单片机课程设计报告水塔水位控制系统解析

1、北京理工大，学珠海，学院UHAI CAMPU SneEIJIbG INSTITUTE OF TECHM DLOGY机械与车辆学院单片机课程设计报告（2012-2013学年第一学期）课程设计题目：水塔水位控制系统姓名：学号：210404021045班级：00机械电子工程33班指导老师:chenlaoshi时间：2013年1月14日一2013年1月25日成绩：北京理工大擘珠海擘院尸 ZHUHAI GAMPV SrBEI JIH& IHSTITUTG OF TECHN OL<OGY目录1、 课程设计性质和目的 22、 课程设计的内容及要求 2三、课程设计的进度及安排3四、设计所需设备及

2、材料3五、设计思路及原理分析4六、流程图及程序编写5七、调试运行8八、结果及分析9九、心得体会10十、参考文献10H一、致谢11十二、附录.11-1 -一、课程设计性质和目的这次课程设计水塔水位控制是继这学期我们学习的 单片机原理与接口 技术课程与实验结束后的一门综合性实践课， 让学生初步尝试把理论与实践结 合，培养了学生的实践能力。水塔水位控制设计需要紧密结合所学的知识， 在参阅相关资料中，可以加深、巩固所学知识，同时也拓宽了知识面，有一定的 深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过电路设计、安装、调试等 一系列环节的实施，提高学生的单片机应用系统的设计能力。二、课程设计的内容及要求

3、1、硬件设计(1)用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中 P2.0接水位下限传感器， P2.1接水位上限传感器，P2.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制 水泵工作，P2.3输出经反相器后接LED当出现故障时LED闪烁；P2.4输出经 反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。(2)用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中 A电级置于水位10CM 处，接5Vfe源的正极，B级置于水位15CMt,经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0 口, C电级置于水位的20CMt,经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1 口。(3)设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、 光电耦

4、合器和继电器控制，计算出LED艮流电阻，接好继电器的续流二极管。 2、软件设计(1)根据功能要求画出控制程序流程图。(2)根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序3、功能要求：(1)水塔水位下降至下限水位时，启动水泵，水塔水位上升至上限水位则关闭 水泵。(2)水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。(3)供水系统出现故障时，自动报警。北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥三、课程设计的进度及安排厅P项目时间1布置课程设计任务、讲授焊接基本知识1天2水塔水位控制总体方案设计、仿真器

5、使用1天3硬件设计和制作1天4硬件制作和调试1天5Protel99的使用1天6软件设计和软件调试1天7综合调试1天8整体调试1天9检测验收、写课程设计报告1天10答辩1天表1课程设计的进及安排表四、设计所需设备及材料元件名继电器SRD-12VDC-SL-C光电藕合器原理图工作原理线圈通电产生磁场，吸 附开关，使常闭端打 开，闭合与常开端；4n25PNP三极管输入的电信号驱动发 光二极管，使之发出一 定波长的光，被光探测 器接收而产生光电流， 再经过进一步的放大 输出，实现电一光一电 的转化PNP三极管用作开关， 当基极电位低于发射 极电位是三极管导通个数-3 -9015c电阻 220单向导通，

6、保护继电电阻 4.7k电阻 1k表2设计所需设备及材料表五、设计思路及原理分析水塔水位控制原理图见图1,图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V, B C接地。图1水塔水位检测原理图在水塔无水或水位低于下限水位时，B C为断开，B C两点电位为零（低电平“0”），需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升 到B点，B接通，B点电位变为高电平“ 1”，C开关仍断开，C点仍为低电平， 维持现状水泵继续供水。当水位上升到 C点时，C接通。这时B C均接通，B、 C两点都为高电平，表示水

7、塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平， 电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低 ，水泵供水。如图2:用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中 P1.0接水位下限传 感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通 继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出经反相器后接LED当出现故障时 LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。 其中A电极置于水

8、位10cm处, 接5V电源的正极；B电极置于水位15cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.0 口； C电极置于水位20cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.1 口。北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥图2水塔水位控制硬件图两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表 3 所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是 应该考虑到，并作为一种故障状态。表3水塔水位信号状态表C(P1.1)B(P1.0)操作00电机运转01维持原状1

