综合应用开发实验报告

1、综合应用开发实验报告题目：水塔水位控制班级姓名学号指导教师用MCS-51单片机构成的水塔水位控制摘要：设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机 故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。 介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软 件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。 关键词：仿真，控制系统，水位检测，单片机。0引言水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢 塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制 实现自动运行，

2、使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程 中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电 压，测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以Atmel 公司的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、电机故障检测、处理和报警等功能，并在Pmteus软件环境下实 际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。1设计说明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

3、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。（1）完成单片机硬件的设计，包括：CPU、存储器（外扩ROM、RAM）、 输入/输出接口（外扩并行I/O 口）以及总线连接部分（附控制电路原理图）；（2）完成控制软件的设计（附控制软件清单）；2系统硬件设计2.1水塔水位控制原理单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下 限位置。在正常情况下，水位应控制在上下限的范围之内。为此，在水塔内的不 同高度处，安装固定不变的2个浮子开关A、B，用以反映水位变化的情况。其 中，A开关在上限水位，B棒在上、下限水位之间，不能超过下限水位（底端靠 近水池底部，不

4、能过低，要保证有足够大的流水量）。水塔由电机带动水泵供水， 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，由 于水的浮力作用，使浮子开关A,B均断开。因此b、c两端的电压都为+5 V即为 “1”状态.此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限 之间时，B开关断开和A开关闭合，b端为“1 ”状态，c端为“0”状态。此时电机 带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续 维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，A,B开关都断开，b、c均为“0” 状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。Fl. 1P1.0H T V+5V水塔

5、水位浮子开关控制原理图2.2硬件设计2.2.1.电路设计水塔水位控制系统主要由CPU(AT89C51)、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，下图为系统硬件电 路。PDUftDO PD.mDi PD2MD2 PD3MD3 PEL 烟 D* PDJ5MD5 PDJ&MDBPD.TDTP皿阳 P2.19P22M1D P23W11 P2.412 P2SW13 P2jafflU P2.7mi5P3Uff!XD P3.1AXD P3-2rirrm P?.3iNTT pn.f-ra P3J5/T1P3jatAJR_ P3.T/RD-DDD1D2D3DiD5Db

6、DTA1DA11CEO&iiPP2732图2水塔水位控制系统结构框图2.2.2.选用的设备有：浮子开关，单片机8031芯片，锁存器74LS373, 2732, 电动机，7406, 74LS04,发光二极管，二极管1N914,电容5p和20p，晶振电容， 直流电源，电阻，导线若干。2.2.3 .水位检测接口电路为了便于实现水位检测功能，用一个两位的浮子开关A,B模拟b、c端的状 态（1、0），正电极接+5 V电源，每个负电极分别通过4.7 k的电阻（尺1，R2）接地。 将单片机的P1.0端口接开关1，P1.1端口接开关2。假设被水淹没的负电极都为 高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平

7、，开关此时置为0。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时，检测信号为高，低电平（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l和2都置1），单片 机检测到P1.0和P1.1为高电平后，立即停机。2.2.4报警接口电路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、低于警戒 界水位时，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。单片机P1.3端口为启动 电机命令输出端口，P1.3为低电平，经过非门和驱动器7406后与电机的另一端 接地导通，启动电机工作；P1.3=l为高电平，反之，电机停止工

8、作。电机故障报 警由单片机控制，电机故障报警信号由P1.3输入.当P1.3为高电平时报警。水 位超过高警戒水位，单片机控制系统使电机停止转动，向水塔内供水工作也停止。2.2.5 .存储器扩展接口电路为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器， 用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P0. 0P0. 7通过复 用方式分别接锁存器74LS373的DOD7和存储器2732的D0D7端，地址锁 存信号线ALE接锁存器的OE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输， 锁存器的输出端OQ0O7与存储器地址线A0A7相连，剩余的3根地址线 A8A11接P2. 0P2.

