【正文】 畢 業(yè) (設(shè) 計(jì) ) 論 文 題目 ： 基于 51 單片機(jī)控制的水塔 自動(dòng)供水系統(tǒng) 系 部： 電氣工程與自動(dòng)化系 專業(yè)： 自動(dòng)化技術(shù) 班級 ： 電氣 A0701 班 姓名： 李月鵬 指導(dǎo)教師： 陳毅朋 、張慧 明 山 西 綜 合 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 摘 要 微型計(jì)算機(jī) SCMC，簡稱單片機(jī)，又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。雖然單片機(jī)只有一個(gè)芯片，但無論從組成還是從功能上看，它已具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，是一個(gè)簡單的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)以其體積小、功能全、價(jià)格優(yōu)等種種優(yōu)勢充斥著整個(gè)市場。 現(xiàn)在， 單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 單片機(jī)開發(fā)出的各種產(chǎn)品遍布于我們?nèi)粘Ｉ?中的每個(gè)角落。 為了加深對單片機(jī) 智能型控制器的了解，經(jīng)過 綜合分析 ，本次設(shè)計(jì) 最終選取了由51 單片 機(jī) 控制的智能型液位控制器作為研究項(xiàng)目， 本文對單片機(jī)水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行 了整體 設(shè)計(jì)，完成 了 單片機(jī)水塔水位控制系統(tǒng)硬件接線圖和流程圖以及單片機(jī) 內(nèi)部 控制程序設(shè)計(jì)，并完成了開發(fā)板模擬仿真過程 。 通過此次設(shè)計(jì)過程，自己 在 分析問題、解決問題 方面 的能力得到了很大 程度 的提高 。 關(guān)鍵詞： MCS51 單片機(jī) 液壓傳感器 AD 轉(zhuǎn)換 水塔水位 檢控 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 目 錄 引言 ................................................................... 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較 及論證 .............................................. 3 系統(tǒng) 原理框圖 ........................................................ 4 工作原理 ............................................................ 4 硬件設(shè)計(jì) ............................................................ 4 STC89C52RC 單片機(jī) 簡介 ................................................................................... 4 鎖存器 (74HC573)簡介 ...................................................................................... 5 ADC0804簡介 ..................................................................................................... 6 單片機(jī)與繼電器及蜂鳴器 的 接口電路 ............................................................ 7 井中缺水信號(hào)檢測 電路 ..................................................................................... 8 壓力傳感器 介紹 ................................................................................................ 9 LCD1602 液晶顯示屏接線圖及其引腳功能圖 .............................................. 10 開關(guān)電源部分 ................................................................................................... 10 軟件設(shè)計(jì) ........................................................... 12 程序流程圖 ....................................................................................................... 12 程序 流程圖解析 ............................................................................................... 13 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果 ....................................................... 13 結(jié)束語 ............................................................. 13 致謝 .................................................................. 14 附 錄 ................................................................ 15 附錄 1 PCB原理圖 .................................................................................................. 15 附錄 2 C程序 .......................................................................................................................... 16 參考文獻(xiàn) .............................................................. 26 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 基于 51 單片機(jī)控制的水塔自動(dòng)供水系統(tǒng) 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李月鵬 引言 水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免 “ 空塔 ” 、 “ 溢塔 ” 現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正 常地供水。實(shí)際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，應(yīng)采用 水壓監(jiān)測來 控制水位。首先通過 壓力傳感器 實(shí)時(shí)檢測 水 壓，測量水位變化， 再變送成電壓信號(hào)傳回單片機(jī)，由單片機(jī)執(zhí)行內(nèi)部控制程序指令， 從而控制 水 泵 電動(dòng)機(jī)，保證水位 在 正常 范圍內(nèi)變化 。 