电气工程及其自动化基于单片机的水位控制系统设计

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1、单片机原理及系统课程设计 评语： 考勤（10） 守纪（10） 过程（40） 设计报告（30） 答辩（10） 总成绩（100） 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气1002班 姓 名： 林荣青 学 号： 201009140 指导教师： 张蕊萍 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 3 月 15 日 基于单片机的水位控制系统设计 摘要：本设计是基于单片机的水位控制系统。该系统由AT

2、89C52单片机、电机开馆电路、LED灯示警电路、水位探测电路和稳压电路等部分组成,能够实现水位检测、电机故障检测、报警和处理，实现超高、中、低水位显示，高、低警戒水位处理等功能，并在Proteus软件环境下实现仿真。 关键字：SCM；AT89C52；水位检测；水位控制 Abstract: The design aim to realize water lever control what is based on the selected SCM. The system is made up of AT89C52,electric machine switching circuit, LE

3、D warning circuit, water level detection circuit and voltage stabilizing circuit.It can realize the water level detection, fault detection, alarm and hand functions, achieve high middle and low water level show, high and low warning level handle, and so on. The system is successful realization of th

4、e software simulation with Proteus. Key words: SCM, AT89C52, Water level detection, Water lever control 1 引言 目前，无论是城镇住宅小区还是农村家庭住宅的供水系统很多都还保留着人工操作的办法，即用完水了才知道需要抽水了，水满了没能及时发现并及时关断电源造成溢出，这很大程度上影响了人们日常的正常用水以及造成了水资源浪费。为了解决该问题，该方案着眼于设计水位控制系统，从而让水位始终保持在一定的范围内，保证连续正常地供水，避免无水可用和水满溢出的情况。这里给出了以Atmel公司的AT89C

5、52单片机为核心器件的水位检测控制系统设计，实现水位检测、电机故障检测、报警和处理等功能，并在Proteus软件环境下实现仿真。实验结果证明该系统具有良好的检测和控制水位、故障报警和处理的功能。 2 设计方案及原理 在该设计方案中设置了一个简易的水位探测传感器电路来探测水位,在探测到低水位后通过稳压电路给单片机一个高电平，单片机给灯光示警电路输出一个代表低水位的亮红灯的低电位信号，红灯亮，并给电机开关电路一个代表电机运行的低电位，电机运行加水；相应的，中水位时，黄灯亮，电机依然运行加水；高水位时，绿灯亮，电机停止运行；出现故障时，红黄绿三个灯同时闪烁警示并停止运行电机。 该系统由AT89

6、C52单片机、电机开关电路、LED灯示警电路、水位探测电路和稳压电路等部分组成。 系统组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 2.1 硬件设计 2.1.1 AT89C52单片机 该单片机本身拥有程序存储器和数据存储器，所以不需要扩展。工作中，管脚P1.0、P1.1作为低水位和高水位信号输入口，单片机通过循环检测这个端口的输入电平来执行相应的控制程序，输出不同的信号给P3.1、P3.2、P3.3来告知水位情况，即红、黄、绿三种颜色灯光分别表示水位在低、中、高水位状态。然后，根据不同的水位决定是否通过P3.0驱动电机加水还是停止加水。 2.1.2 电机开关电路 该开关电路以P

7、3.0口的输出电平作为是否驱动电机加水的信号来控制电磁式继电器的通断，从而控制电机的运行状态。当P3.0输出信号为高电平时，电磁式继电器断开，电机停止运行；当P3.0输出信号为低电平时，电磁式继电器导通，电机运转。 2.1.3 水位检测电路 该电路用两个开关SW0和SW1来模拟水位探测传感器状态。当水淹没水位探测传感器时，即意味着开关导通，此时开关电路给P1.0或P1.1的信号为高电平；当水没有淹没水位探测传感器时，意味着开关断开，此时开关电路给P1.0或P1.1的信号为低电平。 2.1.4 稳压电路 由于加水用水的过程中水的震动以及水中的杂质、水温、水位的高低都有可能影响到电压的稳定

