自动给水系统设计

摘要

单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。

本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。介绍了基于单片机的水位控制系统的设计及其相关内容。系统属于典型的基于单片机的大惯性环节的PID闭环控制装置，通用性很强，在工业过程控制中有着广泛的应用。控制系统中引入单片机，可以充分利用单片机在对采集数据加以分析并根据所得结果做出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。采用单片机对水位进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控系统的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量。

关键词：水位控制MCS-8051EPROM744874LS164

Abstract

The development and application of MCU (Micro Control Unit) have made a great change in many fields of modern industrial detect and control. Because of the small scale, low price and high efficiency of MCU, it is widely used in home appliances and industrial control. in the process of producing. Current, voltage, temperature and pressure are usually the parameter to be monitored.

The design of “The water level control system based on MCU of is introduced in this paper. As a typical design inlarge inertia control system, the design needs the knowledge of automation theories, analog and digital electronics. A digital PID controller is used in the system, which iscalled DDC(direct digital control)system. The DDC system can not only replace the analog system, but also can realize the more plicated rules of control through changing the program of software, not even changing a ponent in the electro circuit. It can improve reliability of the whole system.The water level which is controlledby the MCU is not only convenient, advantage but also raise technologyParameter of the system controlled,thus the quality of the product could raisegreatly.

Keywords: MCS-8051,EPROM7448,74LS164,water level control

摘要I

Abstract ...................................................................................................... I I

目录II

前言1

1 绪论2

1.1 课题的提出及意义2

1.2 单片机的概述及发展趋势3

1.3 水箱水位控制系统组成及原理4

1.3.1 水箱水位控制系统组成4

1.3.2 水箱水位控制系统的原理5

2 系统硬件的选择及其功能特性6

2.1 MCS-51单片机的结构6

2.2 MCS-51单片机的引脚及其功能8

2.3 MCS-51单片机存储器配置10

2.3.1 MCS-51内部数据存储器10

2.3.2 对8051扩展的外部程序存储器12

2.4 MCS-51单片机的时序14

2.5 LED发光二极管15

2.6水泵的介绍

3 硬件电路的设计20

3.1 时钟电路20

3.2 复位电路22

3.3 水位采集电路设计24

3.4 报警电路设计26

3.5 控制电机电路27

3.6 看门狗技术

3.7系统总电路31

4 软件设计32

4.1 概述32

4.2 主程序设计框图33

4.2.1 主程序流程图33

4.2.2 源程序代码34

总结35

致谢37

参考文献36

前言

随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。

在水箱水位控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。在工业生产中如：锅炉、蒸汽机等，在日常生活中如:自动水位电热水器,都用到以单片机（小型），PLC（大型）作为主控芯片来实现自动控制水位的原理。随着生产的发展，在工业中，上述设备对水位的控制要求越来越高，随着人们生活水平的提高，对日常用品的自动化也提出了更高的要求，单片机的不断更新换代，满足了上述的要求，达到自动控制的目的。

水位控制系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。虽然自适应、自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。

近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。

温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量。其中液位是一个非常重要的过程变量。在机械控制系统尤为重要,液位控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。目前，在很多场合下，

液位已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在液位的升降上，因此对液位的监测的意义越来越大。单片机对水位的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机水位控制系统的基本知识，了解单片机水位控制系统的相关技术，并在此基础上选择了使用8051单片机作为核心设计，并学习7448、74LS164模拟电子技术等方面的知识。这是课题研究的基础性内容。

第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中重要器件的使用方法，以及编写出水位检测程序，延时子程序。

通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成单片机水位控制系统的设计。

1 绪论

1.1课题的提出及意义

随着自动化技术的迅速发展和人们生活水平及需要的不断提高，越来越多的自动控制设备走入了大家的生活，对自动控制设备的设计技术要求也越来越高。所以本次毕业设计选择水箱水位控制系统。传统的自动水位控制系统采用电子线路完成设计，那样存在布线非常麻烦，而且由于线路多的原因，系统的稳定性较差。近年来由于单片机的发展迅速，几乎所有的自动控制系统都可以通过单片机以及部分电子器件来设计。而单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此课题采用单片机完成对水箱水位控制系统的控制中心的设计，这样系统的设计就原来人工控制、半自动控制转变为全自动控制，将由原来传统的纯硬件转变为硬件与软件的结合，减轻了原来的布线难度，而系统的稳定性会更好。课题设定了水位的上限值，下限值，并对水位进行实时采集，