單片機課程設計--水塔水位控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　機械與車輛學院</b></p><p>　　《單片機原理及接口技術課程設計》設計報告</p><p>　?。?011-2012學年第一學期）</p><p>　　設計題目：水塔水位控制系統(tǒng) </p><p><b>　　姓 名： </b></p>

2、<p><b>　　學 號： </b></p><p>　　班 級：09機械電子工程3班</p><p><b>　　指導老師：</b></p><p>　　設計時間：2011年11月28日—2011年12月16日</p><p><b>　　目錄</b>

3、</p><p>　　一、課程設計的目的………………………………………………2</p><p>　　二、課程設計用的儀器和器件…………………………………………2</p><p>　　三、課程設計的具體內容………………………………………………2</p><p>　　3.1、總體報告 ……………………………………………………………3</p&

4、gt;<p>　　3.1.1、水塔水位控制原理…………………………………………………3</p><p>　　3.1.2、水塔水位狀態(tài)信號表………………………………………………3</p><p>　　3.2、硬件設計 ……………………………………………………………4</p><p>　　3.2.1、用Protel軟件畫硬件原理圖…………………………………

5、……4</p><p>　　3.2.2、畫最小系統(tǒng)…………………………………………………………4</p><p>　　3.2.3、設計水塔水位感應器………………………………………………4</p><p>　　3.2.4、設計一個單片機至水泵的控制電路………………………………4</p><p>　　3．3、軟件流程和程序 ……………………………

6、……………………5</p><p>　　3.3.1、軟件的使用流程……………………………………………………5</p><p>　　3.3.2、程序的編寫…………………………………………………………6</p><p>　　3.4、調試過程及結果分析 ……………………………………………8</p><p>　　3.4.1、調試的過程 …………………

7、……………………………………8</p><p>　　3.4.2、結果分析 …………………………………………………………9</p><p>　　四、課程設計的體會和發(fā)生的問題 …………………………………9</p><p>　　4.1、課程設計的心得體會……………………………………………9</p><p>　　4.2、課程設計發(fā)生的問題……………

8、………………………………10</p><p>　　五、參考文獻………………………………………………………………11</p><p>　　六、致 謝…………………………………………………………………12</p><p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),

9、提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過單片機原理與接口技術課程設計的實習，讓我們提高理論聯(lián)系實際及動手操作的能力，本次實習所選題目《水塔水位控制》緊密結合，我們所學的《單片機應用技術》（C語言版）所學的主要內容，加深鞏固所學知識，同時對所學內容進行了一定的深度和廣度的擴展，能充分發(fā)揮學生的能動性和想象力。通過本次的課程設計讓我們掌握Protel軟件的畫硬件原理圖和Keil C軟件

10、的編程，初步了解電路設計、安裝、調試等一系列環(huán)節(jié)的實施過程，提高我們對單片機應用系統(tǒng)的設計能力。</p><p>　　二、課程設計用的儀器和器件</p><p>　　1、塑料桶一個(Φ25-30cm)</p><p>　　2、塑料尺30cm 一個</p><p><b>　　3、微型水泵 一個</b></p>

11、<p>　　4、塑料管2米 </p><p>　　5、光電耦合器4N25 一個</p><p>　　6、12V微型繼電器 一個 </p><p>　　7、電路板（4*4cm）一塊</p><p>　　8、薄銅片2cm*10cm 一塊</p><p>　　9、直流穩(wěn)壓電源一臺、PC機一臺、仿真儀

12、一臺。 </p><p>　　10、其它：導線2米、二極管一個、PNP三極管一個、4.7K電阻2個、300Ω電阻2個。</p><p>　　11、電烙鐵、焊錫、鉗子、剪刀若干（各組共用）。</p><p>　　三、課程設計的具體內容</p><p><b>　　3.1、總體報告 </b></p><p

13、>　　了解水塔水位控制系統(tǒng)的工作原理，利用protel繪制硬件原理圖和單片機的最小系統(tǒng)。確認原理圖無誤后開始按照原理圖焊接電路板，焊接完畢后用萬用電表對電路板的個焊接點進行調試，看各元件是否能正常工作和接線是否有錯誤。利用keil C編寫程序，然后把水位傳感裝置連接電路板，電路板連接單片機，把程序錄入單片機后進行調試，看是否能達到預期的目的。3.1．1、水塔水位控制原理 </p><p>　　水塔水位控制

