1、單片機期末考試試理（答條）單位代碼0 2學 號分類號密 級16IIUANGIIE S&T COLLEGE課程設計說明書水箱水位控制系統設計院名稱（系）機械工程學院專業名機械設計制造及其自稱動化學生姓名指導教2015年 10月27日黃河科技學院課程設計任務書機械工程學院機械系機械設計制造及其自動化專業12級1 班學號 1200000000 姓名指導教師題目：水箱水位控制系統設計課程:單片機應用技術課程設計時間 2015年 10月13 B至10月27日共仝 周課程設計工作內容與基本要求（設計要求、設計任務、工作計劃、所需相關 資料）（紙張不夠可加頁）1. 設計要求在高塔的內部我們設計一個簡

2、易的水位探測傳感器用來探測三個水位，即低 水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機一個高電平，驅動水泵加水，紅 燈亮；正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮；高水位時，水泵不加水，黃燈殼。2. 設計任務與要求（完成后需提交的文件和圖表等）1系統硬件電路設計根據該系統設計的功能要求選擇所用元器件，設計硬件電路。要求用 Proteus繪制整個系統電路原理圖。2軟件設計根據該系統設計的功能要求進行軟件設計，要求用VISIO軟件繪制整個系統 及各部分的軟件流程圖。并根據流程圖編寫程序并匯編調試通過。列出軟件清單, 軟件清單要加以注釋。3） Proteus 仿真鼠片機期末右試試題（答案）用Proteus對

3、系統軟碩件進行仿真調試通過。4）軟硬件實際調試5編寫設計說明書一份，內容包括任務書、設計方案分析、硬件設計部分 要繪制整個系統電路原理圖，對各部分電路設計原理做出說明。軟件設計部分要 繪制整個系統及各部分的軟件流程圖，并列出軟件清單，軟件清單要求加注釋， 并在各功能塊前加程序功能注釋。調試結果整理分析及設訃調試的心得體會。3. 工作計劃（進程安排）第1周基本完成軟、硬件的設計（分散在教學過程中完成）。第二周2 天繪制所要求的圖紙，完成軟、硬件的調試；2天完成設計說明書；1.5天答辯 或驗收，評定成績。6.主要參考資料單片機課程設計指導書皮大能北京理工大學出版社2010. 78031單片機實踐與

4、應用吳金戎 清華大學出版社 2003. 8單片機技術基礎教程與實踐夏路易電子工業出版社 2008. 1MCS-51單片機原理接口及應用王質樸 北京理工大學出版2009. 11基于Proteus的單片機系統設計與仿真實例蔣輝平機械工業出版社 2009. 7系主任審批意見:16單片機期末考試試理（答條）16審批人簽名:日 期:摘要我們可以釆用單片機系統實現了水塔水位的自動控制，設計出一種低成本、 高使用價值的水塔水位控制器。該系統具有水位檢測，低水位高水位報警以及自 動加水等功能。本設計過程中主要采用傳感技術、單片機技術、光報警技術以及 弱電控制強電技術。檢測系統采用銅針探測結構簡單、制造成本低、

5、靈墩度高。 并采用AT89C2051單片機系統控制整個電路的信號處理以及釆用光電耦合和繼 電器來實現弱電控制強電從而實現加水系統的自動控制。該系統可以完成光報警，水位自動檢測，上水停水等工作。并能有效保證液 面高度始終處于較理想范圍，該系統制造成本低、結構簡單、感應度高、綠色環 保。可用于各種液體的儲存。關鍵詞：單片機，自動檢測，自動控制AbstractWe can use micro-controller system using cooling towers to achieve the level of automotion, design a low cost and high pra

6、ctical value of the water tower water level controller The system has the water level detection, low water high water level alarm and automatic functions such as adding water The design process mainly uses the sensor technology, single chip technology, optical technology and the weak control the str

7、ong police power technology. Detection system using simple system for detection of copper needles, resulting in the low and high sensitivity.AT89C2031 SCM system control by using the circuit of signal processing and the use of optical coupling and weak control relays to achieve strong power to reali

8、ze automatic control of water systemsIt can automatically detect the water level, light alarm, all the work without water cycle, to ensure better surface height is always within the context of its structure simple, low cost high sensitivity, significant energy is used in various kind of ideal equipm

9、ent for high-level liquid storageKey words: SCM, Automatic monitoring, Circuit Control目錄1課程設ii系統概述.1.12系統原理.21.2系統結構圖.21.3控制方案說明31.4系統組成及原理.32硬件設計.42. 1單片機最小 系 統電 路設計.52.2水位檢測傳感器的選用62.3穩壓電路的設2.47光報警電路的設計82.5繼 電 器 控 制 水 泵 力口 水 電路93軟件設93. 1系統總原理圖103.2系統 總 程 序如下114總結11致謝11參考文獻12附錄13鼠片機期末右試試題（答案）1課程設計系統