為 此，這里給出以 STC公司的 STC89C52RC單片機(jī)為核心器件 、以壓力傳感器為檢測原件、通過 ADC0804芯片 為信號(hào)轉(zhuǎn)換原件 的水塔 水位檢測控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水位的 自動(dòng) 檢測控制、電機(jī)故障檢測 和報(bào)警等功能， 通過 在 51單片機(jī) 實(shí)驗(yàn) 開發(fā)板 上 實(shí)際 仿真 ， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ：該系統(tǒng)具有良好的檢測 和 控制功能， 實(shí)用性很 強(qiáng)。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較 及論證 對于液位進(jìn)行控制的方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有 2種，一種是 通過 簡單的機(jī)械 控制裝置 來實(shí)現(xiàn) ， 而另 一種是 由 復(fù)雜的控制器 來 控制 。兩種方式的 實(shí)現(xiàn) 簡介 如下： (1)簡單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。存在問題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動(dòng)作，且只能單獨(dú)控制，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。 (2)復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水 塔 出口管道上的壓力傳感器 來 把出口 水 壓 變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號(hào)的模擬信號(hào)， 再 經(jīng)過前置放大、 A／ D轉(zhuǎn)換模塊 變換成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī) 中 ， 而后 經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較，進(jìn)行 PID運(yùn)算，得出調(diào)節(jié)參量； 最后 經(jīng)由 D／ A變換給調(diào)壓 、 變頻調(diào)速裝置輸 入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制水箱液位的目的。 針對上述 2種控制方式，以及設(shè)計(jì)需達(dá)到的性能要求，這里選 取 第二種控制方式，同時(shí)考慮到成本 問題 需要把 PID控制去掉。最終形成的方案是，利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)對水 塔 水位 能 進(jìn)行 自動(dòng) 監(jiān)控的 工控 系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測水 塔 的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定 的上、下限 值做比較，由單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值 范圍內(nèi) 。檢測值若高于上限設(shè)定值時(shí)，要求報(bào)警， 同時(shí) 斷開繼電器， 使 水泵停止上水；檢測值若低于 下限設(shè)定值，要求報(bào)警， 同時(shí) 開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場 在 LCD1602液晶屏上 實(shí)時(shí)顯示測量值，從而實(shí)現(xiàn)對水箱液位的 自動(dòng) 監(jiān)控。 在功能上，本設(shè)計(jì)還預(yù)留了兩個(gè)調(diào)參按鍵，通過這兩個(gè)按鍵可以自由設(shè)定水塔內(nèi)水位的上下限值，以此來實(shí)現(xiàn)人工可控功能。 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 2 系統(tǒng) 原理框圖 S T C 8 9 C 5 2 R CA / D 0 8 0 4 轉(zhuǎn)換液壓傳感器 L C D 顯示井中缺水傳感檢測菜單按鍵輸入蜂鳴報(bào)警水泵電磁閥 圖 1 系統(tǒng) 原理框圖 3 工作原理 基于 51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 液位控制 的控制 器是以 STC89C52RC 芯片為核心，由鍵盤、LCD1602 液晶 顯示、 ADC0804 模數(shù) 轉(zhuǎn)換、 液壓 傳感器 、開 關(guān) 電源 、蜂鳴報(bào)警、電磁繼電器 等 部分 組成。工作過程如下： 水塔 液位發(fā)生變化時(shí)，引起 水塔中液壓傳感器的輸出電壓 值 變化， 即把 壓力 變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大電路放大后變成幅度為 0～ 5 V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入 A／ D 轉(zhuǎn)換器， A／ D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào) 量 變成數(shù)字信號(hào)量， 再 由單片 機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)由 液晶屏 顯示液位高度。通過鍵盤 能夠自由 設(shè)置 水 位 上下 限值 。該系統(tǒng)控制器 的最大特點(diǎn)是 可 直觀地顯示水位 占水塔容積的百分量 ， 并 可任意控制水位 上下限 高度。 4 硬件設(shè)計(jì) 液位控制器的硬件主要包括 由單片機(jī)、 液壓 傳感器 (帶變送器 )、鍵盤電路、 液晶顯示電路、 A／ D轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。 STC89C52 單片機(jī) 簡介 單片機(jī)采用 的是由 STC公司生產(chǎn)的雙列 40腳 STC89C52RC芯片。 STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī) ,是一款性價(jià)比非常高的單片機(jī)，普通用戶可完全將其當(dāng)作一般的51單片機(jī) 來 使用，高級用戶可使用其擴(kuò)展功能 。 STC公司的單片機(jī)內(nèi)部資源比起 來ATMEL公司的單片機(jī) 要豐富的多，它內(nèi)部有 1280 字節(jié)的 SRAM、 864K 字節(jié)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、 28K字節(jié)的 ISP引導(dǎo)碼、 除 P0P3 口外還多 出了 P4口 (PLCC 封裝 )、片內(nèi)自帶 8路 8位 AD(AD 系列 )，片內(nèi)自帶 EEPROM、 單 片機(jī) 內(nèi) 自帶看門狗、雙數(shù)據(jù)指針等。山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 目前 STC公司的單片機(jī)在國內(nèi)市場上的占有率與日俱增。 其中 在這里我們把 P0口連接 LCD1602液晶顯示屏 ； P1口用于 A／ D轉(zhuǎn)換； P2口用于控制電磁閥 、 蜂鳴報(bào)警和鍵盤輸入 ； P3口 用于讀寫控制和中斷等。 下圖是 STC89C52RC單片機(jī)管腳圖。 圖 2 STC89C52RC單片機(jī)管腳圖 鎖存器 （ 74HC573） 簡介 鎖存器， 顧名思義，就是把輸入端的數(shù)據(jù)鎖存（或送 出 ）到輸出端，如下圖所示 ，第 11角（鎖存端）為高電平的時(shí)候，右邊 D0D7的輸入與左邊 Q0Q7 的輸出