14、原理圖見圖3-1-1，圖中兩條虛線表示正常工作情況下水位升降的上下限，在正常供水時，水位應控制在兩條虛線代表的水位之間。B測量水位下限，C測量水位上限，A接+5V，B、C接地。</p><p>　　在水塔無水或水位低于下限水位時，B、C為斷開，B、C兩點電位為零(低電平“0” )，需要水泵供水，單片機輸出低電平，控制電機工作供水。水位上升到B點，B接通，B點電位變?yōu)楦唠娖健?”，C開關仍斷開，C點仍為低電平，維持

15、現(xiàn)狀水泵繼續(xù)供水。當水位上升到C點時，C接通。這時B、C均接通，B、C兩點都為高電平，表示水塔水位已滿，需水泵停止供水，單片機輸出高電平，電機斷電停止供水。水塔水位開始下降，水位在降到B點之前，B點電位為高、C點電位為低，單片機輸出控制電平維持不變，仍為高。當水位降到B點以下，B、C兩點電平都為低時，單片機輸出控制電平又變低．水泵供水。</p><p>　　圖3-1-1 水塔水位檢測原理圖</p>

16、<p>　　3.1.2、水塔水位信號狀態(tài)表</p><p>　　兩個水位信號由P1.0和P1.1輸入，這兩個信號共有四種組合狀態(tài)。如表3-1-2所示。其中第三種組合（b=1、c=0）正常情況下是不能發(fā)生的，但在設計中還是應該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。</p><p>　　表3-1-2 水塔水位信號狀態(tài)表</p><p><b>　　3.2、硬

17、件設計</b></p><p>　　3.2.1、用Protel軟件畫硬件電路圖。（如圖3-2-1所示）</p><p>　　掌握Protel軟件的使用。</p><p>　　3.2.2、單片機最小控制系統(tǒng).（如圖3-2-2所示）</p><p>　　用80C51設計一個最小系統(tǒng)，其中P1.0接水位下限傳感器；P1.1接水位上限傳感

18、器；P1.2輸出經Q0電流放大后接光電耦合器，接通繼電器，帶動電機控制水泵工作；P1.3輸出經反相器后接LED，當出現(xiàn)故障時LED閃爍；P1.4輸出經反相器后接蜂鳴器，當出現(xiàn)故障時報警。</p><p>　　3.2.3、設計一個水塔水位傳感器</p><p>　　其中A電極置于水位10cm處，接5V電源的正極；B電極置于水位15cm處，經5.1K的下拉電阻接單片機的P1.0口；C電極置于水

19、位20cm處，經5.1K的下拉電阻接單片機的P1.1口。</p><p>　　3.2.4、設計一個單片機至水泵的控制電路</p><p>　　單片機與水泵之間用反相器、光電耦合器和繼電器控制，計算出LED限流電阻，接好繼電器的續(xù)流二極管。</p><p>　　圖3-2-1硬件原理圖 </p><p

20、>　　圖3-2-2 最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3、軟件流程和程序</p><p>　　3.3.1 、軟件的使用流程圖（如圖3-3-1所示）</p><p><b>　　圖3-3-1流程圖</b></p><p>　　3.3.2 、水塔水位控制系統(tǒng)的程序編寫</p><p>　　#in

21、clude<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　sbit P1_0=P1^0;</p><p>　　sbit P1_1=P1^1;</p><p>　　sbit P1_2=P1^2;</p><p>　　sbit P1_3=P1

22、^3;</p><p>　　sbit P1_4=P1^4;</p><p>　　void delay1s();</p><p>　　void delay20ms();</p><p>　　void mian()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P

23、1=0xf4; //11110100 初始化，接單片機后電機啟動。</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(P1_0==0) //B點水位</p><p><b>　　{</b>&l

