塔水位控制系统
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指导教师：
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完成日期：
2013年05月18日
简易高塔水位控制系统
摘要：
本文就生活中常见的高塔存水不方便的问题，设计了一个简易水位控制系统。
该系统以单片机为主要控制芯片，并搭配水位传感器电路，稳压电路，单片机AT89C52，电机开关电路，LED灯示警电路和电机，组成了简单可行的一个水位控制系统，解决了生活中的一些问题。
在文中，详细介绍了水位控制系统的工作原理，并阐述了它的基本组成和软硬件设计方法，最后，对该系统做出评价和讨论。
关键词：
单片机，水位，控制
目录
1、绪论-1-
2、水位控制系统的基本功能及原理-2-
2.1、基本功能-2-
2.2、简易水位控制系统原理-2-
2.2.1、水位检测传感器电路-3-
2.2.2、稳压电路-3-
2.2.3、单片机AT89C52-5-
2.2.4、LED示警电路-5-
2.2.6、设计原理图-7-
2.3、系统软件总体方案-7-
2.4、系统程序流程图-8-
2.5、系统汇编程序-9-
3、系统仿真-10-
3.1、程序编译和加载-10-
3.2、系统仿真-10-
4、结束语-15-
参考文献-16-
1、绪论
所谓的单片机，就是把中央处理器CPU,存储器，定时器，I/O接口电路等一些计算机的一些主要功能部件集中在一块集成电路芯片上的微型计算机。
虽然说，单片机仅仅是一块电路芯片，但是，从组成上，我们不难看出，它具有了微型计算机的含义。
只要我们对单片机有些许的了解，我们就能发现，单片机把繁杂的微型计算机各个部件集成在了一块芯片上，不仅仅只是体积上的缩小，更重要的是它大大缩短了系统内信号的传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度，这样就使这一块不是很大的芯片可以完成许多以前不可想象的工作。
单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小，速度快，价格低廉，低功耗的特点使它在应用领域日益广泛。
大学四年如白驹过隙，匆匆流逝，在毕业的时候，我们要写毕业论文。
当我拿上论文范围时，我眼前一亮，我要用我所学的知识来造福我们老百姓自己。
经过我的调查，我发现现在随着新中国的发展，自来水用户通入千家万户了。
每家每户在方便用水的同时，也有一个比较麻烦的问题——蓄水。
是啊，这个“随叫随到”的自来水当自来水公司或别的什么原因出现问题时，我们如何用水？
如何保证生活？
高塔存水！
高塔存水是指在楼房顶层安置一个能存储大量生活用水的高塔，平时保证上面有水，当停水时，就可以救急了。
然而，这个也是有所不足，由于是人工加水，人们看不见水位，导致了加水时看不见水位而加多了溢出水塔，或是人们在不知不觉中用完水了却不知道，急用水时却没有水了，十分不便。
这时，我就想起了单片机，用单片机制作一个简易的水位控制系统，既简单可行的解决了日常生活中这个比较严重的问题，又可以让我大学四年所学知识付诸实践。
这样两全其美的事情，我何乐而不为？
所以，经过与指导老师讨论研究以后，我决定把简易水位控制系统作为我这次毕业设计的课题，并在指导老师的指导帮助下完成了本次毕业设计。
2、水位控制系统的基本功能及原理
2.1、基本功能
本设计是采用AT89C52单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水位控制系统。
我首先设计了一个水位探测传感器电路，在用水位探测传感器测液位的同时,为了防止水导电等一系列的影响因素影响高低电平，用一个稳压电路为AT89C52单片机提供稳定的高低电平。
当稳定的高低电平经过单片机时，单片机就会控制LED各个灯的亮灭以及电机的开关。
从而达到水位控制的目的。
设计中水位检测电路探测到低水位以后稳压电路会给单片机一个高电平，此时，单片机会及时给灯光示警电路传送一个低水位的信号，使其亮起代表低水位的红灯，同时，给电机开关电路一个电机加水的信号此时，电机加水；当加到一半的水时灯光示警电路黄灯亮，电机继续加水；当加到高水位时，单片机给灯光示警电路一个高水位的信号，使其亮起绿灯，电机停止加水。
