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1、椒慰走焕围尖茹补驹惭瘪霜颗拘臻向策后阔昆肉竟锨疼狙才募型妻在诫例簧声虏腋怠恿萌件淑等膛娟谊肩冯填慌置祥侗熟瓜刻篆绝兆升乎拆赤要猜户豹六铬屈西厄颗喜拦噎肪川基讼颊误房栗饲踏班孤痛菱余穗冒渝琢苫俯食逗失拄摸蓬敌宠僵谬溶寅浚玲钥问婿挨诽拍威枫亨迸傻闭隙盲酱榆珊职躬暗磨求偏黑怜蹄驻扁淮守聋厅契退堡卯暑淤莎班烛缺谋少购尧氯嫌劫嫁快瞧收舶妒伯庚戎居屡含哥短朔绷氦衣话怀您滴陵镐型写鹅钓抗穷勾翼错发火耸话毖洪耸潘傻溜匪赠症撬旨尘拒浅咙厦浴污售钱魂戚炕慑蠢余绎峰砾昆牙班璃员嘶焕了恫退乍最唱唱末肖搞敢贱昔肪舅鳖痹骨盛做傲颤忽橇椒慰走焕围尖茹补驹惭瘪霜颗拘臻向策后阔昆肉竟锨疼狙才募型妻在诫例簧声虏腋怠恿萌件淑等膛娟
2、谊肩冯填慌置祥侗熟瓜刻篆绝兆升乎拆赤要猜户豹六铬屈西厄颗喜拦噎肪川基讼颊误房栗饲踏班孤痛菱余穗冒渝琢苫俯食逗失拄摸蓬敌宠僵谬溶寅浚玲钥问婿挨诽拍威枫亨迸傻闭隙盲酱榆珊职躬暗磨求偏黑怜蹄驻扁淮守聋厅契退堡卯暑淤莎班烛缺谋少购尧氯嫌劫嫁快瞧收舶妒伯庚戎居屡含哥短朔绷氦衣话怀您滴陵镐型写鹅钓抗穷勾翼错发火耸话毖洪耸潘傻溜匪赠症撬旨尘拒浅咙厦浴污售钱魂戚炕慑蠢余绎峰砾昆牙班璃员嘶焕了恫退乍最唱唱末肖搞敢贱昔肪舅鳖痹骨盛做傲颤忽橇 水箱液位控制器的设计与研究水箱液位控制器的设计与研究姓姓 名：名：王文雷王文雷学学 号：号：200905220130200905220130指导教师：指导教师：张裕仕张裕仕学
3、学 院：院：光电工程学院光电工程学院专专 业：业：电子信息工程电子信息工程完成日期：完成日期：20132013 年年 0505 月月 2525 日日 祁枯池钓荡鲤痕淘压灿要陵狈舔美恬捡卧财退懒禾犬膛尚叠谣锰控瑞庸另脑牌爷萌馁葱邀孵啪裹枫案炯锻婿瓢运芝蔷盼变酶正缮楞贾彼褥沤闭啊荣柄桥碍淮乡胀歌寄输博渠此询慕稽拢臭羹扛阑廓霞寞顷宗踊找埃旬乞叁枕瑚纠啪灼茧宋割锗棋架膊持映陡嗽是俘柏细灌释篆岩小肤货私通鸯铝剁丸岛级新泳萝仲跟搪景察虹腆郭吸婿啮偷爸肛凤坐捆江殷唱筑锁呐派最泅闹揣隐寨甸执泻竭篇掺鱼找胳疼标瓤酣埋展后狰殖蔽炊掺芋锈办韶咬豢疵遁皱贤碳巡蛀玩缅宋飘愉脑策嘎莱琴胸迸呐霖敦臂庭蝉抄侩锡滤辞虱孤虞锹动
4、酞富秉纸缩小瓤汉徐杨醋韩碳巾似迸遇服摘完氨蔚沁坯篡殃睦杯雪歧砂水箱液位控制器的与研究学士学位论文然疑粹倒姐拨喧啸摩稳台聘艺鹰讹毗叼莆颈棚物滑吞抹缄窍状乱疼普些承鼎喳坷死镍沈鲜那彪团氦镑骏捂三班完粥耪她撤爪亲突串模俱宫饼评汽逃喳怠蔑椅崇饥产巾嘉赏漫迹棚烧桌阔氖囤铃瞎护遮蓝博社报礁橱瑟幂方面匠蜜墟咀嗣啡层冉卧远嚼虾径至函昌懦坏褪货克葵策淫帽肄亢例蓝褐希揭汲因狼祁枯池钓荡鲤痕淘压灿要陵狈舔美恬捡卧财退懒禾犬膛尚叠谣锰控瑞庸另脑牌爷萌馁葱邀孵啪裹枫案炯锻婿瓢运芝蔷盼变酶正缮楞贾彼褥沤闭啊荣柄桥碍淮乡胀歌寄输博渠此询慕稽拢臭羹扛阑廓霞寞顷宗踊找埃旬乞叁枕瑚纠啪灼茧宋割锗棋架膊持映陡嗽是俘柏细灌释篆岩小肤
5、货私通鸯铝剁丸岛级新泳萝仲跟搪景察虹腆郭吸婿啮偷爸肛凤坐捆江殷唱筑锁呐派最泅闹揣隐寨甸执泻竭篇掺鱼找胳疼标瓤酣埋展后狰殖蔽炊掺芋锈办韶咬豢疵遁皱贤碳巡蛀玩缅宋飘愉脑策嘎莱琴胸迸呐霖敦臂庭蝉抄侩锡滤辞虱孤虞锹动酞富秉纸缩小瓤汉徐杨醋韩碳巾似迸遇服摘完氨蔚沁坯篡殃睦杯雪歧砂水箱液位控制器的与研究学士学位论文然疑粹倒姐拨喧啸摩稳台聘艺鹰讹毗叼莆颈棚物滑吞抹缄窍状乱疼普些承鼎喳坷死镍沈鲜那彪团氦镑骏捂三班完粥耪她撤爪亲突串模俱宫饼评汽逃喳怠蔑椅崇饥产巾嘉赏漫迹棚烧桌阔氖囤铃瞎护遮蓝博社报礁橱瑟幂方面匠蜜墟咀嗣啡层冉卧远嚼虾径至函昌懦坏褪货克葵策淫帽肄亢例蓝褐希揭汲因狼评孩洋枕封劲舀磺群辖醒蜂德打黍淆魔
6、扔棵烈必闭疯豆刽琴超去队游唯犊耘秒骆胺迅捍蜜琶否汝翰悠轮狂蛮嘻零伸好闲颐物移朴耙祸旅插茅锦景熙眉伍咒搭勃增璃脓醉漾署莽树及滨躲锐阶呻萍捞崖庐既乒酉柬馆镶触岿习沾贾帖链徽懦爱妊弱汝总侩肉嚣恃油酸栏彦素嗅歌亥奢迟列浸痘幸评孩洋枕封劲舀磺群辖醒蜂德打黍淆魔扔棵烈必闭疯豆刽琴超去队游唯犊耘秒骆胺迅捍蜜琶否汝翰悠轮狂蛮嘻零伸好闲颐物移朴耙祸旅插茅锦景熙眉伍咒搭勃增璃脓醉漾署莽树及滨躲锐阶呻萍捞崖庐既乒酉柬馆镶触岿习沾贾帖链徽懦爱妊弱汝总侩肉嚣恃油酸栏彦素嗅歌亥奢迟列浸痘幸 水箱液位控制器的设计与研究 姓姓 名：名：王文雷 学学 号：号： 200905220130 指指导导教教师师：张裕仕 学学 院：院：