9、0故障报警11电机停转六、流程图及程序编写单片机控制程序：#include <reg52.h>把P2.0定义为b;代表B传感器；把P2.1定义为c；代表C传感器；把P2.2定义为d;代表电机控制端；把p2.3定义为led;代表警报灯；把P2.4定义为fly;代表蜂鸣器；void delay() 延时函数；延时 1sunsigned char i;for (i=0;i<20;i+)TH1=15536/256;TL1=15536%256;TR1=1;while(!TF1);TF1=0;void main()设置工作方式T1;给P2 口赋初值；if(c=0) LC_传感器为低电平，

10、电机控制端赋低电平；d=0;if(c=1) C传感器为高电平，报错，报警灯和蜂鸣器工作;led=0;fly=0;-# -北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H & PHSTITUTE OF TECHN OLOG¥if(b=1&&c=1) B,C 传感器同时为高电平时，电机控制端为高电平，电机停转，报警灯,蜂鸣器不工作;d=1;led=1;fly=1;delay()；以T41xTM?RSTRBh ME EAPQiX*JM FO1M&I PO2MD2 PO3£*t3PUEWG FO7MJ71 JLJTr - JJ-J

11、bPZJtVAfi P2.1JIM M.MiO 理 F2.WA.12 P2.SW.13： 同加A1W P27W5F3.CURXD P3.1JTTKD 户汽研'FiflrraPM5H1甲前亘的了丽"注：未运行的界面;proteus仿真图ci 即血皿 地i*ia PU2M2 PU3WD3 POflWD* R0 5MD5 池出电甫 IR0 7JMD7P2.0M P2.1MF2.2J1D F2.3VX11 H4JIA12 P2.SAA13 K.6IA14 P2 7.IA1E口*3.34 5 £ 7 IPIKmmllplE 龙至孟卫：|中附口 P3 iffMpP33frJTQ

12、P3 3#JT1F3 5/T1P3EAWPSTfiCrAT 的俗？.sTFMT*注：B,C同时为低电平，电机正常工作!图5 proteus仿真图七、调试运行1、软件测试：运用Protul软件进行仿真检验。在元件库中找到所需要的元器件，把它们按 照原理图的构想依次连接起来，反复检查线路会不会出错。待画完图，就可以开 始仿真电路图了。给单片机导入预先编程好的程序 ”.hex”文件，点击仿真。仿真图可以运行， 但是电机在B,C都为低电平的情况下没有运转。说明电路有部分地方短路或者断 路了，观察仿真图中的电位情况也许可以找到问题的所在。 经过多次的检查发现， 各点的电位并没有像想象中的那样有什么不妥。

13、现在就要搞清楚仿真中的元器件的所有主要参数是否和实际的参数相符合。 查看资料，对于继电器，它本身的线圈电阻是在400欧左右，在查看仿真中的元 器件的参数，不难发现原始数据和实际相差很大， 它给的是理想线圈，也就是没 有内阻。这样就如预期的那样找到电机不转的原因了。原始数据没有进行改变； 查找资料，得知光电耦合器的发光二极管的压降为 1.151.5v,最大电流为60mA, 电流传输比CTR为20%70%。通过已知的条件求出每条线路上所需要的电阻大 小。对各各元器件的初参数设置完毕，启动仿真，整体像想象中的那样正常工作！ 软件仿真结束，仿真图里的数值引用到实际电路的焊接中。2、硬件测试：焊接完整体

14、的板件，开始测试板子电路是否能够完成所需要的功能。应为 电路的原版是根据仿真电路出来的，所以不一定能够一次性就完成设计。对于板子上的元器件来说，有两个是特别容易烧掉的，PNP三极管和4N25光电耦合器。因为它们的工作电压较低和工作电流很小，所以要特别的注意。虽然已经给了足够的保护还是不能太掉以轻心要是烧了就没有其他器件可以 换了。首先，测试光电耦左边能否正常工作。把三极管的 B极接于低电平，给予 E极高电平，测试两管脚之间的电压降是多少。经测试三极管正常工作，可是 光电耦合器的1,2管脚的电压异常偏高。断去电源，用万用表的测试端测试1,2 管脚是否击穿，发现并没有完全短路，有可能是封装的时候没