8、性，因而添加了稳压电路来保证从传感器传送过来的电平能够稳定地输入到单片机中，其电路主要由三极管的两极放大稳定电路组成。 表1 系统功能表 对 象 水 位 SW0 SW1 P1.0 P1.1 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 电机状态 LED灯状态 低水位 断开 断开 0 0 0 0 1 1 运转 红灯亮 中水位 导通 断开 1 0 0 1 0 1 运转 黄灯亮 高水位 导通 导通 1 1 1 1 1 0 停止 绿灯亮 出现故障 断开 导通 0 1 1 0 0 0 停止

9、 灯全亮 2.1.5 设计原理图 根据系统设计方案及硬件设计，给出设计原理图见附录一。 2.2 软件设计 2.2.1 程序结构 软件的主体程序由START，RESTART，LOOP1，LOOP2和LOOP3构成，还包含了一个延时0.5s的子程序DELAY。START作为P1.0和P1.1的初始化程序；RESTART作为整个程序循环的初始模块；RESTART，LOOP1，LOOP2和LOOP3四个模块都包含了对P1.0和P1.1与条件值比较的语句，值不相等时跳转，值相等时顺序执行设置P3.0、P3.1、P3.2、P3.3输出值以控制警示灯和电机的状态，然后是一个长调用延时子程序的语句

10、用以延时等待水位信号输入，最后是一个长跳转语句跳回循环初始模块RESTART。 2.2.2 程序设计流程图 根据系统硬件设计和程序结构设计，给出程序流程图如图2所示。 2.2.3 汇编程序 根据系统硬件设计、程序结构与流程设计，编写汇编程序见附录二。 图2 程序设计流程图 2.3 仿真结果 操作说明如下： SW0断开，SW1断开，D7红灯亮，电机运行； SW0导通，SW1断开，D8黄灯亮，电机运行； SW0导通，SW1导通，D9绿灯亮，电机停止运行； SW0断开，SW1导通，D7、D8、D9闪烁，电机停止运行； 仿真结果图见附录三。 3 总结 该系统是基于

11、在单片机系统由水位探测传感器，稳压电路，继电器驱动电路，灯光报警电路组成的，充分利用单片机强大控制功能和方便通信接口，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，提高了系统的自动控制能力。在设计过程中通过Proteus仿真，及时发现的设计中存在的缺陷和不足，从而进一步优化系统软硬件设计。 参考文献 [1] 王思明.单片机原理及应用系统设计[M].科学出版社,2012. [2] 封志存.模拟电子技术[M].兰州大学出版社,2003. [3] 李积英.数字电子技术[M].中国电力出版社,2011.附录一 设计原理图 附录二 汇编程序 ORG 0000H ST

12、ART: SETB P1.0 SETB P1.1 RESTART:MOV A,P1 ANL A,#00000011B CJNE A,#00H,LOOP1 ;当检测到低水位时，启动电机，亮红灯 SETB P3.2 SETB P3.3 CLR P3.0 CLR P3.1 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP1: CJNE A,#01H,LOOP2 ;当检测到中水位时，保持电机转动，亮

13、黄灯 SETB P3.3 SETB P3.1 CLR P3.0 CLR P3.2 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP2: CJNE A,#02H,LOOP3 ;系统出现系统故障时，三灯闪烁，停止电机 SETB P3.0 CLR P3.3 CLR P3.2 CLR P3.1 LCALL DELAY SETB P3.3

14、 SETB P3.2 SETB P3.1 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP3: CJNE A,#03H,RESTART ;当检测到高水位时，停止电机，亮绿灯 SETB P3.1 SETB P3.0 SETB P3.2 CLR P3.3 LCALL DELAY LJMP RESTART DELAY: MOV R0,#250 ;循环0.5s DELAY3: MOV R1,#200 DELAY2: MOV R2,#5 DELAY1: DJNZ R2,DELAY1 DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R0,DELAY3 RET END 附录三 仿真结果 低水位仿真结果 中水位仿真结果 高水位仿真结果 故障仿真结果