24、t;/p><p>　　if(P1_1==0) //C點水位</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1_2=0; // 水位在BC之下，電機啟動 ，抽水。</p><p>　　delay1s();</p><p><b>　　}</b>

25、</p><p>　　else //P1.0=0 P1.1=1</p><p>　　{ //水位到達C點 電機停機。</p><p><b>　　P1_2=1;</b></p><p>　　P1_4=0; //原理圖改接地</p><p><b>　　

26、P1_3=1;</b></p><p>　　delay20ms(); //報警</p><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //P1.0=1</p><p><b>　

27、　{</b></p><p>　　if(P1_1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1_2=1; //停機</p><p>　　delay1s();</p><p><b>　　}</b></p><p&g

28、t;<b>　　else </b></p><p>　　{delay1s();}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void

29、delay1s()//1S延遲函數(shù) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　TMOD=0x00; //T1工作方式0</p><p>　　for(i=0;i<0xc8;i++) //設置200次循環(huán)函

30、數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH1=0x63; //設置定時計數(shù)器初值 設置為5ms</p><p><b>　　TL1=0x18;</b></p><p>　　TR1=1; //啟動T1</p><p>　　w

31、hile(!TF1); //查詢計數(shù)是否溢出，即5ms定時時間到，TF1=1</p><p>　　TF1=0; //5ms定時時間到，將定時器溢出標志位TF1清零</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay20ms

32、() //20mS延遲函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01; //T0工作方式1</p><p>　　TH0=(65536-20000)/256; //賦初值 設置為20mS。 10位。</p><p>　　TH1=(65536-20000)%256;

33、 </p><p>　　TR0=1; //啟動T0</p><p>　　while(!TF0); //查詢計數(shù)是否溢出，即5ms定時時間到，TF0=1</p><p>　　TF0=0; //20ms定時時間到，將定時器溢出標志位TF0清零</p><p>　　} </p><

34、p>　　3.4、調試過程及結果分析</p><p>　　3.4.1、調試的過程</p><p>　　首先用萬用電表測試電路板是否導通，因為對二極管和繼電器不太了解，加之自己的疏忽，導致焊接錯了方向，而使電機不會啟動。然后請教了老師和同學，最后還是調試成功了電路板。</p><p>　　接著就是用Keil C軟件對程序進行編程無誤后，把程序寫入單片機。因為單片機

35、的知識不牢固，導致程序一直修改了好多次，最后用導線把電路板，單片機和水泵連接好，經過多次調試水泵才成功的泵水和抽水。</p><p>　　3.4.2、結果分析</p><p>　　通過我們全部6組員的共同努力，分工合作，經過一系列的調試電路板和程序的修改，最終得到調試結果為</p><p>　　泵水時：①當水位未達到水位下限檢測位時，電機開始運轉泵水；②當水位上

36、升達到水位下限，但還沒到水位上限檢測位時，電機保持運轉狀態(tài)；當水位達到水位上限時，電機停止運轉；抽水時：①當水位下降到水位上限，但沒下降到水位下限檢測位時，電機保持之前的狀態(tài)，即停轉；②當水位下降到水位下限檢測位時，電機開始運轉，重復泵水時的過程。四、課程設計的體會和發(fā)生的問題</p><p>　　4．1、課程設計的心得體會</p><p>　　為期兩周的單片機課程設計結束了，讓

37、我真是受益匪淺，在這次實習中我學到了很多單片機的知識。通過本次的課程設計，我對Protel軟件畫電路圖及Keil C軟件的編程有了進一步的掌握和運用，錫焊焊接技術也有了一定的的提高。</p><p>　　此次實習是硬件與軟件相結合的一次很好的理論聯(lián)系實際的學習機會，由一個組5個同學，共同完成課程設計的調試。由于之前的單片機實驗都是使用Protues軟件仿真的，所以對Protel軟件的使用不是很熟練。然而通過這次實

38、驗，對單片機的實際操作，讓我明白的軟件的仿真和硬件的實際運行有著很大的區(qū)別，有些在軟件仿真成功的程序，在硬件中未必能正常運行。另一方面，這次焊接的電路板并不是印制電路板，元件的接線和元件的方向判斷也需要自己去測試，在焊接過程中我曾經因為元件的方向判斷錯誤而導致電路板不能工作，后來通過上網查詢元件的型號和詢問老師，才能解決問題。 </p><p>　　通過這次的課程設計作品的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了

