液位控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

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。 目 錄 第１章　緒論 1 第2章　設(shè)計方案 2 2.1 方案舉例 2 2.2 方案比較 3 2.3 方案確定 3 第3章　硬件設(shè)計 4 3.1 控制系統(tǒng) 4 3.1.1 AT89C51單片機 4 3.1.2 AT89C51的信號引腳 6 3.1.3 單片機最小系統(tǒng) 7 3.2 感應(yīng)系統(tǒng) 8 3.3 指示系統(tǒng) 9 3.4 液位控制系統(tǒng) 10 3.5 電機與報警系統(tǒng) 11 第4章　軟件設(shè)計 13 4.1 延時子程序 13 4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序 13 4.3 指示系統(tǒng)程序 14 4.4 電機和警報系統(tǒng)程序 14 4.5 液位預選系統(tǒng)程序 15 4.6 系統(tǒng)主流程圖 17 第5章　系統(tǒng)測試 18 5.1 仿真測試過程 19 5.2 仿真結(jié)果 21 總　結(jié) 22 致 謝 23 參考文獻 22 附錄1　系統(tǒng)仿真電路 25 附錄2 源程序 26 -可編輯修改- 第１章　緒論 21世紀，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它作為自動控制中的一個核心器件在小型自動控制系統(tǒng)及信號采集方面已被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對成熟，向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展趨勢。單片機應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 在傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)中，存在著自動化程度低、調(diào)節(jié)精度差的缺點，已經(jīng)不符合當今高效、低耗、低勞動強度的要求，同時會產(chǎn)生大量的污染。對于小型測控系統(tǒng)，一般可采用以單片機為核心、配以接口電路和外圍設(shè)備，在編制應(yīng)用程式的模式來實現(xiàn)。 下面將介紹一個簡單的液位控制系統(tǒng)，可用于容器內(nèi)液體存儲，例工、農(nóng)用蓄水池，居民社區(qū)水箱等方面。此系統(tǒng)采用以單片機為控制中心的技術(shù)，不僅能使控制系統(tǒng)具有精度高、功能強、經(jīng)濟性好的特點，還節(jié)約能源、利于環(huán)保。 第2章　設(shè)計方案 2.1 方案舉例 方案一：液體流入容量控制方式。對輸入容器的液體的管道進行監(jiān)控，根據(jù)流入體積推算出容器內(nèi)液體液位高度。 容量監(jiān)控系統(tǒng) 管道控制系統(tǒng) 液流停止 液位停止 圖2-1 液體流入容量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 容量監(jiān)控系統(tǒng)：對進入容器的液體體積進行監(jiān)控。 管道控制系統(tǒng)：控制管道對液體的傳輸情況。 在液體向容器內(nèi)部輸入時，通過對容量的監(jiān)控知道容器內(nèi)的液體體積，在液體進入容器內(nèi)部的體積到達目標時，控制輸送液體的管道，使液流停止，最終達到目標液位。 方案二：簡單的連通器控制方式。在目標容器內(nèi)連接連通器，使多余的液體導入副容器，以致目標容器的液位達到目的液位。 導入液體 連通器 液位達標 多余液體溢出 輸送停止 人工控制 圖2-2 連通器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在目標液位位置給目標容器連接連通器，在觀察到多余溢出的液體流入連通器內(nèi)后，停止液體輸送。 方案三：采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)液位控制的功能。系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心控制器件，它除具有靈活強大的控制功能，以便實時檢測液位的傳遞信號、控制液位到達的高低實現(xiàn)自動控制。 控制指令 導入液體 指示系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 電機與警報系統(tǒng) 感應(yīng)系統(tǒng) 圖2-3 基于單片機實現(xiàn)的液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號傳遞給單片機控制器。 控制指令：將控制信息傳遞給單片機，使液位到達預定位置。 顯示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機辨別后，顯示當前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。 