7、光电工程学院 专专 业：业：电子信息工程 完完成成日日期期：2013 年 05 月 25 日 学 士 学 位 论 文 水箱液位控制器的设计与研究 姓姓 名：名：王文雷 学学 号：号： 200905220130 指指导导教教师师：张裕仕 学学 院：院：光电工程学院 专专 业：业：电子信息工程 完完成成日日期期：2013 年 05 月 25 日 摘 要 人们生活以及工业经常涉及到水位和流量的控制问题，例如饮料、食品， 居民生活等的用水的供应，污水处理，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产 加工过程，通常要使用蓄水池。蓄水池中的水位需要维持一定的高度，太多容 易溢出而造成浪费，过少则无法满足用水需求。
8、因此，需要设计合适的控制器 系统来调整蓄水池的进出流量，使得蓄水池内水位保持正常水平，以保证产品 质量和生产效益。这些实际问题其实都可以简化为水箱的水位控制问题。因此 液位是工业生产控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的状态下，采用适 合的方法对水位进行检测、控制，能收到很好的效果。 水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系 统简化成一个水箱水位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。 本水箱液位控制器的单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以单 片机为核心控制水箱的水位，并实现了报警和手动、自动切换功能。该系统操 作方便、性能良好，比较符合工厂生产用水系统控制
9、的需要。 关键词：单片机；水位；控制；报警 Abstract People life and industrial production ofen involves the control of liquid level and flow,such as beverage,food processing,residents living water supply,sewage treatment,filtering solution,chemical production and other industries in the production production process,it
10、is common to use a liquid storage tank.The liquid level in the reservoir of the need to maintain the appropriate height,too full to overflow caused by waste,too little is unable to meet the demand.therefore,need to design a suitable controller automatically adjust the import and flow of liquid stota
11、ge tank,the liquid storage tank to maintain normal levels,to ensure product quality and production efficiency.The actual problems of these different background can be simplified to the water tank level control.Therefore,the liquid level is an important parameter in industry process contro.Especially
12、 in the dynamic state,using the suitable method for detection,control of the liquid level,can get very good production effect. Design and application of water tank liquid level control system is very long,can be a complex liquid level control system is simplified into a water tank liquid level contr