9、 2.单片机选通引脚接存储器OE端，因只扩展一片存 储器，片选端CE接地。3软件设计3.1设计思路描述；当水塔水位处于上、下限之间时，P1. 0=1，P1. 1=0，此时无论电机是在带 动水泵给水塔供水使水位不断上升.还是电机没有工作使水位不断下降，都应继 续维持原有工作状态；当水位低于下限时，P1. 0=0，P1. 1=0，此时启动电机 转动，带动水泵给水塔供水。水位检测信号与输出控制操作关系如表1所列，P1.1 (A)P1.0 (B)运行状态00电机运转01维持电机运行状态11电机停转10故障报警3.2设计程序流程图:3.3主程序（并带注释）ORG0000HAJMPLOOPORG0100H

10、LOOP:SETB93HORLP1,#03H；为检查水位状态做准备MOVA,P1JNBACC.0,ONE；P1.0=0则转移JBACC.1,TWO;P1.1=1则转移BACK:ACALL DELAY；调用延时AJMPLOOPONE:JNBACC.1,THREE；P1.1=0则转移CLR93H；P1.30，启动报警装置SETB92H；P1.21，停止电机工作AJMPLOOPTHREE:CLR92H；启动电机AJMPBACKTWO:SETB92H；停止电机工作AJMP BACK延时子程序（延时10s）DELAY:ORG8030HMOVR3,#19HLOOP3:MOVR1,#85HLOOP1:MOV

11、R2,#0FAHLOOP2:DJNZR2,LOOP2DJNZR1,LOOP1DJNZR3,LOOP3RETEND4结论四种不同状态的仿真示意图如下：当A,B两开关都闭合，即水位未到达开关B时，电机运转，如下图所示:U1U4:A LTO -=TE-XTAL1XVA12RST8DC31PDHADOPD.mDiPD2MD2PD3MD3PDJ5MD5PDJ5MD6PD.TDTP皿阳 P2.1 相 P22ffl1Q P23W11 P2.3M2 P2Sffl13 P2JEWU P2.TJW15P3Eff!XD P3.1/TXD P32flNTO P31NT1P3.如P3J5/T1P3J&(P3.TJED1

12、1i 15 16 -17当A开关闭合，B开关断开，即水位在上限和B开关之间时，电机的运转正 常，维持原状。如图所示：当A,B两开关都断开即水位超过了上限时，电机由于惯性慢慢减速，直到停转。如下图所示:U1XTAL1PDHDDPD.1.-AD1PDJ2.AD2PD.3AD3PD.tADlPDSADbPD.GADbPELfflSP22.ft10PSENALEEAP2.5.A13P2.WftUP2.T.rt15P1DP3H，R）：DP1.1P3.1/D：DP12P3R1NTUP1IP16PHJ6WVR8DC31 -=TE：mU3当A开关断开，B开关闭合即系统出现了故障，电机停转，发光二极管报警。 如

13、下图所示:CRYSTAL*XTAL1PD11MDDP0.1.WD1PD2MD2XTALZPEimD*PD.&MD5PEJ.&HDEPWU明P2.1.-WSP2J2A1DPSENP23W11ALEP2.lA12EAP2.&AUPW 了浏 SP1DP3HRXDP13P33flrrnP14P3.P15PH.&T1PUSP3J&VURP1.TP3.TJRD 56695.124- 1S3162-191-K本系统就是充分利用了 80C31和2732芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51 系列单片机Intel8031和可编程并行I/O接口芯片2732为中心器件来设计水塔水 位控制系统，实现了能根据水位的高

14、低通过8031芯片的P1 口设置电动机的抽水 和报警工作功能；通过二极管的发光来报警。通过两个开关来模拟水位的控制， 二极管有驱动系统来驱动发光。总结:随着考试的到来，课程设计也接近了尾声。经过几天的奋战我的课程设计终 于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这一学年来所学单片机知 识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计 不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次 课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前 老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高于低。通过这次课程设计， 我才明白学习是一个

15、长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习， 努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有 什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这 里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较 多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。 此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会 了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是 真的学会了。在此要感谢我的指导老师张蕊萍对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在 设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验等方式，使自己学到了 不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东 西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后 的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会 到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但 是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大