15、有装好。其次，测试光电耦合器右端是否能正常工作。给继电器加上12v的电压，用导线短接光电耦合器的4,5号管脚，继电器能发出啪啪声，也就是说明光电 耦合器右端能够正常工作。再次，对整块板进行调试。给光电耦合器两边电路都通上电，给三极管的 B端输入一个低电平，继电器不工作。说明光电耦合器无法工作。应当更换光 电耦合器；换完光电耦合器后的检测。换完光电耦合器后进行整块板子的调试，给三 极管B极一个低电平继电器能够工作。插到单片机上给一个周期性的低电平， 继电器能够周期性的发出啪啪声，整体调试通过！八、结果及分析最后电动机正常工作，达到预期的效果图6焊接电路板正反面照片cGecw 一 eGoon* A

16、ttoon- * :*e<QIoI。oooooolol。o Qo Kooooaoooooo Jooooooo i 10080000m t Hoo?v 000003S 。一01。OOOOOQO0aoooQoe -«二口 0000 6OC>O九、心得体会这次课程设计，我学到的东西很多！可以说是先苦后甜，刚开始我先查阅了 各个零件的资料，查阅了很多相关的程序进行了进一步的学习， 整个过程就是从 前期的懵懂-到一知半解，这个过程是艰难苦闷的，靠自己的学习和请教，请教 了老师和同学终于在最后完成了这次课程设计。在设计过程也遇到问题，在电路设计完仿真出现了问题，改了很多次电机依然没动

17、，继续参阅程序，百度，思考 哪里可能有问题，后来对虚拟器件进行参数设定后慢慢的一个一个的问题给解 决，电机动起来的时候，那是发自内心真正的快乐！ 一切变得都是值得的！解决了仿真，开始了板子焊接，认认真真的焊接，经过几个小时的奋斗结束 了焊接，高兴了不过几分钟，因为硬件的调试没有成功！用万能表查时候短路， 虚焊还是一直找不出原因。不甘郁闷了很久，没办法麻烦同学帮忙看看，在同学的帮助下终于查出是一处接错了， 借了电烙铁回到宿舍继续焊接，修正了 其他一些错误。这次课程设计终于圆满结束了！这次课程设计通过查找资料和实际的焊接解 决问题，把理论的知识和实际运用紧密的联系在一起， 让我们对元器件的各部分

18、功能及其运用有了更深入的了解， 锻炼了我们解决问题的能力，细心仔细，认真 才能避免很多错误，我想生活也是一样，对待事情都应该用全身心态度投入的态 度去做。十、参考文献1高玉良.电路与模拟电子技术M.北京：高等教育出版社，2011.10.2龙治红，谭本军.数字电子技术M.北京：北京理工大学出版社，2010.73王静霞.单片机应用技术M.北京：电子工业出版社，2009.54徐玮.C51单片机高效入门M.机械工业出版社，2006.5张永枫.单片机应用实训教程M.清华大学出版社，20086龙治红.数字电子技术M.北京理工大学出版社，2010.7-9 -北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV

19、 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥十一、致谢感谢chen老师在这两周来的尽心照顾， 感谢您的耐心指导和解答。同时也要 感谢给予我帮助的同学，尤其是哥在自己已经很忙的情况下， 还帮我查电路，解 答，能够完成这次设计没有他是不可能的，感谢哥！十二、附录将编程练习题，数字时钟设计的分析及完整程序附上，程序必须加上注释;将protel仿真练习题，protel原理图及仿真结果图附上，并进行相应的分析。1 .整流器TFX桥式整流器4220P50Z/z-# -要求原副边变比为 10JG=470/K = 3000按如图所示要求，建立protel仿真原理图，要