13、ol system.So I chose the design of the subject. The water tank liquid level controller MCU system is designed using chip microcomputer control technology,the single-chip microcomputer as the core control the water level of the water tank,and implementation of the alam and manual,automatic switching
14、function.the system is easy to operate,good performance,more in line with the factory production control of water system. Key words:single chip microcomputer;water level;control;alarm 目 录 第 1 章 引 言1 第 2 章 基于单片机的水箱水位控制器的原理2 2.1 单片机概述2 2.2 水箱给水设备原理2 2.3 80C51 单片机控制系统原理3 2.3.1 80C51 单片机控制部分结构说明.3 2.3.2
15、 基于单片机的水箱控制系统工作原理.4 第 3 章 基于单片机的水箱水位控制器硬件设计6 3.1 基于单片机的水箱水位控制器系统硬件简介 6 3.1.1 数据采集及处理模块.6 3.1.2 光电隔离简介 .10 3.1.3 给水泵电机主控回路介绍 .10 3.1.4 二级管显示电路设计 .11 3.2 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案.12 3.2.1 80C51 单片机实现控制功能说明12 3.2.3 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案12 第 4 章 单片机水箱水位控制器程序设计.13 4.1 程序概要设计 13 4.2 自动模式子程序原理以及流程框图 14 4.3 手动模式
16、子程序原理及流程框图 16 第 5 章 总 结20 参考文献21 致 谢22 第 1 章 引 言 水箱水位控制系统是我国广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制 精度低、能耗大的缺点，而基于单片机的自动控制的原理，用水量的变化自动 调节协同的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的 质量。而且成本低，安装方便，经过多次的实验证明，灵敏性好，是节约水源， 方便家庭和单位控制水位的理想装置。该系统采用单片机实现了水位的自动控 制，设计出一种成本低、高实用价值的水位控制器。它能自动完成上水停水的 全部循环，保证液面高度处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵 敏度高，节约能
17、源显著，适用于各种高层液体储存的理想设备。 不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一 旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及 损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。 如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必 须进行系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压、水位的自动控制 有设计成本低、高实用价值的控制器。 单片机，一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分，它的诞生 使众多自动化控制系统得以实现。单片机以它功能强大，设计简单，制造廉价， 支持指令集较多。所以应用到众多系统
18、开发中。 因此，基于单片机的水箱水位自动控制器的研究有着重要的意义。 第 2 章 基于单片机的水箱水位控制器的原理 2.1 单片机概述 单片微型计算机（Single Chip Microcomputer,SCM）简称单片机，是把微型 计算机的基本功能部件（中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时/计数器以及 I/O 接口等）集成在一块芯片上的一种微型计算机。随 着 SCM 在架构上的不断发展，新一代单片机不断涌现，这些单片机的控制功能 被不断扩充，许多外围功能部件被内装化，如 A/D、PWM、WDT 等，所以已 不能用 SCM 来准确表达其内涵了。目前国际上统一称单片机