当出现三灯同时亮起闪烁警示的情况时，表示出现故障，电机将会停止工作。
2.2、简易水位控制系统原理
本设计的简易水位控制系统的系统原理图。
如图1所示。
图1水位控制系统系统原理图
它由水位检测传感器电路，稳压电路，单片机AT89C52，电机开关电路，LED灯示警电路和电机组成。
水位检测传感电路负责检测水的多少，稳压电路负责给单片机提供稳定的电压，经过单片机的控制后，电机开关电路将会打开或关闭电机，此时并有LED示警电路的示警灯告知控制人。
各个部分相互协调，缺一不可，完成水位控制的工作。
2.2.1、水位检测传感器电路
单片机的水位检测传感器电路原理如图2所示：
图2水位检测传感器电路
图中有ABC三点并且AC两点上画有虚线，这个代表了此传感器电路的三个水位——低水位、中水位、高水位，这个用来指导电机的加水。
ABC三个位固定不变的三根到小金属棒。
当处于低水位时，传感电路会给单片机一个高电平，此时电机加水，由于水是导电的，单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升．当水位上升到上限水位时，B棒和C棒之间有5V的电压。
2.2.2、稳压电路
由于加水时水的震动或是水中杂质等的各种原因，水位检测传感电路传给单片机的将会是不平稳的电压，这个时候，增加个稳压电路可以保证由水位检测电路传过来的电平平稳，从而不会影响到单片机的判断。
这个稳压电路主要是由两个三极管和一个二极管以及一些电阻组成。
表1给出稳压系统功能表。
表1稳压系统功能表
SW0
SW1
P1.0
P1.1
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
电机状态
LED状态
低水位
断开
断开
0
0
0
0
1
1
运转
红灯亮
中水位
导通
断开
1
0
0
1
0
1
运转
黄灯亮
高水位
导通
导通
1
1
1
1
1
0
停止
绿灯亮
故障
断开
导通
0
1
1
0
0
0
停止
全部亮
我们所设计的稳压电路如图3所示
图3稳压电路图
设计的这个稳压电路目的是从水位传感器电路传来的电平能够平稳的输入到单片机中，其工作过程是把传来的电平输入给R1，如果输入是高电平则R3，D1，Q1,Q2导通，把低于1.4V的低电平送给单片机；如果是低电平，则R3，D1，Q1，Q2不能导通而是R2导通，把高于1.4V的高电平送给单片机。
2.2.3、单片机AT89C52
（a）AT89C52引脚图（b）AT89C52封装图
图4
图4给出了AT89C52的（a）引脚图与（b）封装图。
89C52基本组成
（1）一个8位89C52中央处理器CPU。
（2）存储器：
单片机的存储器有两种基本结构：
一种是普林斯顿结构；另一种是哈佛结构。
目前的单片机以哈佛结构为多，有程序存储器（RAM）和数据存储器（ROM）。
（3）并行I/O口：
用于并行输入/输出数据，包括P0口、P1口、P2口、P3口（共32线）。
（4）串行I/O口：
包括1个全双工串行I/O口，可以实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。
（5）定时器/计数器：
包括2个16位定时器/计数器，用于对外部事件的计数或定时
（6）定时电路及元件
89C52CPU（8位）
（1）中央处理器（CPU）是微机的核心部件,由运算器、控制器和工作寄存器及时序电路等部件组成。
◆运算器—主要用来实现对操作数的算术逻辑运算和位操作。
主要包括算数逻辑运算单元ALU、累加器ACC（A）、暂存寄存器、B寄存器、程序状态标志寄存器PSW以及码运算修正电路等。
◆控制器—识别和处理程序指令根据指令性质控制计算机各组成部件
行工作的部件它与运算器一起构成中央处理器，并协调各逻辑部件按一定时序工作。
程序计数器PC：
PC（ProgramCounter）是中央控制器中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。
