水塔水位控制报告
水塔水位控制报告
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评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院xx年7月1日1引言该设计是针对水塔水位控制系统的要求所做。随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，其目的重在于单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。在此水塔水位控制系统中，单片机充当着主要的角色。它控制整个系统的运行，可以完成水位高低的控制。检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保
持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。2设计方案及原理2、1设计原理单片机水塔水位控制原理如图2、1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，
B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。
当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A 棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。
当水位降到下限时，B，C棒都不能与A棒导电，因此，b，c 两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。
图2、1 水塔水位控制原理图3设计方案本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。
水塔水位的硬件原理图如图3、1所示。
图3、1 硬件原理图其中，1>使用AT89C51单片机，本系统采用2732构成4KB的外扩展程序存储器。74LS373作为地址锁存器。2>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，其中10状态正常情况下是不可能发生的，但在设计中应该考虑到，并作为一种故障状态。3>控制信号由P1、2输出，去控制电机，并串联一个发光二极管，用来显示电机的运转与否。4>由P1、3输出报警信号，驱动一支发光二极管和一只喇叭进行声光报警。
4硬件设计水塔水位控制系统主要有CPU（AT89C51）、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成。4、1 时钟电路和手动复位电路单片机的时钟电路和外部手动复位电路如图4、1所示。图4、1 时钟电路和外部手动复位电路其中，在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度就快，同时对存储器的速度也高。复位电路的成功与否，关系到一个单片机系统能否正常运行，本设计采用按键电平复位方式，是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。4、2 水位检测接口电路、故障报警电路为了便于水位检测，在实际仿真过程中用一个两位的拨码开关模拟b、c端的状态，从而实现水位状态的四种组合，如图4、2所示。正电极接
P1、0和P1、1口，每个负电极分别通过4、7K的电阻接地，将单片机的P1、0口接开关1，P1、1口接开关2。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时（此时两个开关均置0），电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内，检测信号为高电平，此时开关1置1，开关2置0；当水位过高时，检测信号为高电平，此时开关1和开关2都置1，单片机检测到P1、0和P1、1为高电平后，立即停机。为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出和低于警戒线水位时，报警电路产生光电报警。单片机P1、2为启动电机命令输出端口，通过反相器与电机相连，P1、2为低电平时电机运转，否则，电机停转；电机故障报警由单片机的P1、0和P1、1口控制，当P1、1为高电平，P1、0为低电平时，表示产生故障，则P1、3为低电平，报警灯亮，同时喇叭响。出现故障时，电机也停止转动。图4、2 水位检测接口电路、故障声光报警电路4、3 存储器扩展电路为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器2732，用于存放源程序代码，因只扩展一片存储器，片选端OE接地。
74LS373用于地址锁存，地址锁存信号ALE接锁存器的LE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输。扩展电路如图4、3所示。图4、3 扩展4KB外部ROM电路图5软件设计5、1程序流程图该水位控制系统软件设计流程图如图5、1所示。图5、1 水塔水位控制程序流程图5、2运行仿真结果根据硬件原理图，在Proteus环境下做出水塔水位控制的仿真图，并在Proteus和
Keilc的联合调试下，进行模拟仿真，仿真结果如下。电机运转状态仿真如图5、2、1所示。仿真中P1、1和P1、0均为低电平，P1、2也为低电平，电机运行的指示灯亮；P1、3为高电平，报警指示灯不亮，喇叭不响。图5、2 00态，电机运转电机维持原状仿真如图5、2、2所示。仿真中P1、1为低电平，P1、0为高电平，P1、2为低电平，电机运行的指示灯亮；P1、3为高电平，报警指示灯不亮，喇叭不响。
图5、2、2 01态，维持原状电机停转仿真如图5、2、3所示。仿真中P1、1和P1、0为高电平，P1、2也为高电平，电机运行的指示灯不亮；P1、3为高电平，报警指示灯不亮，喇叭不响。
图5、2、311态，电机停转故障声光报警仿真如图5、2、4所示。仿真中P1、1为高电平，P1、0为低电平，P1、2为高电平，电机运行的指示灯不亮；P1、3为低电平，报警指示灯亮，喇叭响。图5、2、4 10态，故障声光报警仿真图6总结通过这次课程设计，我实现了基于单片机的水塔水位控制系统的设计和模拟仿真，完成了此课程设计的全部要求，即硬软件设计，口接线、存储器扩展、设计报告等。在课程设计过程中，我遇到了好多问题，例如，虽然说上学期认真地学习了单片机课程，熟悉了Proteus和Keilc的使用，但由于很长时间的不用，变得有些生疏，通过跟老师和同学请教自己不懂的技巧，再加上这次做课程设计对Proteus和Keilc的进一步使用，使我对上述两种软件更加熟悉，用起来更得心应手，在此，感谢老师和同学
们的帮助。另外，此课程设计用到了好多单片机的知识，遇到一
些不懂的问题，通过查资料和跟老师和同学讨论，都一一解决
了。通过这次课程设计，使我更加坚信“千里之行,始于足下”这句话，刚开始拿到题目，觉得很难，只要你勇于思考，勇于探
索，最终顺利地完成了此题课程设计，使我的动手实践能力也得
到很大的提高。7参考文献[1] 李华,王思明、单片机原理及应用．兰州：兰州大学出版社，2001
[2] 张金敏，董海棠．单片机原理与应用系统设计．成都：
西南交通大学出版社，xx[3] 杜树春．基于Proteus和Keilc51
的单片机设计与仿真．北京：电子工业出版社，xx附录程序清单如下。主程序 ORG 0000H AJMP LOOP ORG 0100H LOOP: ORL
P1,#03H ;为检查水位状态做准备 MOV A,P1 JNB AC
C、0,ONE ;p1、0=0则转移 JB AC
C、1,TWO ;p1、1=1则转移 BACK: LCALL YANSHI ;延时 AJMP LOOP : JNB AC
C、1,THREE ;p1、1=0转移 CLR93H ;p1、3=0,启动报警装置SETB92H ;p1、2=1,停止电机 FOUR: SJMP FOURTHREE: CLR92H ;
启动电机 AJMP BACK TWO: SETB92H ;停止电机 AJMP BACK 延时
子程序D10（延时10秒） ORG8030H ;延时10秒YANSHI: MOV
R3,#19H LOOP3: MOV R1,#85H LOOP1: MOV R2,#0FAH LOOP2: DJNZ R2,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RET END