10、概述1.1系統原理當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測線沒被+5V的電源導通進入 穩壓電路經過處理在穩壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.0 口， 另一個穩壓電路輸出的高電平進入單片機的P1.1 口單片機經過分析，在P1.2 口輸出一低電平，驅動紅燈亮，P1.5出來一個信號使光電耦合器GDOUHE導通， 這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于正常范圍內時，水泵加水，在P1.3 引腳出來一個低電平，使綠燈亮；當水位在高水位區時，傳感器的兩根探測線均 被導通，均被+5V的電源導通，送入單片機，單片機經過分析，在P1.4引腳出 來一個低電平，使黃燈亮，在P1. 5端岀來一個低電平不能

11、使光電耦合器導通， 這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當三燈閃爍表示系統出現故障。1.2系統結構圖系統結構圖如圖1.2所示：圖1.2系統結構圖米用單片機AT89C2051作為我們的控制芯片，主要丄作過程是當高塔中的水 在低水位時，水位探測傳感器送給單片機一個高電平，然后單片機驅動水泵加水 和顯示系統使紅燈變亮；當水位在正常范圉內時，水泵加水，綠燈亮；當水位在 高水位時，單片機不能驅動水泵加水，黃燈亮。1.3控制方案說明這個方案中使用了單片機處理，單片機技術是信息時代用于精密測量的一種 新技術。此系統使用過程中采用穩壓電路能夠準確地把輸入的電平送給單片機不 會產生誤判的情況，由于AT89C205

12、1單片機有四端口，20引腳能夠非常方便地 設計顯示系統。1.4系統組成及原理本系統山電源電路、水位探測傳感電路、穩壓電路、單片機系統、光報警顯 示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及高塔模型組成。主電氣原理圖如圖1.4 所示：圖1.4主電氣原理圖工作原理：當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測線沒被+5V 的電源導通進入穩壓電路經過處理在穩壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片 機的P1.0 口，另一個穩壓電路輸出的高電平進入單片機的P1. 1 口單片機經過分 析，在P1.2 口輸出一低電平，驅動紅燈殼，P1.5出來一個信號使光電耦合器 GDOUHE導通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于

13、正常范圍內時，水泵 加水，在P1.3引腳出來一個低電平，使綠燈亮；當水位在高水位區時，傳感器 的兩根探測線均被導通，均被+5V的電源導通，送入單片機，單片機經過分析， 在P1. 4引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在P1. 5端出來一個低電平不能使光電 耦合器導通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當三燈閃爍表示系統出現故16鼠片機期末右試試題（答案）161- C2LC333pFTSX-1918II1QU1rJtro-i:<>XTAL1XTAL2RSTPO.O/ADOPDJ/AlO-1P0.2A02P0.3/A03P0.4/A04P0.5AD5PD S/AD6F0.7/AP7PSENP

14、2.0/ASP2.1/A8P22A10P25/A11ALEFZ.41ZEAP25A13P1.0P2BZA.14FZ.7JA1OP3.0/RXDP1.1P3.i/rxoPI.2P2 2/INTOPI.3P3.3/INT1PI.4P3.4/TOPI.6P3.6/T-1P1.0fsdmir'PI.7P3.7/RDPR0'zRAM-pr&teu2.hexD1LEO YELLOW xTEXTiLLED-GREEN1 D3LEO-RED264知円盍怯、圖21最小系統電路圖各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速 反映。本設汁當中我們采用的水位探測傳感器簡單

15、易做，經濟實惠。其外形輪廓 如圖2. 2所示：*5VR圖2. 2水位探測傳感器外觀圖A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當水位到達 低水位的時候它不導通，水在正常范圉內時，它導通。C線為高水位控制線，當 它導通時，表示水已經為高水位。本設計中采用了細銅線作為我們的傳感器的材料。主要考慮了（1）細銅線的電阻率比較低，這樣就可以避免山于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能 很好地驅動單片機工作（2）傳電性能比較好，傳電速率比較快，也就是說靈敏 性非常好。（3）細銅線便宜易找。本傳感器的尺寸是A線是30cm, B線是20cm, C線是15cm,銅線直徑是13mm。2.3穩壓電路

16、的設計本電路的主要作用是使從傳感器輸出的電平能夠穩定地輸入單片機中，主要 山三極管的兩極放大穩定電路組成，其丄作過程是水位探測傳感器把探測到的電 信號送給R12,如果送入的是高電平則Rll、Q5、D3、Q4導通把低于1. 4V的低 電平穩定地送給單片機。如果是低電平送給R12則Rll、Q3、D3、Q4均不能導通 二是R13導通將把高于1. 4V的高電平穩定的送給單片機。我查找了相關資料以及我們自己在設計過程當中免去此穩定電路，發現有時 候也能實現我們的設計口的，但是也有很多時候發生水位誤判的情況，產生不穩 定現象，所以我們認為此電路是不可缺少的。既然是控制系統，當然就要控制精 確。穩壓電路原理