（2）CPU执行程序的简要过程：
1）PC给出当前指令的存储地址。
2）CPU到存储器取指令，PC自动加1
3）指令译码器对指令译码，CPU执行指令。
4）CPU到存储器取指令，PC=PC+1。
5）CPU执行下一条指令，…
指令寄存器
程序存储器
地址程序代码
PC=0000H指令代码1
PC=0001H指令代码2
PC=0002H指令代码3
…
N指令代码n
注释：
PC是一个16位的计数器，故而可对64KB的程序存储器直接寻址。
用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
2.2.4、LED示警电路
本文所设计的LED示警电路如图5所示。
它是一个共阳极电路，由三只发光二极管和三只电阻组成。
当单片机给示警电路一个低电平时，发光二极管点亮，其中R14，R15，R16起限流作用三个发光二极管从上到下依次是红黄绿。
图5LED示警电路图
2.2.5、电机开关电路
本文所设计的电机开关电路如图6所示。
它是一个光电耦合电路，它由继电器，光电耦合器，水泵及若干电阻组成，当单片机给2口一个高电平信号时通过光电耦合器导致继电器闭合，从而让220V交流电流通过使电机加水。
图6电机开关电路图
2.2.6、设计原理图
根据系统原理图以及各部分的功能图，我们设计出了该水位控制系统的设计方案和硬件设计，并给出设计原理图，如图7所示。
图7设计原理图
2.3、系统软件总体方案
本系统主要是由START，RESTART，LOOP1，LOOP2，LOOP3构成的，另外他有一个DELAY0.5S的延时子程序，START初始化P1.0和P1.1，RESTART则初始化整个程序。
RESTART，LOOP1，LOOP2，LOOP3分别比较P1.0和p1.1，当他们相同时，单片机顺序执行P3.0，P3.1，P3.2，P3.3的输出值，用以控制电机工作和警示灯的亮灭，随后用了延时程序的语句用以延时等待信号的输入，随后等待长跳转语句等待RESTART初始化模块，当他们不同时跳转。
2.4、系统程序流程图
这是一个简易水位控制系统，各个电路在单片机的控制下，有条不紊的工作着。
当系统工作开时，单片机会初始化；在电路的控制下，当P1口得到#00H信号时，说明是低水位，红灯亮，单片机将命令电机抽水，完了延时五秒，重新扫描；当P1口得到#01H时，是中水位，黄灯亮，电机将继续抽水，完了延时五秒，重新扫描；当信号是#03H时，说明到达了高水位，电机将停止抽水完了延时五秒，重新扫描；当得到#02H时，说明遇见故障，三个灯将会都亮起来完了延时五秒，重新扫描。
重新扫描
2.5、系统汇编程序
ORG0000H
START:
SETBP1.0
SETBP1.1
RESTART:
MOVA,P1
ANLA,#00000011B
CJNEA,#00H,LOOP1在低水位之下，开启电动机，亮红灯
SETBP3.2
SETBP3.3
CLRP3.0
CLRP3.1
LCALLDELAY
LJMPRESTART
LOOP1:
CJNEA,#01H,LOOP2；当超过低水位，并且未达到高水位时，保持电动机转动，亮绿灯
SETBP3.2
SETBP3.1
CLRP3.0
CLRP3.3
LCALLDELAY
LJMPRESTART
LOOP2:
CJNEA,#02H,LOOP3;系统故障（达到高水位，却没达到低水位）红，黄，绿灯均闪烁
SETBP3.0
CLRP3.3
CLRP3.2
CLRP3.1
LCALLDELAY
SETBP3.3
SETBP3.2
SETBP3.1
LCALLDELAY
LJMPRESTART
LOOP3:
CJNEA,#03H,RESTART；当达到高水位时，停止电动机，亮黄灯
SETBP3.1
SETBP3.0
SETBP3.3
CLRP3.2
LCALLDELAY
LJMPRESTART
DELAY:
MOVR0,#250
DELAY3:
MOVR1,#200
DELAY2:
MOVR2,#5
DELAY1:
DJNZR2,DELAY1
DJNZR1,DELAY2
DJNZR0,DELAY3
RET
END
3、系统仿真
3.1、程序编译和加载