20、求仿真显示u1、同和心的波形,图8改变电容后的仿真图2.数字时钟内容要求：1 .用7段8位的LED数码管设计出一个数字时钟，要求显示分（2位）、秒（2 位）及十分之一秒即0.1秒（1位）。按下启动按钮启动数字时钟，按下停止按钮 暂停计时，当再次按下启动按钮时，从当前值继续计时，当按下复位按钮时，时 钟复位。2 .通过设定定时按键，对时钟的分钟进行设定，每按一次，分钟设定加1,开始时，LED灯D1处于熄灭状态，当启动计时后，计时到达设定时间，时钟复 位，且LED灯D1处于一直亮的状态。北京理工大擘珠海擘院ZHiU HA I GAMPV 5rBEMI H & INSTITUTE OF TE

21、CHN OL<OG¥PDJ1HDD miADl PQJHDZPOJAD3 PCI%D” 血IHAPDJ的 DE 如眄时P2DWFZWfiP23ftll 幅皿10P25ftO k MmP276 修EW，：D 内生g。F 1而H 93MTTFl5可P3Sff1_P36«R旧而finU1-0-bxnuiiT5DTALER9T咫一 n.iADi R32AK2 R31口 1cgM RMW MS防所PJ-LW 期珈tl P2W1 FZMLZ 利尔J MW 阳1A匕MAT2V-l V1WMttC殁n n _ u(JF5D*XD n vnn razwm F33WTInvritysfU

22、rU23Hin ran , ,H -n1 4+2期: n田1： T-*研,胆-Dt4ni8-8imguJ小咨一 .T.在protues软件中按图8-1,建好实验电路图。按要求编写程序图9数字时钟仿真图程序如下：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar shuzi=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/是数码管的段选，数组里边的分别表示：0123456789uchar weixuan=0xfe,0xfd,0xfb,

23、0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /-13 -B北京理工大擘珠海擘院L ZHUHA I GAMPV SrBEI JIHGp IHSTITUTG OF TECHN OL<OGY-15 -是数码管的位选sbit k1=P3A0;/启动sbit k2=P3A1；/复位sbit k3=P3A2;/停止sbit d1=P0A0;/LED灯uint i,second,minute,n,x,b,c,a,flag1,flag2;void delay(ucha门)；/延时函数void dingshi();/void delay5ms();/void shizhong();/停止，设定设定

24、的操作void main()TMOD=0x12;/TH1=(65536-50000)/256; /TL1=(65536-50000)%256; /TR1=0;/EA=1;/ET1=1;EX1=1;/IT1=1;/方式P2=0x00;/ P2P1=0xff;/while(1)shizhong();shizhong();用于定时分钟函数定时5MS1于按键的消抖时钟控制函数，包括对时钟的启动，复位,定时器1工作方式1和定时器0工作方式2定时时间为50MS设初值开定时器1开总中断/开定时器T1允许位开放外部中断0允许位置外部中断为边沿（下降沿4）触发口为段选P1 口为位选void shizhong()

25、; / 显示数字时钟北京理工大擘珠海擘院ZHIU HA I GAMPV 5rBEMI H INSTITUTE OF TECHN OL<OG¥void dingshiqing1() interrupt 3/ 用定时器 1 中断号为 3TH1=(65536-50000)/256; / 定时时间为 50MSTL1=(65536-50000)%256; i+;/if(i=2)/100mSiiJ,即 0.1 秒，即 0.1 秒加 1i=0;n+;if(n=10)/1000ms到，即1秒，秒加1,后n要清零n=0;second+;if(second=60) /60秒到，即分钟加1,后秒要清

26、零second=0;minute+;if(minute=60)/ 60分钟到，分钟要清零minute=0;void weidu1() interrupt 2/外部中断 1unsigned int z;flag1=1; /b=second;c=n;a+;if(a=60)a=0;for(z=0;z<40;z+) dingshi();void delay(ucha门)unsigned char j,k;for(k=0;k<i;k+)for(j=0;j<255;j+);void shizhong()P1=weixuan6;P2=smg_dun;/显示时钟的0.1秒位delay(2);P1=weixuan5;P2=0x40;/ "-"delay(2);P1=weixuan3;P2=smg_dusecond/10; /显示时钟的秒的十位delay(2);P1=weixuan4;P2=smg_dusecond%10; /显示时钟的秒的个位delay(2);-19 -P1=weixuan2;P2=0x40;delay(2);P1=weixuan0;P2=shuziminute/10; / delay(2);P1=wei