基于单片机的水位检测与控制系统的研究与设计要点

江西理工大学南昌校区毕业设计（论文）题目：基于单片机的水位检测系统的研究与设计系别：信息工程系专业：电气自动化班级：09自动化1班学生：凌晖学号：09321108指导教师：郭泉江职称：助教江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）1江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）I摘要现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统发挥着越来越大的作用。随着社会的进步、生产工艺和生产技术的发展，人们对液位的检测与控制提出了更高的要求。而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及，单片机控制系统以其控制精度高，性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用到液位系统的控制中来。本设计用液位检测集成芯片LM1042、A/D转换芯片A/D574A、继电器、水泵，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测与控制的原理、电路及监控程序。用LM1042液位检测集成芯片测量液位，具有测量精度高、速度快、可靠、稳定等优点；采用单片机来控制液位信息的采集，并且计算出真实液位值，通过运算判断是否超限报警，使检测与控制具有更高的智能性。关键词：AT89C51；AD574A；液位检测；LM1402；超限报警；继电器；水泵.江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）IIABSTRACTModernsensingtechnology,electronictechnology,computertechnology,automaticcontroltechnology,informationprocessingtechnologyandnewtechnology,newmaterialforthedevelopmentoftheintelligentdetectionsystemdevelopmenthasbroughtanunprecedentedmiracle.Inindustry,nationaldefense,scientificresearchandmanyotherfieldsofapplication,intelligentdetectionsystemisplayingthemoreandmoremajorrole.Alongwiththeprogressofthesociety,theproductiontechnologyandproductiontechnologydevelopment,thepeopletotheleveloftestandcontrolputforwardhigherrequest.Andthenewelectronictechnologyofmicroelectronicstechnologyandmicrocomputer'swidelyusedinpopularity,single-chipmicrocomputercontrolsystemwithitshighcontrolaccuracy,highperformanceisstableandreliable,setting,convenientoperation,costlowcharacteristic,hasbeenappliedtotheliquidlevelcontrolsystems.ThisdesignwithliquidleveldetectionintegratedchipsLM1042,A/Dconverse.Keywords:AT89C51;AD574A;Theliquidleveldetection;LM1402;Overrunalarm;Relay;Waterpump.目录第一章绪论........................................11.1水位检测技术的应用与发展............................11.2水位检测系统设计的意义..............................11.3本设计研究的内容和方法..............................1第二章系统硬件设计.................................32.1系统总体功能概述....................................32.2核心芯片的选择......................................42.3硬件原理图.........................................10第三章系统软件设计................................153.1软件功能概述.......................................153.2主程序设计.........................................163.3定时器T0中断服务程序..............................173.4A/D转换子程序.....................................183.5LED显示子程序.....................................18第四章结论.......................................19参考文献............................................20致谢..............................................21附录..............................................22江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）附录一主程序代码......................................22附录二电路图.........................................26附录三PCB版.........................................27江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）1第一章绪论1.1水位检测技术的应用与发展当今的工业领域中液位检测对许多自动控制方案来说都至关重要。