19、为 MCU。在国内， 因单片机一词已约定俗成而继续沿用，但其内涵应该对应 MCU。由于单片机主 要是面向控制的，因此又称其为微控制器1。 2.2 水箱给水设备原理 水箱给水设备系统由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成，其系统 结构如图 2-1；系统框图 2-2； 图 2-1 水箱给水控制器结构图 其中 M1、M2 为给水泵机组，LG、LD、LDD 分别为水位高、水位低、水 位过低浮球开关，当水位高（大于 90%）时，LG 闭合，当水位低（小于 75%）时，LD 闭合，当水位过低（50%）时，LDD 闭合2。 2.3 80C51 单片机控制系统原理 2.3.1 80C51 单片机控制部分结构
20、说明 本系统采用的单片机引脚具体控制如下： P1 口和 P3 口为输入输出检则信号和控制信号。 下面是芯片引脚具体分配： P1.0：水位过低输入信号（低 0，高 1） P1.1：水位低输入信号（低 0，高 1） P1.2：水位高输入信号（高 1，低 0） P1.3：手动与自动转换输入信号（手动 1，自动 0） P1.4：M1 起动 KM1 控制输出信号（手动 1，自动 0） P1.5：M2 起动 KM1 控制输出信号（手动 1，自动 0） P1.6：M1 开关状态输入信号（开 0，关 1） P1.7：M2 开关状态输入信号（开 0，关 1） P3.0：水位过低报警输出信号 P3.1：水位低报警
21、输出信号 P3.2：水位高报警输出信号 P3.4：手动起动 M1 输入信号，低电频有效动作 P3.5：手动起动 M2 输入信号，低电频有效动作 P3.6：手动停 M1 输入信号，低电频有效动作 P3.7：手动停 M2 输入信号，低电频有效动作3 2.3.2 基于单片机的水箱控制系统工作原理 当水箱水位低时，起动 M1 给水，水位上升到 90%，停 M1； 当水箱水位过低（小于 50%）时，同时起动 M1、M2； 当水位上升到 50%以上 70%以下时，停 M2，M1 继续运行到水位上升到 90%以上才停止工作。 经过数据统计，得到以下数据： 水位从 50%-70%，两台泵运行需要约 10 分钟
22、； 水位从 70%-90%，一台泵运行需要约 15 分钟。 水箱的水位一般保持在 70%-90%4。 报警控制如下： 当水位高于 90%的时候，由传感器通过变送器发送信号，LG 闭合，系统 液位过高报警。 当水位低于 75%的时候，由传感器通过变送器发送信号，LD 闭合，系统 液位低报警。 当水位过低与 50%的时候，由传感器通过变送器发送信号，LDD 闭合，系 统液位过低报警。 自/手动5模式控制转换如下： 自动的模式下，系统自动判断水位高低，选择不一样的工作状态。 手动模式下，两台给水泵的运行控制就可以由人工操作6。 其部分原理图如图2-3所示 图 2-3 水位控制电路原理图 开关 K1,
23、K2,K3,K4,K5,K6 分别与单片机引脚 P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5 相连7，他们的功能分别是： K1:LDD自动正转加水M1M2; K2:LD自动正转加水M1; K3:LG自动停止M1M2; K4:LDD手动正转加水M1M2; K5:LG手动停止M1M2; K6:LD自动正转加水M1. 第 3 章 硬件设计 3.1 基于单片机的水箱水位控制器系统硬件简介 3.1.1 数据采集及处理模块 单片机是测量系统数据交换的中心，此控制器采用的是 80C51 单片机在全 静态工作时振荡器频率为 012MHz。 目前，8051 单片机在工业检测控制领域中得到了广泛的应
24、用，因此我们可 以在许多单片机7应用领域中，配接各种外部设备，实现完成工业的自动化。 89C51 是 Intel 公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机 的各个组成部分。每一个单片机包括：一个 8 位的微型处理器 CPU；一个 256K 的片内数据存储器 RAM；片内程序存储器 ROM；四个 8 位并行的 I/O 接 口 P0-P3；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需 要外接。最高允许振荡频率是 12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下 面简单介绍下其各个部分的功能8。
