水塔水位测控Word下载.docx
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◆掌握单片机的内部模块的应用,如片内外存储器、A/D转换器等。
◆熟悉了七段数码管的使用。
◆掌握液位的测试方法。
◆了解了接口技术。
第2章系统方案的设计
2.1总体设计方案
分析课程由两个电路组成:
1.水位控制。
水位电路根据输入不同的模拟量,转换为不同的数字量,经过和设定的值进行比较,通过P1.0和P1.1口对电机进行控制。
同时,由单片机产生不同的驱动信号,由显示器的五位数码管显示当前水位值。
水位控制电路完成其预定功能后,系统经过一定的预定延时(本设计设定值为8S)之后,继续进行水位的检测和控制。
如此往复循环达到对水塔水位的测控。
2.液位测试。
用液位变送器来测出具体的液位,液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展,根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理,实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。
然后通过A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号送入单片机内,来控制数码管来显示当前的水位.
2.2方案选择
水位检测电路可以通过两个51单片机的管脚来感知水位的变化,产生不同的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。
输出端可由一个端口来控制电机的运行状态,进而控制水泵的工作。
如图2-1设计的原理方框图。
通过水位监测装置将采集的信号输送到单片机、单片机通过数据处理控制电机的启停,以及故障报警。
同是通过译码显示电路将监测的信号进行水位显示。
液位变送器测
得的测液位信号
图2-1水位控制系统原理方框图
第3章硬件设计
3.1单片机8051的简要介绍
8051引脚的功能描述
1.电源引脚(2根)
VCC(40脚):
电源端,接+5V电源。
VSS(20脚):
接地端。
2.时钟引脚(2根)
XTAL1(19脚):
接外部晶振和微调电容的一端。
采用外部时钟电路时,对HMOS型工艺的单片机,此引脚应接地;
对CHMOS型而言,此引脚应接外部时钟的输入端。
XTAL2(18脚):
接外部晶振和微调电容的另一端。
使用外部时钟时,对HMOS型工艺的单片机,此引脚应接外部时钟的输入端;
对CHMOS型而言,此引脚悬空。
3.控制引脚(4根)
RST/VPD(9脚):
复位信号/备用电源输入引脚。
当RST引脚保持两个机器周期的高电平后,就可以使8051完成复位操作。
该引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端,具有掉电保护功能。
若在该引脚接+5V备用电源,在使用中若主电源VCC掉电,可保护片内RAM中的信息不丢失。
ALE/PROG(30脚):
地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。
当CPU访问片外存储器时,ALE输出信号控制锁存P0口输出的低8位地址,从而实现P0口数据与低位地址的分时复用。
当8051上电正常工作后,自动在ALE端输出频率为fosc/6的脉冲序列(fosc代表振荡器的频率)。
该引脚的第二功能PROG是对8751内部4KBEPROM编程写入时,作为编程脉冲的输入端。
EA/VPP(31脚):
外部程序存储器地址允许输入端/编程电压输入端。
当EA接高电平时,CPU执行片内ROM指令,但当PC值超过0FFFH时,将自动转去执行片外ROM指令;
当EA接低电平时,CPU只执行片外ROM指令。
对于8031,由于其无片内ROM,故其EA必须接低电平。
该引脚的第二功能VPP是对8751片内EPROM编程写入时,作为21V编程电压的输入端。
PSEN(29脚):
片外ROM读选通信号端。
在读片外ROM时,PSEN有效,为低电平,以实现对片外ROM的读操作。
4.I/O引脚(4×
8=32根)
P0.0~P0.7(39~32脚):
P0口的8位双向I/O口线。
P0口即可作地址/数据总线使用,又可作通用的I/O口使用。
当CPU访问片外存储器时,P0口分时先作低8位地址总线,后作双向数据总线,此时,P0口就不能再作I/O口使用了。
P1.0~P1.7(1~8脚):
P1口的8位准双向I/O口线。
P1口作为通用的I/O口使用。
P2.0~P2.7(21~28脚):
P2口的8位准双向I/O口线。
P2口即可作为通用的I/O口使用,也可作为片外存储器的高8位地址总线,与P0口配合,组成16位片外存储器单元地址。
P3.0~P3.7(10~17脚):
P3口的8位准双向I/O口线。
P3口除了作为通用的I/O口使用之外,每个引脚还具有第二功能。
8051引脚如图3-1所示:
图3-18051单片机引脚图
3.2、水位智能检测系统设计原理
实验证明,纯净水几乎是不导电的,但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的导电离子,本智能水位检测装置就是利用水的导电性完成的。
检测装置控制图中的虚线表示允许水位变化设定的上下限。
在正常情况下,应保持水位在虚线范围内。
为此,在水塔的不同高度安装了3根金属棒,以感知水位变化情况。
故C点接5V直流电源,这样A、B两点的电压信号位数字信号,不需要再进行数字信号变换处理,可以直接输入给单片机处理。
如下图(3)所示:
图3-2水位检测原理图
B棒处于设定下限水位,A棒处于设定上限水位,C棒接+5V电源,A棒、B棒各通过一个阻值大约为4.7K的电阻与地相连。