现代电子技术、传感技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，也促进了水位监测技术自动化的发展。水位监测是采集、存储、传输、处理等技术的集成。从传统的水位检测与控制方式即人工监测技术分析来看，主要存在以下问题：首先记录方式以模拟方式为主，就是数学方式记录的也很难方便的输入计算机处理，其次数据处理基本靠人工处理判断，费时易错，最后水位信息的采集、传输、处理的实时性和准确性较差，控制也是全人工操作，无法适应现代水文的需求。因此，要用自动化技术促进水位检测与控制自动化的发展。1.2水位检测系统设计的意义水位检测系统是自然界和一般工业界不可缺少的一种检测系统。但凡江河湖海，工业中应用的蓄水池、水塔、水箱、地下水等都需要有水位检测。供水系统中有许多设备由于所处地势高，上下极为不便，有时水即将用完或者已经用完也不知道，造成需用水时却水量不足或者无水可用的情况。此时，在向池中注入水过程中，由于不知道水位情况，也就无法控制水量多少，为了准确掌握水位情况，传统的做法是安排人员进行人为监控，这样不仅会占用人力、物力，还会大大影响工作效率。为此需要对水位监测情况实现自动化监测、数据化、智能化显示、视觉或听觉冲击化报警，实现水位检测一个完整的系统，那么工作人员便可以在操作室获知整个设备的水位状况，如此不但大大减低工作人员的危险性，同时更提高了工作效率及简便性。1.3本设计研究的内容和方法内容：本设计以MCS-51系列单片机为核心设计水位检测系统，自行设计电源，选用液位检测传感器检测液位，数码管显示，当液位高度太高或太低时，报江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）2警（可采用中断方式设计），由单片机控制继电器的闭合来控制水泵的工作，达到调节水位的效果。方法：本设计经过调研，收集且分析相关技术资料，综合考虑液位检测技术发展和液位检测系统特点的基础上，提出把液位检测显示同超限报警综合的解决方案。本系统采用AT89C51单片机作为处理器，主要完成以下工作：1．基于AT89C51的液位信息检测设计方案。2．传感器LM1042、A/D转换芯片AD574A与单片机的接口电路设计。3．LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。4．继电器控制水泵加水电路的设计。5．设计主要软件程序模块，完成软件设计。江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）3第二章系统硬件设计2.1系统总体功能概述该系统可看做两个方面：检测装置与控制执行。系统以AT89C51作为核心控制部件。检测装置由传感器、一片A/D转换芯片和一片数码管驱动芯片来完成液位的检测、显示和超限报警。LM1042外接的热阻探针温度的变化依赖于周围材料的热阻的大小，而空气和液体的热阻大小有很大差别，从而可以根据探针在液体中的深度不同时电阻的不同检测出液位的深度信息，由LM1042内部转换电路网络转换为与液位成线性关系的电压信号，再由12位逐次逼近型A/D转换芯片AD574A将模拟信号转换为数字信号，实现液位信息的输入，AT89C51从AD574A读取液位信息后进行数据处理和超限判断，随后将处理过的数据输出到数码管驱动芯片ICM7218的RAM中，由ICM7218实现数码管的静态显示，若液位超限则由单片机驱动蜂鸣器报警。控制执行方面，通过单片机的输出电信号控制继电器的闭合，实现对水泵的控制。图2-1系统总体结构图各部分功能：1.电源部分提供+5V+15V-15V电压供系统各部分使用。2.传感器LM1042实现液位信息到电压信号的转换。AT89C51液位LED驱动器继电器水泵电源传感器AD转换数码管江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）43.AD574A将传感器输出的电压信号经A/D转换成数字信号后送到单片机。4.AT89C51为处理器，实现液位信息的接收、数据处理、和输出到ICM7218.5.蜂鸣器部分在单片机检测到液位超限是由单片机驱动实现声音报警。6.单片机对液位数据处理后输出，由ICM7218驱动数码管显示。7.水泵加水电路由继电器进行控制。2.2核心芯片的选择（1）单片机AT89C51单片机是把微型计算机主要部分集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。单片机AT89C51由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。1.主要特性：●8位CPU●内置4K字节可重复编程Flash●寿命：1000写/擦循环●全静态工作：0HZ-24HZ●三级程序存储器锁定●128*8位内部RAM●32根可编程I/O线●两个16位定时器/计数器●5个中断源，2个中断优先级●可编程串行通道●低功耗的闲置和掉电模式●片内振荡器和时钟电路2.管脚说明：江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）5图2-2AT89C51的引脚图Vcc:供电电压Vss:接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，他可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLISH进行校验时，P0输出源码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉位高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLISH进行校验时，P1口作为第八地址接受。P2口位一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电