单容水箱液位检测仪设计

I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目单容水箱液位检测仪设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能水箱是常用的储水装置，单片机控制的水箱液位检测仪，液位高度：10cm—30cm，控制要求：（1）系统每隔2分钟采集一次液位值，正常情况下，由显示器显示；（2）当液位达到30cm以上时，红色指示灯常亮，并伴有声音报警，低于10cm时,黄色指示灯亮，也伴有声音报警；当液位10cm—30cm之间时，绿色指示灯长亮。设计任务及要求1、分析系统功能，选择单片机、传感器和功能模块；2、设计系统的硬件电路图；3、编写相应的软件，完成控制系统的控制要求；4、上机调试、完善程序；5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数液位检测范围0cm—100cm，检测精度±1cm。进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2天）2、系统硬件设计及模块选择（3天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天）4、撰写、打印设计说明书（1天）5、验收及答辩（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日II摘要随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中。本系统采用单片机STC89C51为控制核心来实现水位的基本控制功能。系统由键盘、LCD12864、PCF8591、液位传感器LM1042、电源和控制部分组成。系统从硬件电路设计，软件与上位机软件设计等几个方面介绍了基于单片机的单容水箱液位检测仪设计过程，给出相应的软件设计流程图和C语言程序以及原理图，并用keil软件编程仿真。最终实现了液位的实时测量与监控。系统可根据需要设定水位控制的高度，同时具备超限报警和故障报警功能，具有良好的检测控制功能。关键词：STC89C51；LCD12864显示；液位检测III目录第1章绪论................................................1第2章课程设计的方案......................................32.1概述.........................................................32.2系统组成总体结构.............................................3第3章硬件设计............................................43.1硬件设计概要.................................................43.1.1系统硬件电路设计原则...................................43.1.2系统硬件选择...........................................43.2单片机最小系统设计...........................................73.3液位传感器电路设计...........................................73.4AD转换单元硬件设计...........................................83.5其他电路及系统PCB图.........................................8第4章软件设计...........................................104.1系统软件设计................................................104.2各模块程序分析..............................................114.2.1主程序设计............................................114.2.2显示模块软件设计......................................124.2.3A/D转换程序设计......................................13第5章系统测试...........................................16第6章课程设计总结.......................................17参考文献..................................................18附录......................................................191第1章绪论随着我国的国民经济与生活水平的发展，各个行业对自动化的需求也日益增加，为减少污染、节约资源，单片机的控制技术得到了广泛的应用。无论是在工业生产中，还是在其他行业，水都是人们生活中不可或缺的资源，大部分都会使用到水箱，水箱里的水位控制就是最重要的问题了，以前都会有专门的人看管，既浪费人力，又不能准确的判断水位高低。所以以单片机控制水箱的水位就得到了广泛应用。水位控制系统是以水位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在目前的过程控制领域中水位控制的研究引起了广泛的关注，随着集成电路规模的日趋大型化、复杂化，各种复杂的液位控制系统已成为一个研究焦点。单片机是靠程序运行的，并且是可以修改的，通过不同的程序实现不同的功能。尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大的力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。为什么一点要用单片机呢，原因很简单，只因为单片机通过自己编写的程序便可以实现高智能、高效率以及高可靠性。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统），而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中，取得了很大的成绩，总结了很多经验，但是各行业仍处于发展期，经调查，更多科研研究在这方面开展的工作更看重的是理论和算法，数年来这方面的研究的论文较多，但着重生产实际的很少。一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已积累了很多经验，奠定了基础，进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上，与其他发达国家相比还存在差距，但是我国的研究人员已经克服很多困难，并在不断地摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平，这是发展趋势。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的水位进行自动控制。比如自动控制冰箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同、精度不同，但是基本的控制原理可以归纳为一般的反馈控制方式，他们的主要区别在于检测水位的方式、反馈方式、以及控制器上的区别。随着单片机和微机技术的不断发展，由PC机和多台单片机构成的多机向网络发展。2单片机自问世以来，性能不断地提高和完善，体积小、速度快、功率低的特点使它的应用领域日益广泛。一般，工业控制系统的工作环境差，干扰性强，利用单片机控制就能克服这些缺点，因此单片机在控制领域得到广泛的应用，使用单片机控制液体的水位是个很好的选择。基于51单片机的液位控制系统既满足系统精度的要求，同时具有可靠性。3第2章课程设计的方案2.1概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计单容水箱液位检测仪，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。应用场合:应用于自动控制冰箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。2.2系统组成总体结构系统方案设计液位控制是利用把液位的状态转换成模拟信号,再通过模数转换芯片PCF8591把输出状态直接接到单片机的I/O接口，单片机经过运算控制，输出信号，输出接口接LCD12864进行显示,实现液位的报警和键盘的显示与控制。图2.1即是系统结构框图。键盘输入单片机STC89C52报警电路PCF8591液位传感器LCD12864液晶显示图2.1系统结构框图4第3章硬件设计3.1硬件设计概要3.1.1系统硬件电路设计原则一般在系统硬件电路设计应遵循以下原则：（1）尽可能选择标准化、模块化的典型电路，且符合单片机应用系统的常规用法。（2）系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。（3）可靠性及抗干扰设计是硬件设计不可缺少的一部分。可靠性、抗干扰能力与硬件系统自身素质有关，必须认真对待。（4）硬件结构应结合应用程序设计一起考虑。软件能实现的功能尽可能由软件完成，以简化硬件结构。但“软化”的结果也许会使响应时间比硬件的响应时间长。在实时性要求比较高的场合应采用硬件完成。（5）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力3.1.2系统硬件选择（1）主控元器件单片机的选择单片机选择STC89C51，STC系列单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。STC89C51RC是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810专用复位电路。89C51单片机的引脚如图3.1所示：5图3.1STC89C51引脚图各引脚简单功能介绍：VCC：供电电压。GND：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。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。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。P2口：P2口为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门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。6XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（2）液晶显示器的选择液晶显示的原理(LCD)是用液晶物理特性,通过电压的显示区域控制,有电的人