電機與報警控制系統(tǒng)：單片機經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機和報警 2.2 方案比較 方案一結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但是自動化程度低，精度不高，控制響應(yīng)時間慢，且只能單獨控制。 方案二結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。但精度不高，無法顯示，浪費資源，自動化程度低。 方案三不僅結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，而且準確度高，自動化高，節(jié)省人力資源，更重要的是利用單片機控制后，由于其擁有多個引腳，在為添加功能時更改電路方便快捷，而且內(nèi)部程序可以進行反復輸入和擦除，在以后更改控制方法時只要更改程序內(nèi)容就可以達到相對應(yīng)目的，省時省力，及其節(jié)約成本。 2.3 方案確定 綜合考慮以上方案的優(yōu)缺點以及題目的基本要求和發(fā)揮要求，在本設(shè)計中，我采用了第三種方案，即采用單片機來實現(xiàn)液位控制的功能為我此次設(shè)計的方案。主控制器AT89C51單片機與MCS51系列單片機產(chǎn)品兼容，內(nèi)部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元，不需另外擴展EEPROM及靜態(tài)RAM，可以在線下載程序，易于日后的升級。 第3章　硬件設(shè)計 該系統(tǒng)硬件設(shè)計總體思想是以單片機為控制系統(tǒng)，接受感應(yīng)信息并進行處理后，將控制指令傳出，對各個系統(tǒng)進行對應(yīng)操作。硬件設(shè)計總體框圖如圖3-1所示。 控制系統(tǒng) 復位、時鐘系統(tǒng) 指示系統(tǒng) 液位預選系統(tǒng) 電機與警報系統(tǒng) 感應(yīng)系統(tǒng) 圖3-1 硬件設(shè)計總體框圖 控制系統(tǒng)：根據(jù)輸入信息進行處理，并將控制數(shù)據(jù)傳出。 感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號傳遞給單片機控制器。 指示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機辨別后，顯示當前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。 液位預選系統(tǒng)：將控制信息傳遞給單片機，使液位到達預定位置。 電機與報警控制電路：單片機經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機和報警 3.1 控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)控制主要為單片機控制。單片機是單片微型計算機的簡稱，是指集成在一個芯片上的微型計算機，它的各種功能部件，包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出接口電路、定時/計數(shù)器和終端系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。 3.1.1 AT89C51單片機 單片機實質(zhì)上是一個芯片。它具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，單片機技術(shù)作為計算機技術(shù)的一個重要分支，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。 ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，并采用先進工藝制造，還帶有非易失性Flash程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場應(yīng)用最多。其主要特點如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。技術(shù)特點有：256字節(jié)內(nèi)部RAM；電源控制模式；時鐘可停止和恢復；空閑/掉電模式；6個中斷源；4個中斷優(yōu)先級；4個8位I/O口；全雙工增強型TUAR；3個16位定時/計數(shù)器：T0、T1(標準80C51)和增加的T2（捕獲和比較）；全靜態(tài)工作方式：0～24MHZ；AT89C51單片機的基本結(jié)構(gòu)請參見圖3-2，各部分情況介紹如下： 中央處理器（CPU）：中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。AT89C51的CPU能處理8位二進制數(shù)或代碼。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）：AT89C51芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）：AT89C51共有8KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。 定時器/計數(shù)器：AT89C51共有2個16位的定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。 