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基于单片机的水位控制系统设计.pdf
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单片机高塔水位控制系统
本课程设计要求:在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探
测三个水位,即低水位,正常水位,高水位。低水位时送给单片机一个高电平,
驱动水泵加水,红灯亮;正常范围的水位时,水泵加水,绿灯亮;高水位时,水
泵不加水,黄灯亮。
本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电控制
强电的技术。
技术参数和设计任务:
1、利用单片机 AT89C2051 实现对高塔进行水位的控制;
2、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示
系统的控制;
3、光报警显示系统电路,采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况
4、水泵加水电路由继电器进行控制;
5、分析工作原理,绘出系统结构原理图及流程图;
一、本课程设计系统概述
1、系统原理
当水位处于低水位的时候,传感器的低水位探测线没被+5V 的电源导通进入稳
压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平,送入单片机的 P1.0 口,另一
个稳压电路输出的高电平进入单片机的 P1.1 口单片机经过分析,在 P1.2 口输出
一低电平,驱动红灯亮,P1.5 出来一个信号使光电耦合器 GDOUHE 导通,这样继电
器闭合,使水泵加水;当水位处于正常范围内时,水泵加水,在 P1.3 引脚出来一
个低电平,使绿灯亮;当水位在高水位区时,传感器的两根探测线均被导通,均
被+5V 的电源导通,送入单片机,单片机经过分析,在P1.4 引脚出来一个低电平,
使黄灯亮,在 P1.5 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通,这样继电器不能闭
合,水泵不能加水;当三灯闪烁表示系统出现故障。
2、系统结构图
显示系统
电源电路
单片机
AT89C2051
稳压电路
水位检测
传感器
图 1 系统结构图
水泵加水
系统
水塔模型
水箱
采用单片机 AT89C2051 作为我们的控制芯片,主要工作过程是当高塔中的水在
低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平 ,然后单片机驱动水泵加水和显
示系统使红灯变亮 ;当水位在正常范围内时 ,水泵加水,绿灯亮,;当水位在高水位
时,单片机不能驱动水泵加水,黄灯亮。
3、控制方案说明
这个方案中使用了单片机处理,单片机技术是信息时代用于精密测量的一种
新技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不
会产生误判的情况,由于 AT89C2051 单片机有四端口,20 引脚能够非常方便地设计
显示系统。
4、系统组成及原理
本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显
示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。主电气原理图如下:
+5V
+5V
SW-PB
C3
+5V
10uF
R1
1K
1
2
3
4
5
Y1
6
12MHZ
C2
33pF
7
C1
8
33pF
9
10
U1
RST
(RXD)P3.0
(TXD)P3.1
XTAL2
XTAL1
(INT0)P3.2
(INT1)P3.3
VCC
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
20
19
18
D9
17
16
15
D8
14
13
12
11
+5V +5V
RED
R8
2K
R15
1K
GDOUHE
GREED
R14
1K
R9
1K
U3
R10
10K
R7
2K
D7
JUMP RELAY-SPDT
Q3
NPN
+5V +5V
YELLOW
D10
R16
1K
K1
1
2
3
CON3
(T0)P3.4P1.1(AIN1)
(T1)P3.5P1.0(AIN0)
GND
AT89C2051
P3.7
U4
07-02-01
C4
+5V
R6
1k
R6
100K
R5
1k
R4
2K
R11
2K
R13
100K
0.1uF
P1.0
D5
U2
+5V
6
7
2
3
U3A
5
R2
10K
14
MS1
MS2
MR1
MR2
CLK0
CLK1
7490
DIS
CVolt
G
N
D
D6 P1.1
DIODE
Q0
Q1
Q2
Q3
12
9
8
11
UIA
1
C3
2
0.01uF
R3
10k
R5
100
R12
100
+5V
K2
A
Y
B
7432
3
RESET
DIODE
Q4
NPN
Q5
NPN
Q4
NPN
6
TRIG
R
X
D
C
C
1
4
Q5
NPN
4
1
2
R1
10k R4
4.7k
3
THR
NE556
7
C2
P1.6
0.01uF
1
U1
7812
G
N
D
P1.1
U2
7805
G
N
D
1
2
3
R2
1K
R3
1K
CON3
C1
47uF
D2 D3
C4
1000uF
Vin Vout
3 1
Vin Vout
3
C7
0.01uF
C5
0.1uF
C6
0.1uF
2 2
J1
12V
5V
GND
1
2
3
CON3
V1
VSIN
D1 D4
工作原理:当水位处于低水位的时候,传感器的低水位探测线没被+5V 的电源
导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平,送入单片机的
P1.0 口,另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的 P1.1 口单片机经过分析,在
P1.2 口输出一低电平,驱动红灯亮,P1.5 出来一个信号使光电耦合器 GDOUHE 导
通,这样继电器闭合,使水泵加水;当水位处于正常范围内时,水泵加水,在 P1.3
引脚出来一个低电平,使绿灯亮;当水位在高水位区时,传感器的两根探测线均
被导通,均被+5V 的电源导通,送入单片机,单片机经过分析,在 P1.4 引脚出来
一个低电平,使黄灯亮,在 P1.5 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通,这样
继电器不能闭合,水泵不能加水;当三灯闪烁表示系统出现故障。
二、硬件设计
1、单片机最小系统电路设计
AT89C2051 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机,
片内含 2k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器( PEROM )和 128bytes 的随
机数据存储器( RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生
产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单
元,功能强大 at89c2051 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
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