基于单片机的水位控制系统设计.

课程设计任务书题目水位控制器设计专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容：①熟悉单片机应用系统的设计方法和规范，达到综合的目的。②学习文件检索和查找数据手册的能力。③学习protel软件的使用。④学会整理和总结设计文档报告。二、基本要求：①以MCS-51系列单片机为核心，组成一个水位自动控制系统。②六区间式水位显示。③全自动位式进水。④满水、低水水位报警。⑤水位传感器故障自检及报警提示。⑥能延时恢复的报警消音。三、主要参考资料：①张毅坤等单片微型计算机原理及应用西安西安电子科技大学出版社②李建忠编著单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：2013年12月16日目录水位控制器设计摘要..................................................I1、概述...................................................11.1、系统原理.....................................................................................11.2、系统结构图.................................................................................11.3、控制方案说明.............................................................................21.4、系统组成及原理.........................................................................22、硬件设计...............................................42.1、单片机最小系统电路设计.........................................................42.2、水位检测传感器的选用.............................................................52.3、稳压电路的设计.........................................................................62.4、光报警电路的设计.....................................................................72.5、水泵的介绍.................................................................................92.6、继电器控制水泵加水电路.......................................................122.7、电源电路...................................................................................132.8、看门狗技术...............................................................................143、软件设计..............................................173.1、系统总原理图...........................................................................173.2、系统程序清单...........................................................................18总结.....................................................20参考文献.................................................21附录.....................................................22水位控制器设计摘要设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。调查的过程当中发现，目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不便。引起了老百姓的抱怨----水用完之前，不知道水已经很少，待用完后才知晓，如果是急需水的情况下，那就十分麻烦要等加水后才有水用；加水的过程当中，还需要人时刻检查水位情况，以防止水量超过最高水位线；所有这一切问题的存在，都在呼唤一种简单经济的水位控制系统的诞生。另外，现在许多的锅炉系统、防洪系统也需要对水位进行控制，以能够方便地控制水位，对不同的水位进行报警，所以如果研制了一种很好的水位控制装置便能够很好地造福人民。相信本次的设计一定能够给老百姓的生活带来方便，也一定会具有广阔的市场前景，一定能够使我们电子设计能力得到很好的锻炼，使我们的理论和现实生活联系起来！关键词：单片机；水位检测；控制系统水位控制器设计11、概述1.1、系统原理当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1口单片机经过分析，在P1.2口输出一低电平，驱动红灯亮，P1.5出来一个信号使光电耦合器GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，在P1.3引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P1.4引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1.5端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。1.2、系统结构图电源电路水塔模型水箱水泵加水系统显示系统水位检测传感器稳压电路单片机AT89C2051图1-1系统结构图水位控制器设计2采用单片机AT89C2051作为我们的控制芯片,主要工作过程是当高塔中的水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,然后单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮;当水位在正常范围内时,水泵加水,绿灯亮,;当水位在高水位时,单片机不能驱动水泵加水,黄灯亮。1.3、控制方案说明这个方案中使用了单片机处理，单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,由于AT89C2051单片机有四端口，20引脚能够非常方便地设计显示系统。1.4、系统组成及原理本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。主电气原理图如下：水位控制器设计3RST1(RXD)P3.02(TXD)P3.13XTAL24XTAL15(INT0)P3.26(INT1)P3.37(T0)P3.48(T1)P3.59GND10VCC20P1.719P1.618P1.517P1.416P1.315P1.214P1.1(AIN1)13P1.0(AIN0)12P3.711U1AT89C2051Q5NPNQ4NPNR13100KR12100R112KP1.1+5VP1.1Q5NPNQ4NPNR6100KR5100R42KP1.0+5VD6DIODED5DIODE123K2CON3+5VR21KR31K+5VR11KC310uFSW-PBY112MHZC233pFC133pF+5VD10YELLOWD9GREEDD8REDR161KR141KR151K+5VD4D2C50.1uFC60.1uFC70.01uF123J1CON3Vin1GND2Vout3U27805Vin1GND2Vout3U17812C41000uFU3GDOUHEJUMPRELAY-SPDTV1VSIND3D1GND5V12V123K1CON3R91KR82KR72KR1010KD7Q3NPN+5V+5VQ012Q19Q28Q311MS16MS27MR12MR23CLK014CLK1U27490C147uFC40.1uFTRIG6CVolt3R4XDCC145DIS1THR2GND7U3ANE556R210KR110kR44.7kR61kR51kR310k+5V+5VC30.01uFA1B2Y3UIA7432C20.01uFU407-02-01P1.6RESET图1-2原理图工作原理：当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1口单片机经过分析，在P1.2口输出一低电平，驱动红灯亮，P1.5出来一个信号使光电耦合器GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，在P1.3引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P1.4引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1.5端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。水位控制器设计42、硬件设计2.1、单片机最小系统电路设计AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。本设计中单片机采用AT89C2051，它是一种高性能低价格单片机。引脚(20个)和指令系统与8031单片机完全兼容。片内有2K字节的闪速程序存储器(采用电擦除编程,可重复编程1000次,数据可保10年),除没有P0口、P2口外,具有8031所有功能结构,即一片AT89C2051相当于8031、373、2716组成的最小系统。用它构成的测量、控制系统具有电路简单、可靠性好、体积小和成本低等优点。AT89C2051的P1口为八位双向I/O口,P1.2～P1.7有内部上拉电阻,P1.0与P1.1无内部上拉电阻。P1.0与P1.1具有第二功能,分别作为片内精密比较器的同相、反相输入端。P1口输出驱动器能提供20mA的灌电流驱动能力,其锁存器写1时可作为输入口。AT89C2051的P3口为七位双向I/O口,有内部上拉电阻,P3口输出驱动器能提供20mA灌电流驱动能力,其锁存器写1时可作输入口。P316作为输入线与片内精密比较器输出端在片内相连,故无引出线,但可水位控制器设计5读该位的值。P310～P315的第二功能与8031P3口相应口线的第二功能完全相同。综上所述,P1和P3口中的各口线可直接驱动发光二极管,不用再配置发光二极管驱动电路,P1.0与P1.1具有第二功能,不用再配置比较器,从而简化了控制电路的结构。RST1(RXD)P3.02(TXD)P3.13XTAL24XTAL15(INT0)P3.26(INT1)P3.37(T0)P3.48(T1)P3.59GND10VCC20P1.719P1.618P1.517P1