T0 CPU 時鐘電路 ROM 定時/計數(shù)器 RAM 中斷系統(tǒng) 并行接口 串行接口 P3 TxD x P RxD INT0 INT1 P2 P1 P0 T1 圖3-2 AT89C51單片機結(jié)構(gòu)框圖 并行I/O口：AT89C51共有四個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 串行口：AT89C51單片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 中斷控制系統(tǒng)：AT89C51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應(yīng)用的需要。AT89C51共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個。全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。 時鐘電路：AT89C51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHZ和12MHZ。 從上述內(nèi)容可以看出，AT89C51雖然是一個單片機芯片，但作為計算機應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此實際上它已是一個簡單的微型計算機系統(tǒng)了。 3.1.2 AT89C51的信號引腳 AT89C51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其引腳排列請參見圖3-3。引腳功能見表3-1。 引腳名稱 引腳功能 P0.0~P0.7 P0口8位雙向端口線 P1.0~P1.7 P1口8位雙向端口線 P2.0~P2.7 P2口8位雙向端口線 P3.0~P3.7 P3口8位雙向端口線 ALE 地址所存控制信號 外部程序存儲器讀選通信號 訪問程序存儲控制信號 RST 復位信號 XTAL1和XTAL2 外部晶體引線端 Vcc +5V電源 Vss 地線 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9 RXD P3.0 10 TXD P3.1 11 INT0 P3.2 12 INT1 P3.3 13 T0 P3.4 14 T1 P3.5 15 WR P3.6 16 RD P3.7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 8051 表3-1 AT89C51引腳功能 圖3-3 MCS–51引腳 ALE：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 ：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 ：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。 RST：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。 XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 VSS：地線。 VCC：+5V電源。 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如AT89C51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就需要給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。最常用的是P3口線的第二功能詳見表3-2。 表3-2 P3口各引腳與第二功能表 第一功能 第二功能 第二功能信號名稱 P3.0 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 P3.1 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 P3.2 外部中斷0申請 P3.3 外部中斷1申請 P3.4 T0 定時器/計數(shù)器0的外部輸入 P3.5 T1 定時器/計數(shù)器1的外部輸入 P3.6 外部RAM寫選通 P3.7 外部RAM讀選通 3.1.3 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，由單片機、時鐘電路、復位電路等組成如圖3-4所示。主要負責各個模塊的初始化工作，讀取并處理時間、按鍵響應(yīng)、顯示等。 單片機的工作就是執(zhí)行用戶程序、指揮各部分硬件完成既定任務(wù)。單片機能夠工作的最小電路還包括時鐘和復位電路。 時鐘電路位單片機工作提供基本始終，復位電路用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復到初始值。 單片機是一個負載的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘電路是由XTAL1和XTAL2之間跨接的晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成。時鐘電路中晶體振蕩器的頻率高則系統(tǒng)的時鐘頻率就高，所以該系統(tǒng)采用12MHz晶振，工作周期為1us。 無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。