17、圖如圖2. 3所示：圖2. 3穩壓電路原理圖2.4光報警電路的設計（1）發光二極管（LED）是用半導體材料制作的正向偏置的P結二極管。 其發光機理是當在PN結兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子（電子一空 穴對）在擴散過程中復合發光，這種發射過程主要對應光的自發發射過程。按光 輸岀的位置不同，發光二極管可分為面發射型和邊發射型。發光二極管的發光原 理同樣可以用PN結的能帶結構來解釋。制作半導體發光二極管的材料是重摻雜 的，熱平衡狀態下的N區有很多遷移率很高的電子，P區有較多的遷移率較低的 空穴。由于PN結阻擋層的限制，在常態下，二者不能發生自然復合。，而當給 PN結加以正向電壓時,溝區導帶中

18、的電子則可逃過PN結的勢壘進入到P區一側。 于是在PN結附近稍偏于P區一邊的地方，處于高能態的電子與空穴相遇時，便 產生發光復合。這種發光復合所發出的光屬于自發輻射，輻射光的波長決定于材 料的禁帶寬度Eg。本電路釆用不同顏色的發光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，他兩 燈不亮表示是低水位狀態，此時需要啟動水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示 在正常的水位線內；黃燈發亮，其他兩燈不亮為高水位狀態，水泵停止加水，三 燈閃爍表示系統出現故障。光報警電路原理圖如圖2. 4所示：D1LdJ7L o"1111pomoo mvM-iPDSTAD5PDJSTAD6 PD.?/kD?JnrLED-Y

19、ELUOlAI/dTEXAzD2k*-J-fuJJPTOCC:TE><T>CTFXT：-PN3畑 PNMAB PZAID PZ3A11Z1| L、rzzL2ZJiG24-fin 11 hntAin2SLE&-REOP2-S/A13 Kj&M P2.7fA1S25cTE<p>nu=L4-P3.inrxo P31rfU P31ht7P3.WTD1 -r7I?-L圖2. 4光報警電路的原理圖此電路采用的是共陽極的，所以只有當單片機給發光二極管為低電平時才能推動發光二極管點亮。其中R14、R15、R16為上拉電阻起限壓控流作用。2.5繼電器控制水泵加水電路

20、該電路由繼電器RL1和閉合開關、光電耦合器、水泵R13、R22、Rll、R12 以及D2、Q6等組成。當水位在低水位時單片機給Pl. 1送一個高電平導通光電耦 合器然后光電耦合器驅動Q6導致繼電器閉合從而讓220V的交流電接通使水泵加 水。繼電器控制水泵加水電路原理圖如圖2. 5所示：圖2. 5繼電器控制水泵加水電路的原理圖其中光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由 發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此 間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設 計當中發光源為發光二極管，受光器為光敬三極管。在本設計當中我們

21、釆用光電 耦合器組成開關電路的作用，能夠很好地將單片機信號穩定地送給繼電器驅動繼 電器閉合。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，在我們設計當中主要來做自動控制 作用，我們采用+5V的直流電來控制220V的交流電，以達到控制水泵的作用， 因為是在這里是以一種弱電來控制強電所以安裝和使用的過程當中我們一定要 注意用電安全注意事項。電磁式繼電器一般山鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩 端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會 在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與 單片機期末考試試理（答條）靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電

22、后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在 彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。 這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的的。對于繼電器的“常 開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點, 稱為“常開觸點”:處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點” O163軟件設計3. 1系統總流程圖系統總流程圖如圖3.1所示:開始初口與化®新掃描圖3. 1系統總流程圖垂新掃描系統總程序系統總程序如下:ORG 0000HLJMP STARTSTART:SETB P2. 0SETB P2. 1RESTART: MOV A, P2ANL A,

23、#0000001IBCJNE A, #00H, L00P1 ;在低水位之下，開啟電動機，亮紅燈SETB P2. 4SETB P2. 3CLR P2. 2LJMP RESTARTL00P1: CJNE A,#01H,L00P2 ；當超過低水位，并且未達到高水位時,；保持電動機轉動，殼綠燈SETB P2. 4SETB P2. 2CLR P2. 3LJMP RESTARTL00P2:CJNE A, #02H, L00P3 ;系統故障（達到高水位,卻沒達到低水;位）紅,綠燈均閃爍CLRP2. 4CLRP2. 3CLRP2. 2SETB P2. 4SETB P2. 3SETB P2. 2LJMPRESTARTL00P3:CJNEA, #03H, RESTART ;當達到高水位時,停止電動機，亮黃；燈SETBP2. 3SETB P2. 2CLR P2. 4LJMP RESTARTRETEND鼠片機期末右試試題（答案）4總結做了這次單片機課程設計，我有了很多體會和感想。單片機設計十分有意義 而且很重要。我們在課堂上掌握的僅僅是專業課的理論知識，課程設計能讓我們 去鍛煉我們的實踐能力，把我們