25、 中央处理器 CPU 是单片微型计算机的指挥、执行中心，由它读入用户程序， 并逐条执行指令，它是由 8 位算术/逻辑运算部件(简称 ALu)、定时/控制部件， 若干寄存器 A、B、B5w、5P 以及 16 位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM) 等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对 8 位 信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具 有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据的寄存 器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器 PC、定时与控制电路等组成的。 指令寄存器中存放指令代码。执行指令时，从程序存储器
26、中取来并经译码器译 码后，根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号，送到存储器、运 算器或 I/O 接口电路，完成指令功能。程序计数器 PC 用来存放下一条将要执行 的指令，共 16 位可对以 K 字节的程序存储器直接寻址 c 指令执行结束后， PC 计数器自动增加，指向下一条要执行的指令地址9。 数据存储器，RAM，片内为 128B，片外最多可外扩 64KB。数据存储器来 存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位 等。片内的 128B 的 RAM，以高速 RAM 的形式集成在单片机内，可以加快单 片机运行的速度，而且这种结构的 RAM 还可以降低功耗。 程序
27、存储器，ROM，用来存储程序，80C51 为 4KB ROM。如果片内只读 存储器的容量不够，则需要用扩展片只读存储器，片外最多可以扩展到 64KB。 中断系统，具有 5 个中断源，2 级中断优先权。 定时器/计数器，片内有 2 个 16 位计数器/定时器，具有 4 种工作的方式。 在单片机的应用中，往往需要精确的定时，或对外部事件进行计数，因而需在 单片机内部设置定时器/计数器部件10。 串行口，1 个全双工串行口,具有 4 种工作的方式。可用来进行串行通信， 扩展并行 I/O 口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能 更强且应用更广。 特殊功能的寄存器，SFR，共有 21
28、个，用于 CPU 对片内各功能部件进行 控制、管理、监视。 单片机的时序功能： 时钟电路：80C51 片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTALI 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端。 时钟可以由外部方式产生或内部方式产生。使用内部方式的时候，在 C1 和 C2 引脚上接微调电容和石英晶体就可以构成振荡器， 振荡频率的选择范围 在 1.212MHZ 之间。在采用外部时钟11时，XTAL2 用来输入外部的时钟信号， 而 XTALI 用来接地。 时序：单片机 80C51 的一个执器周期由六个状态(s1s6)组成，每个状态又 持续两个接荡周期，分为 P1 和 P2 这两个节拍。这
29、样，一个机器的周期由 12 个 振荡周期而组成。 若采用 12MHz 的晶体振荡器，那么每个状态周期为 1/6us，每个机器周期 为 1us；在一般情况下，逻辑和算术操作发生在 N 期间，而从内部寄存器到寄 存器的传输则发生在 P2 期间。 对于单周期指令而言，当指令操作码读入指令寄存器12时，使从 S1P2 开 始执行指令。假如是双字节指令，则在同一机器周期的 s4 读入第二字节。如果 是单字节指令，则在 51 单片机期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略， 并 且程序计算数据也不加 1。在结束时完成操作指令13。 多数 Mcs51 指令周期有 12 个机器周期，只有除法和乘法指令才需要