本系統(tǒng)中采用的是12MHz晶振，時鐘頻率為12MHz，每個機器周期為1us，需要加上持續(xù)2us以上時間的高電平。 復位電路有兩種形式：手動按鍵復位和上電復位，在本系統(tǒng)中采用的是手動按鍵復位。如圖3-4所示，R1、C3和KEY1組成系統(tǒng)手動按鍵復位電路。 圖3-4 單片機最小系統(tǒng) 3.2 感應(yīng)系統(tǒng) 為了使單片機在液位情況不同時進行判定，從而決定工作情況，我們要給單片機傳遞液位的信息。感應(yīng)系統(tǒng)目的就是將感應(yīng)到的液位的信息傳遞給單片機，所以需要在容器中放置能夠感應(yīng)出液位情況的感應(yīng)器件，此系統(tǒng)中我們選用浮球液位計。 浮球液位計由浮球、插桿等組成。根據(jù)排開液體體積相等原理浮于液面，當容器的液位變化時浮球也隨著上下移動，由于磁性作用，浮球液位計的彈簧受磁性吸合，把液面位置變化成電信號，通過磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換成4～20mA標準電流信號，傳供給控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液位的自動檢測、控制和記錄。該儀器適用于石油、化工、電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。 通過浮球液位計所傳出的電流信號，傳遞給單片機。如圖3-5所示，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3為液位檢測信號傳遞的接口。P1.0端口接a位，P1.1端口b位，P1.2端口接c位，P1.3端口接d位。 圖3-5 信號傳遞系統(tǒng) 3.3 指示系統(tǒng) 為了得知控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時的情況，我們需要給整個系統(tǒng)添加裝置來明示，表明系統(tǒng)的進程、液體的位置，此系統(tǒng)中，采用連接指示燈來提供我們液位控制的必要的信息。如圖3-6所示，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4端口為單片機與液位位置和單片機工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)端口。在單片機工作期間，除了表明工作進行的工作指示D5 會一直保持亮的狀態(tài)，其它指示燈會為表明液位的情況相應(yīng)變亮，如表3-3所示。 表3-3 指示燈情況明示表 液位情況 亮狀態(tài)指示燈 液體到達a位 D1 液體到達b位 D1,D2 液體到達c位 D1,D2,D3 液體到達d位 D1,D2,D3,D4 圖3-6 指示系統(tǒng) 3.4 液位控制系統(tǒng) 在液位進入容器時，為了可以控制液體在容器內(nèi)液位的高度，選擇P2.0、P2.1、P2.2為預定液位的控制端口，在P2.0端口、P2.1端口、P2.2端口接入三個開關(guān)分別限定液體到達a位、b位和c位，如圖3-7所示。開關(guān)閉合時單片機會進行判定，然后根據(jù)程序進行液位控制，使進入容器的液體停止在相應(yīng)位置。如果在單片機起動后沒有開關(guān)閉合，那么液體直到d位才會停止。 圖3-7 液位控制系統(tǒng) 3.5 電機與報警系統(tǒng) 單片機在接受和判斷傳輸進來的信息后根據(jù)程序來控制電機的運轉(zhuǎn)和警報的鳴響。如圖3-7，P3.0、P3.1為電機和報警器的控制端口，P3.0端口連接電機控制電路，在端口發(fā)出高電平時，會啟動光耦合器，使電路中得電磁繼電器閉合，導通電機電路，使電機轉(zhuǎn)動將液體送入容器。其工作狀態(tài)如表3-4。 圖3-7 電機與報警系統(tǒng)圖 表3-4 電動機和報警器工作狀態(tài)表 液位情況 液位控制開關(guān)情況 電動機及報警狀態(tài) 未檢測到液體 無開關(guān)閉合 D6亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不響 液體到達a位 a位開關(guān)閉合 D6滅，電動機停，警報響 無開關(guān)閉合 D6亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不響 液體到達b位 b位開關(guān)閉合 D6滅，電動機停，警報響 無開關(guān)閉合 D6亮，電動機轉(zhuǎn)，警報不響 液體到達c位 c位開關(guān)閉合 D6滅，電動機停，警報響 無開關(guān)閉合 D6亮，電動機轉(zhuǎn)，警報響 液體到達d位 無開關(guān)閉合 D6滅，電動機停，警報響 第4章　軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序編寫內(nèi)容，可以監(jiān)控液位的不同位置，在液位處于不同狀態(tài)傳遞著不同信號而由程序控制指示燈、電機及報警器的狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)制了三個按鍵，是控制液位位置的。整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計均采用C語言開發(fā)，采用查詢的方式進行液位和按鍵狀態(tài)進行掃描，確保系統(tǒng)的實時性。系統(tǒng)框圖如圖4-1。 