水塔水位控制系统课程设计报告

北京理工大学珠海学院课程设计课程设计（C）学院：信息学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：201年月日北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院课程设计任务书2011～2012学年第1学期学生姓名：专业班级：自动化指导教师：工作部门：信息学院一、课程设计题目水塔水位控制系统二、课程设计内容：1、硬件设计（1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。（3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。2、软件设计（1）根据功能要求画出控制程序流程图。（2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。三、功能要求：1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。3、供水系统出现故障时，自动报警。四、调试1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。撰搞人教研室主任院长签名日期2010.10.6摘要供水是一个关系国计民生的重要产业。近年来随着科技的飞速发展，自动控制水位已经成为了这个领域的发展方向。本水塔水位控制系统是以80C51单片机为核心设计的系统，首先单片机循环采集传感器的信号并经过处理，然后再发出相应的控制信号，信号经过NPN三极管放大，以及光电耦合，最后使继电器吸合，达到弱电控制强电的效果，让电机运转或停止。同时，在出现故障时，单片机产生报警信号，控制LED灯的闪烁和蜂鸣器的启动。关键词：上限下限报警目录一、课程设计题目水塔水位控制系统................................................2二、课程设计的要求................................................................................1三、课程设计用仪器和器件....................................................................1四、课程设计的内容................................................................................11、水塔水位控制原理..........................................................................................12、硬件设计..........................................................................................................23、软件流程........................................................................................................4五、课程设计心得体会............................................................................4六、参考文献............................................................................................4附录：源代码............................................................................................5北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第1页一、课程设计的目的计算机控制系统课程设计是《计算机控制系统》课程与实验结束后的一门综合性实践课。所选题目《水塔水位控制》紧密结合所学的主要内容，加深巩固所学知识，同时对所学内容进行扩展，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过电路设计、安装、调试等一系列环节的实施，提高学生的计算机控制应用系统的设计能力。二、课程设计的要求1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵上水。2、水塔水位上升至上限水位时，关闭水泵。3、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。4、供水系统出现故障时，自动报警。三、课程设计用仪器和器件硬件：1、塑料桶一个(Φ25-30cm)2、塑料尺30cm一个3、微型水泵一个4、塑料管2米5、光电耦合器4N25一个6、12V微型继电器(TWTMP-53)一个7、电路板（6*4cm）一块8、薄铜片2cm*10cm*o.5mm一块9、直流稳压电源一台、PC机一台、XL1000/XL2000仿真仪一台。10、其它：导线2米、二极管一个、PNP三极管一个、4.7K电阻2个、300欧电阻2个，12针排针1片。软件：keil软件四、课程设计的内容1、水塔水位控制原理图1水塔水位检测原理图北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第2页水塔水位控制原理图见图(1)，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V，B、C接地。在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0”)，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低．水泵供水。2、硬件设计Q0LED光耦51ΩR01234P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0单排插针+9V+5V5.1KR15.1KR2345M电机+5V图2水塔水位控制硬件图（1）如图：用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电极置于水位10cm处，接5V电源的正极；B电极置于水位15cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.0口；C电极置于水位20cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.1口。北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第3页（3）两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表1所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。C(P1.1)B(P1.0)操作00电机运转01维持原状10故障报警11电机停转表1水塔水位信号状态表（4）光电耦合器4N25光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。图2光电耦合器4N25引脚图（5）继电器继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第4页3、软件流程图3软件流程图源代码：见附录五、课程设计心得体会这次的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面、系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、计算机控制系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。在这个课程的过程中，给我留下最深印象的是，一个系统的设计和焊接或许很容易，但是在不能实现其功能时如何检查出错误才是一门真正的艺术，这里凝聚了我们所学的所有技能。与此同时我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础，这将是我求职道路上一笔重要的财富。六、参考文献[1]李全利.单片机原理及接口技术.北京：高等教育出版社，2009.[2]盛珣华，李润梅.计算机控制系统.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2007.P1.0=0？P1.1=1？P1.1=0？初始化延时1s延时0.2s，蜂鸣器报警启动报警CPLP1.4P1.3=1停机P1.2=1停机P1.2=1开始NYYNNY北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第5页附录：源代码#includereg52.hsbitb=P1^0;sbitc=P1^1;sbitd=P1^2;sbitled=P1^3;sbitfly=P1^4;voiddelay(void)//误差0us{unsignedchara,b,c;for(c=167;c0;c--)for(b=171;b0;b--)for(a=16;a0;a--);}voidmain(){while(1){P1=0xfc;if(c==0)d=0;if(c==1){led=0;fly=0;}if(b==1&&c==1){d=1;led=1;fly=1;}delay();}}北京理工大学珠海学院水塔水位控制系统第6页