利用keilC51软件编译源程序，在菜单上选择output—createhex，生成目标代码文件。
将编译调试成功的源程序生成可供单片机加载的HEX文件加载到芯片中，设单片机的晶振频率为12MHZ。
3.2、系统仿真
利用multisim，实现电路仿真。
下图为稳压电路仿真图，用模拟信号发生器代替输入信号，输出信号直接在示波器显示。
图8给出输入信号为方波时的仿真图。
图8
从图8可以看出，当输入不稳定信号时，稳压电路可以很好的完成所设计的任务。
图9为LED示警电路仿真图，用模拟信号发生器代替输入信号，等为仿真结果。
（a）
（b）
（c）
图9
如图9所示，当给LED灯高电平时，LED2能发出红灯（a），LED3能发出绿灯（b），LED1能发出黄灯（c）。
图10给出为低水位状态仿真图
图10
图11为正常水位时仿真图
图11
图12为出现故障时仿真图
图12
从图12可以看出，当出现故障时，警示灯三个全部亮起来，电机将停止工作。
3、系统仿真结果分析
在multisim环境下,运行水位控制系统以及的各个部分，我们发现，当水位处于较低水位区时,红灯亮,单片机带动电机运动电机加水；随着水位上升,电机仍处于运行状态,绿灯亮，当水位到达高位时,黄灯亮,水泵会停止运行。
随着水位不断下降,此时,水泵处于停止状态,当水位到达低位时,水泵起动,然后重复以上过程。
上述仿真表明了，本设计达到了预期的设计目标，实现水位自动控制。
4、结束语
经过我一个多月的学习并制作，我学习到了许多以前不会的东西，并懂得了许多以前不太会的知识，这个，让我受益匪浅，并对我以后的学习和工作有着很重要的作用。
在这一个月里，我又重新认真学习了单片机，电路，multisim等知识，既复习了以前学过的知识，又掌握了新的知识，并练习了动手动脑能力。
在制作简易水位控制系统中，我有成功，有失败，有汗水，有喜悦，但最重要的不是我在其中学到了什么知识，而是我学会了如何去收集信息，懂得了干什么事都要大胆假设，小心论证。
所以说，我学到的不仅仅是知识，更重要的是做人的道理。
总之，这次的毕业设计让我收获颇丰，同时也让我发现了我自身的不足。
我将用我这次毕业设计中所发现的哲理，去缔造我自己美好的明天。
参考文献
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四川科学技术出版社,1986.
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机械工业出版社,2006.
SimpleWaterLevelControlSystem
Abstract:
Inthispaper,thecommontowerwaterinconvenientoflife'sproblems,asimplewaterlevelcontrolsystemisdesigned.Withsingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,thesystemwithwaterlevelsensorcircuit,voltageregulatorcircuit,singlechipmicrocomputerAT89C52,motorswitchingcircuit,LEDlamp,warningcircuitandthemotorismadeupofasimpleandfeasibleawaterlevelcontrolsystem,andsolvedsomeproblemsintheirlives.Inthispaper,introducedtheworkingprincipleofwaterlevelcontrolsystem,andexpoundsitsbasiccompositionandthehardwareandsoftwaredesignmethod,finally,makeevaluationanddiscussiontothissystem.
Keywords:
Singlechip，Waterlevel，control
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