控制系統(tǒng) 復位、時鐘系統(tǒng) 指示系統(tǒng) 液位預選系統(tǒng) 電機與警報系統(tǒng) 感應(yīng)系統(tǒng) 圖4-1 控制系統(tǒng)框圖 4.1 延時子程序 電路中我們用的12MHz的晶體振蕩器，所以一個機器周期為1us，為了使電路中的報警器發(fā)出正常的鳴叫聲，需要一個延時子程序。內(nèi)容如下： void delay(unsigned int z) { unsigned int x,y; for(y=110;y>0;y--); for(x=z;x>0;x--); } 其中Z為自定義函數(shù)，在調(diào)用時插入語句“delay(z)”即可啟動延時，而其中的延時時間為 Z×110us。 4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序 由硬件系統(tǒng)可知，單片機的P1端口接入的是液位的感應(yīng)端，由于感應(yīng)端的關(guān)系，在感應(yīng)高位的端口時低端的感應(yīng)器一定感應(yīng)到了液位，所以端口會由于液位上漲依次接收到電信號，相對應(yīng)得函數(shù)程序，流程及其相應(yīng)程序為： 液位上升 液位到a位 液位到b位 液位到c位 液位到d位 P1==0xf0 //液位無感應(yīng)無信號。 P1==0xf1 // a位有感應(yīng)信號。 P1==0xf3 //a位、b位有感應(yīng)信號。 P1==0xf7 //a位、b位、c位有感應(yīng)信號。 P1==0xff //四個液位檔均有感應(yīng)信號。 圖4-2 液位感應(yīng)流程圖 4.3 指示系統(tǒng)程序 液位和單片機工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)接入單片機的P0端口。當端口處于高電平時指示燈就會變亮，而控制端口的高低電平就是單片機和其內(nèi)部的程序，當感應(yīng)到液位信號后，作出對應(yīng)指令。 P0.4端口的工作指示燈在單片機工作時一直都要保持亮的狀態(tài)，所以我們需要P0.4一直為高電平。 P4端口的函數(shù)指令、流程及其相應(yīng)程序如下： 液位到達a位 液位到達b位 液位到達c位 液位到達d位 系統(tǒng)啟動 液位指示燈D1亮 液位指示燈D2亮 液位指示燈D3亮 工作指示燈D5亮 液位指示燈D4亮 if(P1==0xf0) // 液位指感應(yīng)無信號 P0=0xf0; // 只有工作指示燈亮 if(P1==0xf1) // a位有感應(yīng)信號 P0=0xf1; // a位指示燈亮 if(P1==0xf3) // a位、b位有感應(yīng)信號 P0=0xf3; // a位、b位指示燈亮 if(P1==0xf7) //a位、b位、c位有感應(yīng)信號 P0=0xf7; // a位、b位、c位指示燈亮 if (P1==0xff) //四個液位檔均有感應(yīng)信號 P0=0xff; //四個液位指示燈全亮 圖4-3 指示燈系統(tǒng)流程圖 4.4 電機和警報系統(tǒng)程序 單片機的P3.0、P3.1為電機和報警器的控制端口,利用程序語言將這兩個端口定義出來，更為方便簡單的控制，例： sbit P30=P3^0; //電機端口，將P3.0接口定義為P30。 sbit P31=P3^1; //報警器端口，將P3.1接口定義為P31。 相應(yīng)端口為高電平時會導致電機啟動，報警器鳴叫，系統(tǒng)流程圖如下： 關(guān)閉電機 啟動電機 電機轉(zhuǎn) 報警器不響 電機指示燈D6亮 電機停轉(zhuǎn) 報警器響 電機指示燈D6滅 P30=1; //電機指示燈D6亮，電機啟動 P31=0; //報警器不響 P30=0; //電機指示燈D6滅，電機停 P31=1; //報警器響 圖4-4 電機和警報系統(tǒng)流程圖 4.5 液位預選系統(tǒng)程序 P2.0、P2.1、P2.2為液位預選控制的數(shù)據(jù)傳送端口，不同的感應(yīng)端口接收到信號后，通過單片機控制電機和報警器。流程圖如下： N Y 電機轉(zhuǎn)動 是否有按鍵按下 相應(yīng)液位是否有液體感應(yīng) Y N 電機停止 圖4-5 液位控制系統(tǒng)流程圖 a位控制： if(P1==0xf1) // a位有感應(yīng)信號 { P0=0xf1; // a位指示燈亮 if(P20==0) // a位預選開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=1; // 報警 } } b位控制： if(P1==0xf3) // a位、b位有感應(yīng)信號 { P0=0xf3; // a位、b位指示燈亮 if(P21==0) // b位預選開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=1; // 報警 } } c位控制： if(P1==0xf7) // a位、b位、c位有感應(yīng)信號 { P0=0xf7; // a位、b位、c位指示燈亮 if(P22==0) // c位預選開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=1; // 報警 } } 液位達到d位時，點機會自動停止，報警器鳴叫，程序如下： if (P1==0xff) // a位、b位、c位、d位均有感應(yīng)信號 { P0=0xff; // a位、b位、c位、d位水指示燈全亮 { P30=0; //電機停 P31=1; //報警 } } 4.6 系統(tǒng)主流程圖 系統(tǒng)的軟件主流程圖如圖4-6所示。 