水塔由电动机带动补水泵供水,单片机控制电机转动实现对水位的控制。
单片机通过不断的采集A、B两点电压信号来检测水位的变化。
控制过程如下:
(1)当水塔补水过程中水位达到上限时,由于水的导电作用,A、B棒连通+5V。
因此,A、B两端均为1状态,这是应停止电机和水泵工作,不再给水塔供水。
(2)当A为1,B棒为0时,说明水塔内部有故障要报警,因为A棒是检测水位上限的,也就是A棒接通5V电源,所以为1。
(3)当A为0,B为1时,说明A棒水位下限,A棒直接通过电阻接地,所以为0,此时要显示提示水位处于A棒下限,准备加水工作。
(4)当水位在水位下限时,A、B棒都不能与A棒导电。
因此,A、B两端均为0状态。
这时正常起动电机,并接通相关电路开关电源,带动水泵工作,给水塔供水。
(5)当水位处于上下限之间时,B棒与A棒导通,B端为1状态。
A端为0状态。
这时,无论是电机以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,用水使水位在不断的下降,都应继续维持原来的工作状态。
单片机循环不断地采集水位信号以实现控制系统的性能指标要求。
具体控制状态如表3-1:
P1.0(A端)
P1.1(B端)
控制状态
启动电机
1
显示提示
故障报警
停止电机
表3-1水位控制信号与水泵电机控制状态的对应关系表
3.3液位测量与LED显示器
液位变送器工作原理是当被测介质的两种压力通入高、低两压力室,作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。
UQZ-17LX型(浮球)液位变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。
当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡和解调环节,转换成与压力成正比的信号。
压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同,所不同的是低压室压力是大气压或真空。
A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号,其值被微处理器用来判定输入压力值,并转换成液位高度通过LED显示器显示出当前液位的高度.
第4章软件设计
4.1水位控制程序
一个应用系统,要完成各项功能,首先必须有较完善的硬件保证.同时还必须得到相应设计合理的软件的支持,尤其是微机应用高速发展的今天,许多由硬件完成的工作,都可通过软件编程而代替.甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作,用软件编程有时会变得很简单.图4-1为水位控制设计的具体流程图。
图4-1水塔水位控制流程图
第5章总结
随着科学技术的迅猛发展,单片机被广泛应用于人们生活的各个领域,社会需要大量掌握单片机技术的人才,单片机的使用方法应该是我们熟练掌握的内容,水塔水位的单片机控制系统水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。
通过这次的课程设计,理念加上实践,我掌握了MCS51单片机的基本工作原理和基本编程方法,熟悉了A/D转换器功能和使用方法,还可以根据需要对单片机进行扩展。
在此过程中我还熟悉了单片机的软硬件开发环境,提高了综合演练单片机的编程能力,并且亲身体验了单片机的开发成果。
此次课程设计之后,我对单片机知识点了解了更多,脑海中能把一个个分离的知识模块联系成整体,让以后对其进行分析与比较。
在单片机课程中的部分知识学会了融会贯通,也让我深刻认识到“学以致用”的重要性。
附录A
水位控制程序
org0000h
ljmpmain
org1000h
main:
movp2,#00h;
开始使LED处于灭状态
movp3,#00h
orlp1,#03h;
水位输入端做读入准备
mova,p1;
读入水位检测信号
jj:
jnbp1.0,xsa;
P1.0=0,转到显示A
jbp1.0,ZBTZ;
P1.0=1,转到准备停止电机
tt:
jnbp1.1,xsb;
P1.1=0,转到显示B,调用启动电机
dyys:
lcalldelay;
调用延时
SJMPmain;
反回,重新检测
ZBTZ:
JBP1.1,TZDJ;
P1.1=1,转到停止电机
SJMPbjd;
否则报警
movr0,#255
bjd:
clrp1.5;
报警灯闪烁
lcalldelay
setbp1.5
djnzr0,bjd;
未到255次,继续循环
movr7,#255
bj:
clrp1.4;
方波产生开始
cplp1.4
djnzr7,bj
sjmpdyys;
返回到延时,等待检测信号
qddj:
clrp1.2;
P1.2=0,启动电机
clrp1.3;
打开电机工作指示灯
sjmpdyys
tzdj:
setbp1.2;
P1.2=1,停止电机
setbp1.3;
关闭电机工作指示灯
sjmpjj
xsa:
MOVP2,#1110111b;
水位A棒显示码
sjmptt;
再判断P1.1=0?
xsb:
movp3,#1111100b;
水位B棒显示码
sjmpqddj;
B棒水位下限,启动电机
org0030h;
延时程序入口地址
delay:
movr1,#25
lp1:
movr2,#3
lp2:
movr3,#3
lp3:
djnzr3,lp3
djnzr2,lp2
djnzr1,lp1
ret
END
附录B
总电路硬件原理图
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 水塔 水位 测控
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