基于单片机水位控制系统设计.pdf_基于单片机的水位控制资源-CSDN文库

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一、设计思路

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1.设计的思路和采取的技术方案

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1.1 设计的思路

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1.2 采取的技术方案

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2.工具设备要求和技术规范

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2.1 工具设备要求

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2.2 技术规范

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二、设计过程与说明

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1.设计过程

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1.1 设计前期调研

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1.2 设计方案

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1.3 设计要求

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1.4 水位控制系统硬件电路设计

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1.5 基于单片机水位控制系统设计软件设计

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2.设计过程中碰到的问题与解决措施

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2.1 碰到的问题

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2.2 解决措施

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三、设计成果简介

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1.作品特点

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1.1 技术指标

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1.2 性能特点

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1.3 创新之处

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2.归纳总结

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3.设计成果

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3.1 总原理图

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3.2 单片机水位控制系统 PCB 图

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3.3 单片机水位控制系统仿真图

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3.4 测试文件

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3.5 实物图

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3.6 运行测试图

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3.7 程序代码

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五、参考文献

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一、设计思路

1.设计的思路和采取的技术方案

1.1 设计的思路

本设计从功能上可以分为检测模块、主控模块、显示报警模块三个模块。其中检测模

块包括水位传感器和键盘模块；主控模块为 51 系列单片机处理器；显示报警模块为 LED

显示模块、LED 状态指示灯和蜂鸣器三部分。设计给出以 STC89C51 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 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。

1.2 采取的技术方案

实现方法：本设计主要通过借阅文献提供思路，图书馆借阅技术元件的资料和相关手册

查询。以经济实惠、设计巧妙、思路清晰为设计目标，从控制电路设计入手，通过电路原理

分析与设计，C 语言编程、C 语言程序分析调试，硬件设计，原理图绘制，PCB 制图，组装

与调试，故障检修与排除，程序烧录与修改等技术方式完成本次设计。

步骤：查阅资料，分析水位测量与控制的流程，了解其结构原理，撰写任务书。组装硬

件研究制作控制系统的原理与设计方式，编写 I/O 分配表，再根据 I/O 分配表设计硬件系统、

软件程序设计，熟悉使用 kell 编程工具，掌握中断、定时、串口等编程。选择材料，检查

元器件的完整性，组装和焊接硬件电路。对软硬件进行调试，分析并解决故障。

2.工具设备要求和技术规范

2.1 工具设备要求

（1）用 Protel99 SE 绘制电路原理图；

（2）Keil uVision5；

（3）稳压电源；

（4）数字万用表

2.2 技术规范

（1）GB/T 51198-2017 电子产品工艺设计规范；

（2）GB/T 50951-1985 电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法；

（3）GB/T 4728 电子产品调试与检测标准；

（4）GB/T 12856-1991 程序设计语言；

二、设计过程与说明

1.设计过程

1.1 设计前期调研

在生产领域中,实现水位自动检测和控制是工业过程控制的一项关键技术对于提高工业

过程控制的自动化水平有着重要的意义。在生活领域中，供水方式过去一般是通过人工来实

现控制，容易造成对水资源的浪费，所以现在人们越来越关注水资源的问题。目前水位控

制系统是受到广泛应用的供水系统，水位控制可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路

控制、机电控制、传感器控制等，但传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、不能实现连

续控制和跟踪水位的特点水位测量在日常生活和工业领域有着广泛的应用,比如江河湖泊,

地下水,水电站等都需要进行水位监测,以此来了解水位的工作情况以方便工作。水位监测系

统目前在国里外都有广泛的应用。水位检测就是水位数据的采集、存储、传输、处理等技术

的集成。

1.2 设计方案

本设计是利用 STC89C51 单片机设计一个水位控制系统。它主要基于单片机的硬件设计

和程序设计，包括测量电路部分、水位实时数显输出部分和水位控制部分，另外还增加了蜂

鸣器报警功能。

本设计中最重要的模块之一是水位传感器，因为该模块的精度直接决定了水位控制的精

度。如果传感器选择不可靠，可能会导致 LED 数码管显示的值不是杯中真实的水位值；可能

导致误报；错误注水或错误排水等。

检测水位高度的方法也有很多，比如①超声波；②电容式传感器；③红外传感器；④利

用水的导通性直接感应电流的“开”或“关”来判断水位是否达到相应的水位线。

方案①：使用超声波传感器，超声波具有不受测试深度和导通性影响的特点，但精度不

高，价格较贵；该产品在市场上竞争力偏低。

方案②：使用电容式传感器，比较容易实现本设计的要求，但要求水位变化缓慢，距离

要求有限制。

方案③：使用红外传感器，它利用水面和容器的反射达到测量效果。当有水时，由于水

面反射光的干扰，红外传感器无法接收到相应的信号，从而可以检测到水位。但是，这种传

感器也比较贵，安装也不时那么容易。

方案④：利用水的导电性,直接感应电流的"通"或"断"来判断水位是否到达了相应的水

位线。

故本着简化设计的简便，使用元器件的数量和成本考虑。本设计采用了方案④作为本设

计的传感器模块。通过水的导电性，在水位到与未到的差别形成鲜明的高低电平并利用单

片机强大的数据处理能力对收到的数据进行解码、判断，做出相应的显示处理、驱动继电器

打开或关闭相应的电子阀门。

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