讀取液位信息 指示燈顯示 初始化 液位控制鍵位按下 是否液位達標 電機轉(zhuǎn) 電機停 N Y 結(jié)束 開始 圖4-6 主程序流程圖 系統(tǒng)程序詳見附錄2。 第5章　系統(tǒng)測試 本設(shè)計的核心是采用AT89C51單片機，外部連接電子電路，構(gòu)成了一個多位控制的液位控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的仿真采用PROTEUS軟件，由于軟件內(nèi)沒有浮球等液位感應(yīng)器，所以連接簡單電路代替。如圖5-1所示，設(shè)有4個接地開關(guān)SW1-SW4，對液位進行仿真控制如果沒有開關(guān)斷開，就相當于液體低于a位，電機會自動運行。但要注意，在液位處于高液位時液位肯定浸沒過低液位，所以在表示高液位開關(guān)斷開時，低于此液位的開關(guān)也要處于斷開狀態(tài)，對應(yīng)仿真情況如表5-1。 圖5-1 信號傳遞仿真系統(tǒng) 表5-1 液位情況仿真表 液位情況 開關(guān)狀態(tài) 未檢測到液體 開關(guān)全部閉合 液體到達a位 SW1斷開，其他開關(guān)全閉合 液體到達b位 SW1，SW2斷開，其他開關(guān)閉合 液體到達c位 SW4閉合，其他開關(guān)全斷開 液體到達d位 開關(guān)全部斷開 5.1 仿真測試過程 進行系統(tǒng)仿真。 運行系統(tǒng)，開始傳感器無感應(yīng)（如圖5-1），P0.4端口保持高電平，D5會保持亮的狀態(tài)說明系統(tǒng)正在運行（如圖5-2所示），此時程序會使P3.0端口為高電平，P3.1端口為低電平，而當P3.1端口為高低電平，會使報警電路導通，才能使報警器會鳴叫。 圖5-2 系統(tǒng)運行工作指示燈D5亮 當P3.0端口為高電平，D6會變亮，會啟動光耦合器，電流同過電路三極管后會被放大到足夠大，以啟動電磁繼電器使開關(guān)吸合，使電機電路導通，如圖5-3所示。 圖5-3 電機轉(zhuǎn)動 當開關(guān)SW1斷開時，P1.0端口為高電平（如圖5-4），如果開關(guān)SW5于閉合狀態(tài)下，會使P2.0端口為低電平，此時程序會使P3.0端口為低電平，P3.1端口為高電平，則電機會停止，報警器會鳴叫，如圖5-5；開關(guān)SW5于斷開閉合狀態(tài)下，會使P2.0端口為高電平，此時程序會使P3.0端口為高電平，P3.1端口為低電平，則電機會轉(zhuǎn)動，報警器不會鳴叫。 圖5-4 模擬液位到達a位，SW1斷開 圖5-5 a位控制開關(guān)閉合 當開關(guān)SW2斷開時（SW1已處于斷開），P1.1端口為高電平（P1.0端口已處于高電平）指示燈D1，D2會變亮，判斷此時開關(guān)SW6狀況，如果此時開關(guān)SW6處于閉合狀態(tài)下，電機則會停止，報警器會鳴叫；否則電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 同理，在開關(guān)SW3斷開時，指示燈D1，D2，D3會變亮，判斷開關(guān)SW7的狀況。 而在開關(guān)SW4斷開時，液位指示燈會全亮，電機會自動停止且報警器鳴叫。 5.2 仿真結(jié)果 系統(tǒng)通過仿真調(diào)試后，可以穩(wěn)定運行，進行液位控置，且可以在系統(tǒng)進行時更改預設(shè)液位。但要注意在運用電磁繼電器時，要使電路有足夠的電壓啟動它；連接報警器時，要考慮單片機內(nèi)部時鐘始終頻率。 總　結(jié) 本設(shè)計以功能齊全適用于大眾為指導思想，選取AT89C51單片機為控制核心。通過外圍元件構(gòu)成了一個具有容器內(nèi)液位不同位置控制的液位控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)擁有指示燈顯示液位，鍵位預選液位，到目的液位的報警功能，軟件程序采用均采用C語言編寫，便于移植與升級。 整個系統(tǒng)是根據(jù)單片機對液位感應(yīng)信號和液位控制端口的循環(huán)判斷后，做出對電機的端口信號控制，控制液體的導入與否進而控制了容器內(nèi)部的液位。 系統(tǒng)經(jīng)連接、調(diào)試后，可以穩(wěn)定運行，同時可以對液體進入容器位置進行預先設(shè)置。系統(tǒng)具有線路簡單、清晰、體積小、價格低等優(yōu)點，但無法實時監(jiān)控液位情況，添加或更換不同的液位傳感器可以改進這一情況，之后可以根據(jù)容器參數(shù)計算出液體體積 。 本設(shè)計系統(tǒng)主要的控制對象是電機，在不同的情況下來選擇電機的啟動和停止，沒有對液體流入容器的整個系統(tǒng)進行多方面的控制，此系統(tǒng)可以在影響液位的其他方面的因素進行提升和改進，形成多方向控制液位系統(tǒng)。  致 謝 在本次論文設(shè)計過程中，感謝我的學校，給了我學習的機會，在學習中，老師從選題指導、論文框架到細節(jié)修改，都給予了細致的指導，提出了很多寶貴的意見與建議，老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。這篇論文是在老師的精心指導和大力支持下才完成的 　　感謝所有授我以業(yè)的老師，沒有這些年知識的積淀，我沒有這么大的動力和信心完成這篇論文。