单片机水位检测

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 1\o"CurrentDocument"2设计方案及原理 1\o"CurrentDocument"设计原理 1\o"CurrentDocument"设计方案 2\o"CurrentDocument"3硬件设计 2\o"CurrentDocument"时钟电路和手动复位电路 3\o"CurrentDocument"水位检测接口电路、故障报警电路 3\o"CurrentDocument"存储器扩展接口电路 4\o"CurrentDocument"4软件设计 4\o"CurrentDocument"程序流程图 4\o"CurrentDocument"运行结果 5\o"CurrentDocument"5总结 7\o"CurrentDocument"6参考文献 7\o"CurrentDocument"7附录 71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。图1水塔水位控制原理图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，B、C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。 ”嘲m rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒丝欣《图2硬件原理图用其蟠rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒丝欣《图2硬件原理图用其蟠&nlwP2S3JD时:汹IftLwiiP2*3M3一号手F4寻一.“FH漕玉图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（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。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，则为低电平，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。中娱4KH的外郃河口所P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g1P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g14F£.7■但帕FO.Dg口口FO.1/SD1Fti.2/AD2FO.3gD，FO.4/ftD4.FO.OZADCFCi.O/ftDOFO.7/AD7ElS3上T公二匚_LZ.■:CE□E/VFPDDDDDDDDFS.1/TM- 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OE接地。74LS373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。

图6图6水塔水位控制程序流程图运行结果根据硬件原理图，在Proteus环境下做出水塔水位控制的仿真图，并在Proteus和Keilc的联合调试下，进行模拟仿真，仿真结果如图7—10所示。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。

PjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami♦nsrtTW打EPjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami♦nsrtTW打E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。图9电机停转其中，和为高电平，即水位处于11态，也为高电平，电机运行的指示灯不亮;为高电平，报警指示灯不亮，蜂鸣器不响。图10故障声光报警，电机运行的指示其中，为高电平，为低电平，即水位处于10态，为高电平灯不亮；为低电平，报警指示灯亮，蜂鸣器响。，电机运行的指示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]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.⑵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.[3]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,2012.7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。〃主程序〃ORG0000HLOOP：ORLP1,#03HAJMPLOOPORG0100H；为检查水位状态做准备MOVA,P1JNB,ONE；=0则转移JB,TWO；=1则转移BACK：LCALLDELAY；延时AJMPLOOPONE：JNB,THREE；=0转移CLR93H；=0,启动报警装置SETB92H；=1,停止电