单片机控制的水位控制

1、榆林学院本科毕业设计（论文）摘 要本文主要是为了更多的了解单片机，掌握单片机的组成和控制原理，最终达到设计出“单片机控制的水位控制系统”的目的。实验证明，单片机控制的水位控制系统硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，充分发挥了单片机的性能，可以大大提高单片机的开发的效率。本文主要设计一种基于单片机的水箱水位检测控制系统。该控制系统，是通过大量搜集、查阅资料，并认真学习后，经指导老师的引领而设计出来的。该系统能实现水位检测,电路故障检测、处理和报警等功能，实现超高警戒水位报警和处理1。本文还讲述了水位自动控制系统工作的基本原理，阐述了一种基于单片机的通用水位控制系统的基本组成，介绍了电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和C语言在单片机中的程序。关键词：单片机,水位检测,控制系统,报警系统I榆林学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTThis paper is to learn more about SCM, and to understand its composition and control principle. Ultimately purpose is to desig

2、n a water level control system with microprocessor controlled. Experimental results show that the water level control system has simple hardware, improve software functionality and reliable control system. So the design plays the microcontroller fully, and it greatly improve the efficiency of the development of SCM. In this paper, I design a water tank , which level is detected based on single chip. The control system is designed after collecting and accessing a large number of information. It c

3、ant be finished without my careful study and instructors led. The system can achieve the water level detection, electrical fault detection, handling and alarm function. It also can achieve high water level alarm and alert handling. This article describes the basic working principles of the water level control system. It elaborates the elements of a common water level control system which base of microcontroller. After all it introduced circuit interface schematic, given the appropriate software

4、design flow chart and the C language program in the microcontroller.Keywords: Microcontroller, Water level detection, Control system, Alarm System V 榆林学院本科毕业设计（论文）目 录摘要IABSTRACTIII1 绪论11.1 单片机的概念11.2 AT89C51系列单片机简介11.2.1 AT89C51单片机特点及性能11.2.2 本文所涉及管脚的说明21.2.3 单片机的功能31.3 水箱供水问题分析32 课题研究的方案42.1 水箱水位控制的模拟装置42.2 水位控制装置原理42.3 水泵的选择53 硬件电路设计73.1 水位控制系统整体电路设计73.2 水位检测接口电路83.3 控制输出电路83.4 报警接口电路94 系统软件设计104.1 系统程序流程104.2 程序设计115 结论12参考文献13致谢15榆林学院本科毕业设计（论文）1 绪论随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，很多生活中的水位控制也由手动控制转

5、变为自动控制。单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果，同时，掌握用C语言单片机编程很重要，这可以大大提高单片机的开发效率，它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。1.1 单片机的概念所谓单片机，就是把中央处理器CPU(Central Processing Unit)、存储器(Memory)、定时器、I/O(Input/Output)接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，单片机也被称为微控制器。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微型计算机系统的含义。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能。单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上，大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。因而在工业测控领域中，单片机系统是最理想的控制系统。所以单片机是典型的嵌入式系统，是嵌入式系统低端应用的最佳选择2。 1.2 AT89C51系列单片机简介本文中所设计的1000m3水箱水位的

6、控制系统中，主要由单片机AT89C51控制，下面介绍一下该单片机。1.2.1 AT89C51单片机特点及性能(1)与MCS-51兼容(2)4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环(3)数据保留时间：10年(4)全静态工作：0Hz-24Hz (5)128*8位内部RAM(6)32可编程I/O线(7)两个16位定时器/计数器(8)可编程串行通道(9)片内振荡器和时钟电路31.2.2 本文所涉及管脚的说明单片机AT89C51的实物图如图1-1：图1-1 AT89C51实物图图1-2为AT89C51的管脚图示，图1-2 管脚图示（1）VCC：供电电压。（2）GND：接地。（3）P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入。（4）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高点平时间。（5）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。（6）XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性： XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英振荡器和陶瓷振荡

7、器均可采用。1.2.3 单片机的功能 现在的单片机功能越来越强大，集成度越来越高，有很多曾经的外围器件都已经在内部集成。它的功能很多：比较器；模数、数模转换器；PWM；多种多样的接口；LCD驱动；存储器等等。单片机中数据以电平形式流入单片机经过程序处理加工后再流出以达到信息处理目的。主要功能就是通过算数运算（加、减、乘、除等）或逻辑预算（与、或、非等）外加逻辑分支以完成信息处理目的。此外为了“同时”完成多个信息处理任务，引入中断。单片机的输入信号是高低电平，高、低电平代表逻辑的两个态，正逻辑下高为1，低为0，输入引脚只有这两个态，输出引脚还可能出现高阻态。本文就是利用电压信号控制输入、输出端口高低电平来实现电机的控制，从而控制水位的4。由于单片机极高的可靠性，微型性和智能性，单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中,单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可见到单片机的身影。因此，单片

8、机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 掌握用C语言单片机编程，可以大大提高开发的效率。1.3 水箱供水问题分析水箱供水的主要问题是箱内水位应始终保持在一定范围，避免“空箱”、“溢箱”现象发生。目前，控制水箱水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行的水位控制法：就是使水箱内水位保持恒定，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，应采用电压信号控制水位。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公司的单片机为核心器件的水箱水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、电路机故障检测、处理和报警等功能，并制作电路板进行模拟控制，以验证该控制系统的可行性。 2 课题研究的方案2.1 水箱水位控制的模拟装置水箱水位控制的模拟装置如图2-1所示，这也就是水位的检测输入电路。水箱长、宽、高均为10m,即水箱为：10m*10m*10m，采用了三相电机的水泵进行供水。此装置原理简单，易学易懂。A（水底）、B（距水底1.5m）、C（距水底9m）分别表示在水中不同位置安装的三根金属棒，A

9、接有+5V的电源。利用自然水中杂质离子的导电性，当水接触到金属棒时，就形成回路，那么b、c 端就会带电，若带电，则其所接芯片端口为高电平，不带电则相反，用高低电平信号控制电动机运作。 图 2-1 水箱水位控制原理图2.2 水位控制装置原理图2-1 中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水箱内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水位变化的情况。其中，A棒为在水箱接近底部的地方，B棒在下限水位（水到下限水位时，也应能够保证正常供水水流量），C棒在上限水位，水箱由电动机带动水泵供水，单片机控制电动机转动。当水位低于B(即距水底1.5m)时，A、B和A、C均不能形成回路，P1.0、P1.1均为低电平，P1.2也为低电平，经反向器变为高电平，电机启动给水箱供水。如图2-2,水泵即将启动给水箱供水。 图2-2 水泵开始供水水位图示随着供水，水箱水位不断上升，当水位处于上、下限位之间时,B棒和A棒导通，而C棒不能与A棒导通，则b端为“1”（高电平）状态，而c端为“0”（低电平）状态。此时，不论电动机带动水泵给水箱注水，使水位上升，还是电动机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态。当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用，使B、C棒均与 +5V 连通。因此b、c两端的电压都为+5 V即为“1”状态此时应停止电动机和水泵工作，不再向水箱注水。 如果，b端为“0”状态，c端为“1”

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