感恩之余，誠懇地請各位老師對我的論文多加批評指正，使我及時完善論文的不足之處。 　　謹以此致謝最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱的各位老師表示衷心的感謝。 -可編輯修改- 參考文獻 [1] 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導.北京:高等教育出版社，2003 [2] 詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京:高等教育出版社，2004 [3] 旭東.實用電子電路精選.北京:化學工業(yè)出版社，1999 [4] 王漢才.單片機原理及接口技術(shù).北京:清華大學出版社，1996 [5] 李偉.單片機原理及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社，2002 [6] 張平.單片機原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2003 [7] 王新穎.單片機原理及應(yīng)用.北京:北京大學出版社，2008 [8] 陳忠平.單片機基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實踐.北京:北京航空航天大學出版社，2006 [9] 沈慶陽.8051單片機實踐與應(yīng)用.北京:清華大學出版社,2003 [10] 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.北京:北京航空航天出版社,2006 [11] 楊振江.單片機實用子程序及應(yīng)用實例.西安:西安電子科技大學出版社,2007 附錄1　系統(tǒng)仿真電路 附錄2 源程序 #include sbit P30=P3^0; //電機接口 sbit P31=P3^1; //報警器接口 sbit P20=P2^0; //a位控制 sbit P21=P2^1; //b位控制 sbit P22=P2^2; //c位控制 **************************延時子程序*********************** { unsigned int x,y; //延時110*Z us for(y=110;y>0;y--); for(x=z;x>0;x--); } ****************************主程序************************** void main() { *******************初始化******************** P30=1; // 電機轉(zhuǎn) P31=0; // 工作指示燈亮 P0=0x10; // 液位控制開關(guān)接通 P2=0xff; ********************控制***************** while(1) { ***********情況一 液位無感應(yīng)信號******** if(P1==0xf0) { P0=0xf0; // 沒有液位指示燈亮 } else { ***********情況二 a位有感應(yīng)信號******** if(P1==0xf1) { P0=0xf1; // a位　指示燈亮 if(P20==0) // a位　開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=~P31; // 報警 delay(200); // 延時 0.022s } else { P30=1; //電機轉(zhuǎn) } } ***********情況三 a位、b位有感應(yīng)信號******** else if(P1==0xf3) // a位　b位　有感應(yīng)信號 { P0=0xf3; // a位　b位　指示燈亮 if(P21==0) // b位開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=~P31; // 報警 delay(200); // 延時 0.022s } else { P30=1; // 電機轉(zhuǎn) } } ******情況三 a位、b位、c位有感應(yīng)信號****** else if(P1==0xf7) // a位、b位、c位 有感應(yīng)信號 { P0=0xf7; // a位、b位、c位 指示燈亮 if(P22==0) // c位控制開關(guān)按下 { P30=0; // 電機停 P31=~P31; // 報警 delay(200); // 延時 0.022s } else { P30=1; // 電機轉(zhuǎn) } } ********情況四 四個液位都有感應(yīng)信號****** else if (P1==0xff) // 四個液位均有感應(yīng)信號 { P0=0xff; // 四個液位指示燈都亮 { P30=0; //電機停 P31=~P31; //報警 delay(200); // 延時 0.022s } } } } }  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學習課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學習課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考