39、解，同時在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實際的應用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據書上的理論就輕易得到預想中的結果，有時結果甚至很差別很大。通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，我們在今后的學習工作中會更加的注重實際，避免稱為只會紙上談兵的趙括。</p>&

40、lt;p>　　4．2、課程設計過程中發(fā)生的問題</p><p>　　第一，在焊接的過程中，由于電路板兩點之間的焊點很接近，所以遇到接線困難的問題，往往在焊接電路連接線的時候，電線總是很難固定在一個位置，即使固定好，熔焊錫的過程總是一塌糊涂，后來發(fā)現(xiàn)我先把元件焊固定后再接線，其困難度更高，因此在以后的焊接線的過程中，元件和電線插進插孔中后再一起焊接，這樣相對來說更容易，而且電線的固定更好。</p>

41、<p>　　第二，編寫程序的過程中，因為這學期單片機的課沒有學太好，加之之前大一時對C語言沒有重視，導致在寫程序的時候不懂，修改了很多次。要通過看單片機的的書和請教同學，程序才完全寫好，而且對每一步都有注釋，以免下次忘記了。</p><p>　　第三，把程序寫入單片機內，連接微型水泵，電路板和單片機的過程中。一開始，由于電腦的問題，一直寫不入程序到單片機里。接著由于感應器的接觸不良，導致水泵不能按程

42、序工作。然后我們分工合作，把哪直尺感應器重新撕開膠布，再連接導線。經過全組員的共同努力，水泵終于能按要求抽水和泵水了。</p><p>　　最后，在答辯的時候，由于沒準備充分和對各器件的性能沒有很好的掌握，導致指導老師問了光耦有什么作用都不知道。課程設計雖然結束了，但在以后的學習和工作中，我還是會像這次實習一樣認真，嚴謹?shù)淖龊妹恳患∈隆?lt;/p><p><b>　　參考文獻&l

43、t;/b></p><p>　　[1] 王靜霞 .單片機應用技術（C語言版）[ M ]. 北京：電子工業(yè)出版社,2009.5</p><p>　　[2] 李朝青 .單片機原理及接口技術[ M ] .北京: 北京航空航天大學出版社，2006</p><p>　　[3] 李軍 李賦海. 檢測技術及儀表[ M ]. 北京:中國輕工業(yè)出版社，2009</p&g

44、t;<p>　　[4] 童詩白 華成英 .模擬電子技術[ M ]. 北京: 高等教育出版社，2005</p><p>　　[5] 李蘭友 .單片機開發(fā)應用十例[ M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社 ，1994.2</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　本次單片機原理及接口技術課程設計實習的成功，首先要感謝學

45、校和機械與車倆學院為我們大三的機械電子工程的準畢業(yè)生，提供了一次很好的課程聯(lián)系實際和自己動手操作的實習機會，也提供給我們絕佳的實驗室和實習工具來完成這次的單片機課程設計的實習。讓我對電路設計、安裝、調試等一系列環(huán)節(jié)的實施有了初步的掌握，提高了對單片機應用系統(tǒng)的設計能力。為我以后學習機械電子工程專業(yè)的知識從事相關的單片機工作積累了寶貴的實踐操作經驗。</p><p>　　其次要感謝這次實習的指導老師——xx老師，從

46、電子實習到現(xiàn)在的單片機課程設計，不管是焊接，或者調試，xx老師一直都是認真負責的教學態(tài)度，誠懇的為人以及耐心的指導，幫助我完成這次的實習。在此，我向我的指導老師致以誠摯的謝意和深深的敬意。</p><p>　　最后要感謝我們的組員xx同學們的幫助，在調試過程中，他們熱心的指導和耐心的為我解答問題，都為這次實習的成功提供了很大的幫助。通過這次實習培養(yǎng)了我們的團隊合作，共同進步和勇于創(chuàng)新的精神。</p>