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基于单片机的水位检测与控制系统-精品-毕业论文.doc
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基于单片机的水位检测与控制系统-精品-毕业论文.doc
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电子信息工程实验教学中心
《综合课程设计》设计报告
设计题目
基于单片机的水位检测与控制系统
年级
专业
学 号
姓 名
成 绩
2012
电子信
息工程
评语:
完成日期:2015/6/30
目 录
摘要.............................................................................................................................1
1 绪论.......................................................................................................................2
1.1 项目研究背景及意义........................................2
1.2 课题现状 2
2 总体设计方案及论证...........................................................................................3
2.1 总体方案设计............................................................................................3
3 硬件实现及单元电路设计...................................................................................4
3.1 设计原理....................................................................................................4
3.2 设计方案....................................................................................................5
3.3 传感器模块................................................................................................5
3.3.1 传感器的选择.................................................................................5
3.4 系统工作原理............................................................................................6
3.5 水位显示电路............................................................................................7
3.6 外部晶振时钟电路的设计 ..................................................................12
3.7 时钟电路的设计......................................................................................13
3.8 自动报警电路..........................................................................................13
3.9 中央处理器模块......................................................................................14
3.10 继电器控制模块......................................................................................14
3.11 水位检测系统仿真图 14
4 软件设计.............................................................................................................15
4.1 主程序工作流程图..................................................................................15
5 总结 .....................................................................................................................15
6 参考文献 .............................................................................................................15
附 录 .........................................................................................................................16
附件 1:原理图 ........................................................................................................16
附件 2:仿真图 ........................................................................................................16
附件 3:元件清单 ....................................................................................................17
附件 4:程序............................................................................................................18
0
摘要
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,各种方便与生活的自
动控制系统开始进入了我们的生活,单片机作为微型计算机发展的一个重要分支,具有
高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势,以其为核心的自动控制系统赢得了
广泛的应用。
该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制,在此水塔水位控制系统中,检测
信号来自插入水中的 4 个金属棒,以感知水位变化情况。工作正常情况下,应保持水位
在某一范围内,当水位变化发生故障的时候,及时关断电机电源,发出声、光报警信号。
其目的在于对单片机技术的应用,由单片机实现自动运行,使水塔内水位始终保持在一
定范围,以保证连续正常地供水。该课程设计给出以 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,并在 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。
关键词:水位传感器 STC89C51
1
1. 绪论
1.1 项目研究背景及意义
在工农业生产中,常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展,液位测量技
术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体(液氧、液氮、液氩、
液化天然气及液体二氧化碳等)得到广泛的应用,作为贮存低温液体的容器要保证能承
受其载荷;在发电厂、炼钢厂中,保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气
器水位、高、低压加热器水位等,是设备安全运行的保证;在教学与科学研究中,也经
常碰到需要进行液位控制的实验装置。
本设计是利用 STC89C52 单片机设计一种水位控制系统。主要是基于单片机的硬件
设计以及程序设计, 包括测量电路部分、液位实时数显输出部分以及液位控制部分,还
在此基础上添加蜂鸣器。本设计只是概念性设计了电路部分,并不涉及具体的数值设定,
经过了实际应用检测。
该系统实现了水位监测,水位控制,水位显示,故障报警功能。在设计中主要采用
了传感技术、单片机技术、弱电控制强电技术、C 语言编程等技术。本文还讲述了水位
控制系统工作的基本原理,介绍了电路接口原理图,给出了相应了设计流程图和 C 语言
程序。
本文主要是为了更多得了解单片机,掌握单片机的组成部分和控制原理,最终达到
设计出“单片机水位控制系统的”的目的。实验证明,单片机控制的水位控制系统的硬
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,可以大大的提
高单片机的开发效率。
1.2 课题现状
目前,市面上进行液位测量的仪表种类繁多,但是同时具有测量、监控、数据记录
及处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中,数据的测量这一基本功能已不
能满足现代工业的要求,往往需要对大批数据进行记录,对其进行后期处理分析,实现
差错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据,得到可靠的分
析资料,往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中,如江河湖海、城
市用水等方面,大量数据长时间,多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化
分析,有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的
中央处理器 CPU 随即存储器 RAM,只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器、
计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
2
中央处理器 CPU 是单片微型计算机指挥、执行中心,由它读程序并执行指令。CPU
功能,是以不同方式来执行各种指令。有的指令涉及到各个寄存器之间的关系;有的指
令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系;有的则与外部器件发生关系。总的来
说 CPU 是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。
2. 总体设计方案及论证
2.1 总体方案设计
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。
设计要求:⑴利用单片机及扬声器、水位传感器等器件设计;⑵将探测到的水位变
化信号转换为电压信号,经调理电路整形处理为 TTL 电平送入单片机;⑶单片机对送入
的信号进行数据处理,在 LED 上进行水位显示,超出水位警戒线时发出报警提示。
原始数据:水位传感器;51 单片机;蜂鸣器。
主要任务:⑴根据技术要求和现有开发环境,分析设计题目;⑵设计系统实现的方
案;⑶设计并绘制电路原理图;⑷画出功能模块的程序流程图;⑸使用 C 语言编写实现
程序;⑹结合硬件调试、修改并完善程序;⑺编写项目报告。
对于本设计单片机结构简单实用性强,功能齐全,技术先进,使实现这设计不难实
现。同时,C 语言是单片机的重要“组成”,如果能掌握好 C 语言编程,这将很大程度
上提高了开发效率。
在设计过程中我们采用了软硬件双结合的方式,软件设计的方法简化了硬件的要求,
为设计创造了条件。单片机采用的 STC89C51 的单片机。
(图 1-1 系统整体方案)
STC89C51
单
片
机
模
块
复位电路
蜂鸣器
继电器控制端
单位数码管显示
状态指示灯
晶振电路
水位传感器模块
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