课程设计-单片机水塔水位控制[1].doc

### 课程设计——单片机水塔水位控制系统解析 #### 一、系统整体设计概述 本课程设计项目旨在利用单片机技术实现水塔水位的自动化控制。随着计算机技术、电子技术以及自动控制技术的飞速发展，智能化检测系统在各个领域的应用日益广泛。在这样的背景下，设计一种能够自动监测水塔水位并根据水位变化自动调节的控制系统具有重要意义。 #### 二、整体设计方案 设计方案的核心是基于80C51单片机的控制系统，该系统能够实现水位监测、显示、控制及故障报警等功能。考虑到单片机I/O口资源有限，特别是在P0口之外其他可用引脚数量较少的情况下，采用了8255A作为外设扩展芯片，以满足更多的输入输出需求。 - **8255A的使用**：通过8255A的PC口接收来自水位传感器的信号，PA口则用于连接LED数码管显示实时水位。 - **水位监测与控制**：系统通过定时（例如每秒一次）检测水位变化，当水位低于预设的下限时，通过PC口输入信号至单片机，进而控制水泵启动补水；当水位达到上限时，则控制水泵停止运行。 - **故障报警与水质检测**：除了基本的水位控制功能外，还设计了故障报警机制。一旦系统检测到故障，通过PC口向单片机发送信号，触发P1.5与P1.7口的报警指示灯亮起。此外，水质检测功能也是该系统的一个亮点，一旦水质出现问题，也会通过相应的报警指示灯提醒用户。 #### 三、设计系统方框图与工作原理 1. **工作原理**： - 利用水的导电性原理，通过安装在水塔上的传感器监测水位变化。 - 传感器将水位信息转换为电信号，传送给单片机进行处理。 - 单片机根据接收到的数据控制水泵启停，并通过LED数码管显示当前水位。 - 在出现故障或水质问题时，系统会通过发光二极管报警，并暂停系统工作。 2. **系统结构框图**： - 主控制器：80C51单片机 - 外设扩展：8255A - 输入设备：水位传感器、水质传感器 - 输出设备：LED数码管、报警指示灯、水泵 #### 四、硬件设计及说明 1. **硬件设计说明**： - 使用80C51单片机作为主控制器，负责接收外部信号并执行相应的控制逻辑。 - 8255A用于扩展单片机的I/O口，以便接入更多外围设备。 - 水位传感器安装在水塔内，实时监测水位变化。 - LED数码管用于显示水位值，发光二极管用于故障报警。 - 水泵用于控制水位。 2. **水位控制硬件设计**： - 水位传感器安装在水塔底部的不同高度，以检测水位变化。 - 传感器将模拟信号转换为数字信号，通过8255A的PC口传送给单片机。 - 单片机根据水位数据控制水泵的工作状态，以维持水位在设定范围内。 3. **故障及水质监测硬件设计**： - 除了水位传感器外，还配备了水质传感器，用于监测水质状况。 - 当系统检测到故障或水质异常时，通过8255A向单片机发送信号，触发报警机制。 - 报警机制通过点亮特定的发光二极管来提示用户。 4. **水位显示硬件设计原理图**： - LED数码管通过8255A的PA口连接到单片机，用于显示实时水位。 - 设计了延时子程序，确保数码管显示稳定可靠。 #### 五、软件设计与说明 1. **软件设计**： - 系统软件主要运行在80C51单片机上，包括主循环、中断服务程序以及一系列子程序。 - 主循环负责轮询水位传感器的状态，并根据需要控制水泵工作。 - 中断服务程序用于处理紧急情况，如故障报警。 - 子程序包括水位检测、显示控制、报警处理等。 2. **软件设计流程图**： - 流程图详细描述了系统从启动到正常运行再到关闭的整个过程。 - 包括初始化、主循环、中断处理等关键步骤。 #### 六、调试步骤、使用说明 - **调试步骤**：首先进行硬件测试，确认各部件工作正常；然后进行软件调试，逐步验证各功能模块是否按预期工作。 - **使用说明**：系统通电后自动进入监控模式，用户可以通过外部接口调整水位设定值。当水位超出设定范围时，系统自动启动或停止水泵进行调节。出现故障或水质问题时，系统会发出报警提示，并自动停止运行。 #### 七、设计总结 本课程设计通过综合运用单片机技术、传感器技术、自动控制技术等多种技术手段，成功实现了水塔水位的自动化控制。不仅提高了水塔管理的效率，还有效避免了人为因素导致的错误，具有很高的实用价值。此外，该项目的设计也为后续类似项目的开发提供了宝贵的经验和技术支持。