单片机控制系统毕业论文.doc

摘 要大型水箱是很多火力发电厂生产过程中必不可少的部件，而水箱的控制性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行手动操作控制的，这样工作方式给操作人员带来了很多的不便，不仅增强了劳动强度，而且操作员稍有疏忽，可能给生产带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全。所以，对水箱的控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以降低生产人员的劳动强度，最大限度的避免发生事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。 本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以80C51单片机为核心控制水箱的水位，并实现了报警和手动、自动切换功能。关键词：单片机 水位 控制 报警目录一、水箱水位自动控制系统的意义4二、80C51单片机的说明41、80C51单片机介绍42、单片机引脚及其功能说明4三、80C51单片机水箱控制系统原理6（一）水箱给水设备及流程介绍6（二） 水箱水位控制系统设计介绍71、80C51单片机水箱控制系统工作原理介绍72、 80C51单片机输入输出设计7（三） 80C51单片机实现系统功能说明81、74LS373芯片功能说明82、EPROM M2764A芯片功能说明93、系统结构示意图9四、80C51单片机水箱控制系统程序设计10（一）程序概要设计10（二） 系统程序原理101、主程序原理以及流程框图102、自动模式子程序原理以及流程框图113、手动模式子程序原理框图以及流程框图12参考文献15一、水箱水位自动控制系统的意义火力发电厂的工作过程主要是利用煤的燃烧产生的热能，将水加热到一定参数的过热蒸汽并通过推动汽轮机组转动的转化为机械能，最后通过汽轮机组带动发电机组做功，将机械能转化成电能的的过程。因此，大型水箱是火力发电厂生产过程中必不可少的部件。水箱的控制性能和工作质量的优良与否不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。所以，对水箱的控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以降低生产人员的劳动强度，最大限度的避免发生事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。 目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。二、80C51单片机的说明1、80C51单片机介绍80C51是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。它具有对8位信息进行加、减、乘、除四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。在执行指令时，从程序存储器中取来经译码器译码后，根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号，送到存储器、运算器或Io接口电路，完成指令功能。2、单片机引脚及其功能说明80C51单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能：电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：接+5V电源正端；Vss（20脚）：接+5V电源正端；外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。控制信号或与其它电源复用引脚有：RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式（1）RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。（2）ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低（3）PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。（4）EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口：(1).P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。 (2).P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。 (3).P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。(4).P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。80C51结构图如图1下： 图1 80C51结构图三、80C51单片机水箱控制系统原理（一）水箱给水设备及流程介绍水箱给水设备主要由大型水箱、两台电动给水泵、三只浮球式液位开关（其中LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低）和一台电动阀门组成，其原理流程图结构如图2：电动给水泵M2电动给水泵M1电动阀门图2 水箱水位控制流程图从流程图2 可以看出，电动阀门是根据生产的用水需要自动调整开度，为了保证生产用水的流量，要求水箱的水位不能低于50%的水箱水位，因此，当水位高（水箱水位大于90%）时，LG液位开关闭合，并停止所有电动给水泵的运行，当水位低（水箱水位小于75%）时，LD液位开关闭合，启动电动给水泵1，当水位低低（水箱水位小于小于50%）时，LDD液位开关闭合，两台给水泵同时运行，以保证水箱水位不会太低。 为保证生产现场的用水可靠，水箱的水位一般控制在70%水位到90%水位之间。