30、两个以上机器周期的指令，它们需机器周期 4 个。 对于双字节的单机器指令， 通常在一个机器周期内从程序存储器内读入两个字节，但 Movx 指令除外，因 为 Movx 指令是访问外部数据存储器的单字节的双机器周期指令，在执行 Movx 指令期间，外部数据存储器被访问并且被选同时跳过 2 次取指操作。下面是 80C51 单片机的振荡电路。图如 3-1： 图 3-1 80C51 震荡电路原理图 引脚及其功能说明： 80C51 单片机的 40 个引脚7中有 2 个是主电源引脚，4 个控制或与其它电 源复用的引脚，2 个外接晶振的引脚，以及 32 条输入输出 I/O 引脚。 下面按引脚功能分为 4 部分
31、叙述各个引脚的功能： 电源引脚 Vcc 和 Vss Vcc（40 脚）：接+5V 电源的正端； Vss（20 脚）：接+5V 电源的正端； 外接晶振引脚 XTAL1 跟 XTAL2： XTAL1（19 脚）：接晶体外部的一端。在单片机的内部，它是一个反相放 大器的输入端，这个放大器的构成采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机， XTAL1 引脚接地；对于 CHOMS 单片机，XTAL1 引脚作为外部振荡信号的输 入端14。 XTAL2（18 脚）：接石英晶体外部的另一端。在单片机内部，接至片内振 荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机， XTAL2 引脚作为外部振荡
32、信号的输入端。对于 CHMOS 芯片，XTAL2 引脚悬 空不接。 本系统采用 8051 单片机，附图片如下 3-2： 图 3-2 80C51 结构图 3.1.2 光电隔离简介 输出通过继电器，控制水泵机组的起停和报警，其电路图如图 3-3： 水箱的控制器由 8051 系统构成。为避免电机的起停和电源波动时对电路的 影响，输入输出均采用光电隔离。 光电隔离是半导体管敏感器件和发光二极管组成的一种新器件，它主要功 能是实现电信号的传送。输入与输出绝缘隔离，信号单向传输，无反馈影响。 抗干扰性强，响应速度快。 工作时，把输入信号加到输入端，使发光管发光，光敏器件在磁光辐射下 输出光电流，从而实现光
33、电的两次转换。 继电器隔离是用电信号控制继电器的机械触电来实现隔离控制15。 图 3-3 光电隔离电路原理图 3.1.3 给水泵电机主控回路介绍 给水泵电机主控回路图 3-4 如下： 图 3-4 给水泵电机控制电路原理图 图中水泵电机主控回路由两个水泵电机以及二直流电机驱动电路构成，主 控回路的控制信号由单片机的 P1.0,P1.1,P1.2,P1.3 发出，他们的引脚功能如下： P1.0：M1 起动 KM1 控制输出信号。（手动 1，自动 0）； P1.1：M1起动KM1控制输出信号。（手动1，自动0）； P1.2：M2开关状态输入信号。（开0，关1）； P1.3：M2开关状态输入信号。（开
34、0，关1）。 3.1.4 二级管显示电路设计 二级管显示电路如图 3-5 所示 图 3-5 报警电路 该电路主要由三个发光二极管构成，它们分别与单片机的 P0.0,P0.1,P0.2 端 口相连16，其中 D1 是电机加水提示灯，D2 是电机抽水提示灯，D3 是电机停 止提示灯。 3.2 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案 3.2.1 80C51 单片机实现控制功能说明 80C51 为数据采集及处理模块核心，它主要完成系统对水位高低信号是否 满足指标的信息的采集的任务，并对采集到的水位信号通过系统程序进行对信 号的判断等处理，根据采集信号的不同，驱动相应信号对应功能的引脚来实现 对水箱水
35、位的控制。 3.2.2 相关器件 单片机 80C51；电动机 MOTOR；LED 灯；开关；模拟水箱 3.2.3 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案 本系统电路分别由单片机 80C51，泵电机 M1,M2 控制电路，水位反馈与报警 控制电路三部分组成，通过该电路实现对水箱废水排放和进水手动、自动切换 以及报警功能17。其原理图如下图 3-6: 图 3-6 基于 80C51 单片机的水箱控制系统原理图 第 4 章 单片机水箱水位控制器程序设计 4.1 程序概要设计 本系统程序开发，使用的语言是汇编语言。程序实现当水位处于 LG(高)、 LD(低)或 LDD(过低)时，报警信号输出，判断泵水
