毕业设计（论文）基于at89c51单片机的恒压供水系统控制器的设计

III恒压供水系统控制器的设计摘 要 随着我国经济的快速发展，高层建筑越来越多，这为高层建筑的供水提出了挑战，传统的通过水塔、气压增压等供水方式不仅设备投资大，占地面积大，维修困难，水压不稳定，使得难以满足高层建筑的需要。恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。 本设计以单片机AT89C51做为控制核心并协调整个系统的工作，通过压力传感器检测当前水的压力，压力传感器输出的是05V的模拟量，要经过A/D转换成为数字量再送入单片机AT89C51进行处理，通过单片机的处理在LED数码管上显示当前的压力值。按键用来设定想要控制的压力值，单片机在内部通过比较设定的压力和当前压力，当前压力小于设定压力时就会闭合电磁开关，开启电机装置，并开始报警。高于设定压力时断开开关电机停止转动。压力和设定值在时时检测，达到控制目的。关键词：恒压供水,传感器,单片机The Controller Design of Constant Pressure Water Supply System ABSTRACTWith China's rapid economic development, more and more high-rise buildings, which the water supply for the high-rise buildings posed a challenge to the traditional through the towers, air pressure and other pressurized water supply not only the equipment investment, covers an area of major maintenance problems, water pressure instability, makes it difficult to meet the needs of high-rise buildings. Constant pressure water supply system has the water supply security, energy conservation, save steel, saving land, saving investment, adjustment capacity, the advantages of stable and reliable, and has broad prospects and significant economic and social benefits. So some of the water area with constant water supply system, with great economic and social significance.AT89C51 microcontroller as the control design and coordinate the core of the work of the entire system, through the pressure sensor detecting the current water pressure, the pressure sensor output is 0 5V analog, to go through the A / D converted into digital and then sent to microcontroller AT89C51 processed, handled by the microcontroller on the LED digital display the current pressure value. Button to set the desired control pressure, the microcontroller setting the internal pressure and by comparing the current pressure, current pressure is less than the set pressure will be closed when the electromagnetic switch, open the electrical device, and start the alarm. Above the set pressure switch off the motor stops rotating. Constant pressure and set the value in the detection, to control purposes.KEY WORDS: constant pressure water supply, sensor, microcontroller目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 课题背景和意义11.2 本课题研究内容与主要工作11.3 本课题的研究预期成果22 总体系统设计33 硬件设计53.1 压力传感器53.1.1 传感器的基本概念53.1.2 传感器的分类63.1.3 传感器选用原则63.2 单片机控制系统83.3 模/数转换器和ADC0809结构113.3.1 模/数转换器的转换原理及主要技术指标113.3.2 简单介绍ADC0809结构123.3.3 单片机与ADC0809的接口设计133.4 关于74HC595的介绍143.5 电磁开关电路及原理153.5.1 光电隔离器的原理163.5.2 电磁继电器的原理163.6 数码管LED显示电路设计173.7 按键电路设计183.8 声光报警电路设计194 软件设计方案204.1 软件总体设计204.2 转换程序214.3 串进并出程序224.4 按键控制程序设计234.5 数码管LED显示程序设计265 硬件电路仿真结果295.1 压力仿真295.1.1 压力显示仿真295.1.2 压力设定值仿真295.2 报警电路仿真305.3 压力控制仿真316 总结33致 谢34参 考 文 献35附录 系统总原理图36附录 系统源程序3737恒压供水系统控制器的设计1 前言 课题背景和意义随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。尤其高层建筑越来越多，这为高层建筑的供水提出了挑战。传统高层供水通常是采用固定在建筑上的供水塔或楼顶高位水箱，以来自水局部加压的形式供水，但由于其造价高且影响建筑物结构强度及抗震性，已逐渐被发展起来气压供水所取代，这种气压供水虽然可以取代任何高度的水塔或楼顶高位水箱，水质亦不易污染，占地面积亦小，然而它亦存在着极明显的弱点，首先，气压供水设备笨重，且主要部件气压罐是采用电容器，其生产工艺复杂，钢材耗用量大，投资成本高；其次，由于气压罐的调节容积较小，水泵启动频繁，这既影响了其电控装置中的电磁元件和水泵电机的寿命，同时大的供水泵电机功率又耗电和干扰电网，气压供水压力变动较大，直接影响水管网、阀、水表等使用寿命。过去经常出现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供大于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。而传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命，后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质量的安全与可靠性。而恒压供水系统的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。第一方面：在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表显示：中国的单位国民经济总产值所消耗的电视美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右，若推广新型电机调速技术，可节约大量电资源，由于在我国一方面水电供应紧张，而另一方面，水电的浪费又十分惊人，节电节水，不仅潜力巨大，而且意义深。第二方面：恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时供水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏，又如发生火灾时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。而且恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。 本课题研究内容与主要工作本设计以单片机为核心，通过出水管道上的压力传感器将水流量转化成标准的模拟信号，通过 A/D转化后送入单片机，一方面通过LED显示当前供水压力，另外一方面通过键盘把压力设定值输入并通过LED显示设定值，最后当前供水压力与压力设定值进行比较、判断，输出判断结果并送给电磁开关和声光报警电路。整个电路要经过五部分的设计来完成：（a）A/D转换部分设计 （b）LED数码管显示当前压力部分设计（c）按键电路部分设计（d）LED数码管显示设定值部分设计（e）控制电路和报警电路部分设计 从系统需要和研究内容可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解各部分功能原理。查阅元器件资料，掌握器件工作原理和硬件实现方法。利用电脑仿真，对设计的电路进行模拟检测。 本课题的研究预期成果设计出恒压供水系统控制器，编写出稳定简洁的程序，调试成功，并在PROTEUS上进行仿真达到预期的目的，完成设计任务。2 总体系统设计总体设计之前，根据该系统所要达到的功能，选择适当的元器件和合适的芯片来设计系统，了解各器件的原理和功能。恒压供水系统控制器的设计，就要有压力采集器件，根据相关参数范围选择了模拟压力传感器，采集到的数据为模拟量，模拟量不能直接进入单片机进行处理，把采集到的压力信号变成二进制数字量才能送入单片机，这就要通过A/D转换，A/D转换的器件根据相关参数范围选择了ADC0809，把模拟量转换成数字量，数字量直接送入单片机处理，通过LED数码管把要显示的当前压力显示出来。ADC0809转换芯片，它是一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成，多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完得数据。显示所测量的结果要用到LED数码管，用LED数码管来显示结果比较清楚，防水和磨损，是比较好的显示方式。要实现恒压稳定控制，就需要设定水压的标准量，是和当前水的压力进行比较的，看当前水的压力有没有大于或者小于标准的压力，然后加以控制，要设置给定的压力就要有输入装置，采用简单的按键作为输入是很简便的，不会带来复杂的问题。控制装置要采用电磁开关控制，这样就不用人为