电动给水泵电机主控回路如图3所示：图3 水泵电机控制电路原理图（二） 水箱水位控制系统设计介绍1、80C51单片机水箱控制系统工作原理介绍当水箱水位低（75%液位开关闭合）时，启动电动给水泵M1进行上水，当水箱水位上升到90%时，自动停止电动给水泵M1；当水箱水位低低（小于50%）时，启动电动给水泵M2；当水位上升到50%以上70%以下时，停M2，M1继续运行到水位上升到90%以上才停止工作 报警设置如下：当水位高于90%的时候，由浮球式液位开关LG信号闭合，系统发出水位高报警。当水位低于70%的时候，由浮球式液位开关LD信号闭合，系统发出水位低报警。当水位低与50%的时候，由浮球式液位开关LDD信号闭合，系统发出水位低低报警。手动/自动模式转换控制如下：自动控制方式时，单片机根据传感器送来的信号判断水箱水位的高低，控制两台电动给水泵的工作状态手动控制方式时，两台电动给水的工作状态由人工根据现场的工况进行操作。2、 80C51单片机输入输出设计本水箱水位控制系统采用80C51单片机的P1口和P3口作为输入检测信号和输出控制信号作为核心控制单元，引脚具体分配如下：P1.0：水位低低信号输入端。（水位低时为“0”，水位高时为“1” ）P1.1：水位低信号输入端。（水位低时为“0”，水位高时为“1” ）P1.2：水位高信号输入端。（水位低时为“1”，水位高时为“0” ）P1.3：手动与自动转换信号输入端。（手动“1”，自动“0”）P1.4：电动给水泵M1起动时断路器KM1控制端的接收信号。（手动“1”，自动“0”）P1.5：电动给水泵M2起动时断路器KM2控制端的接收信号。（手动“1”，自动“0”）P1.6：电动给水泵M1开关状态输入信号。（启动“0”，停止“1”）P1.7：电动给水泵M2开关状态输入信号。（启动“0”，停止“1”）P3.0：水位低低报警输出信号。P3.1：水位低报警输出信号。P3.2：水位高报警输出信号。P3.4：手动启动电动给水泵M1的输入信号，低电平有效。P3.5：手动启动电动给水泵M2的输入信号，低电平有效。P3.6：手动停电动给水泵M1的输入信号，低电平有效。P3.7：手动停电动给水泵M2的输入信号，低电平有效。（三） 80C51单片机实现系统功能说明 1、74LS373芯片功能说明 74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器，其结构如图4所示。 图4 74LS373结构示意图 引脚功能介绍：D0D7为8个输入端；Q0Q7为8个输出端；G为数据锁存控制端；当G为“1”时，锁存器输出端同输入端；当G由“1”变“0”时，数据输入锁存器中。OE为输出允许端；当OE为“0”时，三态门打开；当OE为“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。2、EPROM M2764A芯片功能说明EPROM M2764A芯片是8K*8字节的紫外线擦出、可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为75mA，维持为35mA,读出时间最大为180nS,封装为28引脚的双列直插式封装。如图5所示： 图5 EPROM M2764A结构示意图各引脚含义为：A0-A12为13根地址线，可寻址8K字节； D0-D7 为数据输出线； 为片选线； 为数据输出通线； 为编程脉冲输入端； Vpp是编程电源； Vcc 是供电电源； Vss 是接地端。正常工作(只读)时，Vpp=Vcc=+5V，/PGM=+5V。编程时，Vpp=+12.5V（高压）, 端和端为低电位。3、系统结构示意图四、80C51单片机水箱控制系统程序设计（一）程序概要设计 本系统程序开发，使用的语言给汇编语言。程序实现当水位处于LH(高)、LD(低)或LDD(低低)时，报警信号输出，判断泵水方式(自动或手动)。当水位到达规定容量时，停止泵水。在次程序中，低电平为有效(即0为有效),高电平为无效(即1为无效)。（二） 系统程序原理1、主程序原理以及流程框图主程序要实现的是，对数据的初始化，并且判断用户是使用自动模式还是手动模式，根据用户的具体需求：若用户选择自动模式，则程序调用自动化子程序；若用户选择手动模式，则程序调用手动子程序。主程序原理框图如下图6 开始初始化自动？转自动转手动图6 主程序原理框图2、自动模式子程序原理以及流程框图 自动模式子程序运行的前置条件是，系统开始运行，并且用户选择使用自动化控制模式。 自动模式子程序首先判断水位是否高LG，若水位高于指标，则运行“水位高报警”程序，并返回主程序。若水位不高，则判断水位是否低LD，若水位低，则试运行“水位低报警”程序。然后判断水位是否低低LDD：若水位没有达到LDD的指标，则试判断“M1是否开启”，若没有开启，则开启M1;若“M1开启”则判断“M2是否开启”，若“M2开启”，则程序运行“停止M2”程序；若“M2没有开启”，则试程序运行“延迟1分钟”， 一分钟后程序“返回主程序”。若水位达到水位LDD的指标，则运行“水位低低报警”，然后程序判断“M1是否开启”，若“M1未开启”则运行“M1开启”程序；若“M1开启”则程序判断“M2是否开启”，若“M2未开启”则运行“M2开启”程序，若“M2开启”，则运行“延迟一分钟”，一分钟后程序“返回主程序”。 自动模式子程序原理框图如图7：开始水位高？水位低？M2是否开M2是否开水位低低?水位低报警开M1水位低低报警开M2水位高报警返回主程序M1是否开开M1M1是否开延迟1分钟NYNYesYesNnoNo停M2Y YN YYNo返回主程序 图7 自动模式子程序原理框图3、手动模式子程序原理框图以及流程框图手动模式子程序运行的前置条件是，系统开始运行，并且用户选择使用自手动控制模式。手动模式子程序中判断语句的条件是依据用户的具体操作。 手动模式子程序首先判断“水位是否LG” ，若水位LG达到指标，则程序返回主程序；若水位LG未达到指标，则程序运行“判断有无键合”：若“判断没有键合”则子程序进行循环；若“判断键合”，则程序判断“M1是否键合”。若用户操作“M1键合”，则程序运行“判断M1是否开启”：若“M1开启”则子程序进行循环；若“判断M1未开启”，则程序运行“开启M1”。若用户操作“M1不键合”，则程序判断“M2是否键合”：若用户操作“M2键合”，则程序运行“判断M2是否开启”；若“M2开启”则子程序进行循环；若“判断M2未开启”，则程序运行“开启M2”。若程序判断用户均未进行“M1、M2键合”，则程序要判断“是否停止M1键合”：若用户操作“M1停止键合”，则程序判断“M1是否停止”；若“M1停止”，则子程序循环；若“M1没有停止”，则程序运行“停止M1”。若用户不操作