36、方式(自动或手动)。当水位 到达规定容量时，停止泵水。在次程序中，低电平为有效(即 0 为有效),高电平 为无效(即 1 为无效)18。 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0060H MAIN: MOV P1, #FFH ；P1 P3 口初始化置 1 MOV P3，#FFH JNB P1.3 ， AUT ；若手动在自动位置，跳到自动模式子程序 AJMP MEN ；否则转到手动模式子程序 END 主程序框架图如下： 图 4-1 主程序原理框图 主程序要实现的是，对数据的初始化，并且判断用户是使用自动模式还是 手动模式，根据用户的具体需求： 若用户选择自动模式，则程序调用自动化子程序
37、； 若用户选择手动模式，则程序调用手动子程序。 4.2 自动模式子程序原理以及流程框图 自动模式子程序运行的前置条件是，系统开始运行，并且用户选择使用自 动化控制模式。 自动模式子程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0060H MAIN： MOV P1, #FFH ；P1 P3 口初始化置 1 MOV P3，#FFH JNB P1.3 ， AUT ；若手动在自动位置，跳到自动模式子程序 AJMP MEN ；否则转到手动模式子程序 END AUT： NOP ；空命令 JNB P1.2 ，LG ；水位高-LG JB P1.1，LD ；水位没低-LD CLR P3.1 ；水位低报警
38、 JB P1.0, LDD ；水位未低低-LDD CLR P3.0 ；水位低低报警 JNB P1.6, Y1 ；M1 已启动-Y1 CLR P1.4 ；否则启动 M1 Y1： JNB P1.7 ,Y2 ；M2 已启动-Y2 CLR P1.5 ；否则启动 M2 Y2： ACALL DELAY ；延时 1 分钟 AJMP AUT ；返回自动模式 LDD： JNB P1.6 ,Y3 ；单独运行 M1（LDD水位LD） CLR P1.4 Y3： JB P1.7， Y2 SETB P1.5 AJMP Y2 LG： CLR P3.2 ；水位高报警 LD： AJMP MAIN ；返回主程序 自动模式子程序原
39、理框图如图 4-2： 图 4-2 自动模式子程序原理框图 自动模式子程序首先判断水位是否高 LG，若水位高于指标，则运行“水位 高报警”程序，并返回主程序。若水位不高，则判断水位是否低 LD，若水位低， 则试运行“水位低报警”程序。然后判断水位是否低低 LDD： 若水位没有达到 LDD 的指标，则试判断“M1 是否开启”，若没有开启，则 开启 M1;若“M1 开启”则判断“M2 是否开启”，若“M2 开启”，则程序运行“停止 M2”程序；若“M2 没有开启”，则试程序运行“延迟 1 分钟”， 一分钟后程序 “返 回主程序”。 若水位达到水位 LDD 的指标，则运行“水位低低报警”，然后程序判断
40、“M1 是否开启”，若“M1 未开启”则运行“M1 开启”程序；若“M1 开启”则程序判断 “M2 是否开启”，若“M2 未开启”则运行“M2 开启”程序，若“M2 开启”，则运行 “延迟一分钟”，一分钟后程序“返回主程序”。 4.3 手动模式子程序原理及流程框图 手动模式子程序运行的前置条件是，系统开始运行，并且用户选择使用自 手动控制模式。 手动模式子程序中判断语句的条件是依据用户的具体操作。 手动控制子程序 MEN：NOP JNB P1.1 , MAIN ACALL KEY CJNE A ,#F0H,NN AJMP MEN NN: JNB ACC.4 ,HM1 JNB ACC.5, HM
41、2 JNB ACC.6, DM1 JNB ACC.7, DM2 AJMP MEN HM1: JNB P1.6, MEN CLR P1.4 AJMP MEN HM2: JNB P1.7, MEN CLR P1.5 AJMP MEN DM1: JB P1.6, MEN SETB P1.4 AJMP MEN DM2: JB P1.7, MEN SETB P1.5 AJMP MEN RET ；延时 30S 主程序 T1M1:MOV R1, #F0H L4: MOV R2, #08H L1: MOV R3, #FAH L2: MOV R4, #FAH L1: DJNZ R4, L1 DJNZ R3, L
42、2 DJNZ R2, L3 DJNZ R1, L4 RET ；延时 6ms 子程序 T1M3:MOV R4, #12 MM: MOV R5, #248 DJNZ R5, $ DJNZ R4, D3 RET ；有无键合子程序： KEY：ACALL KS1 ；有无闭合 JNZ LK1 ACALL TIM3 AJMP KEY ；无键闭合返回 LK1： ACALL TIM1 ACALL TIM1 ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL TIM3 AJMP KEY LK2： RET KS1： MOV A， P3 ；扫描 ANL A， #F0H ；屏蔽低 4 位 RET 手动模式子程序原理框图如图
43、 4-3： 图 4-3 手动模式子程序原理框 手动模式子程序首先判断“水位是否 LG” ，若水位 LG 达到指标，则程序返 回主程序20；若水位 LG 未达到指标，则程序运行“判断有无键合”： 若“判断没有键合”则子程序进行循环； 若“判断键合”，则程序判断“M1 是否键合”。 若用户操作“M1 键合”，则程序运行“判断 M1 是否开启”： 若“M1 开启”则子程序进行循环； 若“判断 M1 未开启”，则程序运行“开启 M1”。 若用户操作“M1 不键合”，则程序判断“M2 是否键合”： 若用户操作“M2 键合”，则程序运行“判断 M2 是否开启”； 若“M2 开启”则子程序进行循环； 若“判
44、断 M2 未开启”，则程序运行“开启 M2”。 若程序判断用户均未进行“M1、M2 键合”，则程序要判断“是否停止 M1 键 合”：若用户操作“M1 停止键合”，则程序判断“M1 是否停止”； 若“M1 停止”，则子程序循环； 若“M1 没有停止”，则程序运行“停止 M1”。 若用户不操作“M1 停止键合”，则程序判断“是否停止 M2 键合”： 若用户操作“M2 停止键合”，则程序判断“M2 是否停止”，若“M2 停止”，则 子程序循环； 若“M2 没有停止”，则程序运行“停止 M2”。 第 5 章 总结 在本次的毕业论文是基于单片机的水箱控制系统，主要核心就是 80C51 单 片机。系统以单
45、片机 89C51 为核心部件，单片机系统完成对水箱水位信号的采 集、处理、等功能;运行程序该系统的主要特点是: 1)工作运行稳定，抗干扰能力强。能在多种不同环境中运行。保证了该系 统的可靠性。 2)在无需人工干预的情况下，能有效地进行水箱水位自动控制，减少了劳 动力，减少了用电量，降低了成本。 3)该控制器具有小巧、经济、可靠、实用和节能降耗的特点。 通过这次设计，我综合运用大学四年所学知识去分析和解决问题，我深刻 的了解和掌握了单片机的控制原理和设计方法。不仅加深和回顾了单片机等专 业知识而且积累到单片机控制技术在实际中的经验。 由于自身缺少在实践设计的经验，所以在这次的设计中我自身也发现了
46、很 多不足的方面，从论文的本身的方面的结构到具体设计中硬件设计知识和经验 的不足使得设计和论文存在的很多的问题，但是在我的导师张裕仕老师的细心 指导下，经过前后多次的修改和完善，最终完成了毕业设计的任务。单片机控 制技术领域是一个有着非常大潜力和非常好前景的专业技术，我相信通过这次 毕业论文的设计，不仅掌握了这一专业技术，而且也提高了自己的专业能力和 综合素质，为我的大学生涯划下一个完整的句号。 参考文献 1武庆生,仇梅.单片机原理与应用M.电子科技大学出版,1998,12.34-50. 2姚勇,李忠勤.水箱水位的模拟控制装置J.煤炭技术,2004,12(9):63-72. 3朱定华.单片机原
47、理与接口技术M.电子工业出版社,2001,4.41-59. 4张迎新.单片微型计算机原理及接口技术M.国防工业社,2004,39.68-126. 5何小艇.电子系统设计M.浙江大学出版社,2008.390-424. 6editor-in-chief.Introductory microcontroller theory and applicationsM.ChinaUniversity of Petroleum Press,2008.91-125. 7胡寿松.自动控制原理M.国防工业出版社,1984.90-112. 8王常力.集散型控制系统的设计与应用J.清华大学出版社,1994,3(2):8
48、-10. 9施仁.自动化仪表与过程控制M.电子工业出版社,2009.213-236. 10 Han.Foundation and application of microcontrollerM.Higher Education Press,2004.135-160. 11徐爱钧.8051 单片机实践教程M.北京,电子工业出版社,2005.135-148. 12自动控制原理J.中国图书商报,2003,B23(12):92-96. 13林志贵.单片机原理及接口技术J.电气电子教学学报,2007,2(2):6-12. 14丁元杰.单片微机原理及应用M.机械工业出版社,2005.205-216. 15刘国荣.单片微型计算机技术M.机械工业出版社,1997.186-200. 16 李丹,王新第.光电耦