畢業(yè)論文---基于單片機的液位控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　課題：基于單片機的液位控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文提出了一種用單片機水位控制對水位進行精密控制的方法，通過運用AT89S52單片機、模數(shù)轉換器、水位模擬采集器、數(shù)碼管顯示、12V的三端穩(wěn)壓電路等硬件系

2、統(tǒng)和軟件設計方法，采用模擬水位傳感器對模擬水箱的容器進行水位測量，實現(xiàn)具有水位檢測和控制水位的雙重功能，并對所需的水位值進行顯示。在本文中介紹了電路接口原理圖，給出相應的軟件設計流程圖和匯編程序，并運用了Proteus仿真軟件來進行仿真。并在控制水位的過程中運用了自動反饋的系統(tǒng)的控制。</p><p>　　關鍵詞：單片機；水位檢測；仿真；反饋控制</p><p><b>　　Ab

3、stract</b></p><p>　　This article presents a microcontroller water level control on the water level of precision control method by using AT89S52 MCU, ADC, the water level analog capture, digital display

4、, 12V three-terminal voltage regulator circuit, such as hardware and software design methodsusing the analog level sensor on the simulation of tank containers for water level measurement, dual function water level detect

5、ion and control of water level and water level values for display. Circuit interface schematics des</p><p>　　Key Words: Microcontroller; water level detection; simulation; feedback control </p><p&

6、gt;<b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論.................................................................................................................- 2 -</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體方案概括- 3 -<

7、/p><p>　　2.1使用單片機實現(xiàn)水位控制的優(yōu)點- 3 -</p><p>　　2.2系統(tǒng)的總體研究方案- 3 -</p><p>　　2.3 本課程設計系統(tǒng)概述- 4 -</p><p>　　第三章 系統(tǒng)各種控制器簡介- 6 -</p><p>　　3.1 AT89S52單片機簡介- 6 -</p&g

8、t;<p>　　3.2 ADC0809集成芯片簡介- 9 -</p><p>　　3.3 集成電路 74HC245簡介- 11 -</p><p>　　3.4 集成電路 LM324簡介- 11 -</p><p>　　3.5 .89S52驅動4位共陽極數(shù)碼管- 12 -</p><p>　　3.6關于水位控制過程中的負

9、反饋系統(tǒng)的運用- 13 -</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設計- 15 -</p><p>　　4.1 單片機最小系統(tǒng)電路設計- 15 -</p><p>　　4.2水位檢測傳感器的選用- 16 -</p><p>　　4.3 7812/7912正負12V穩(wěn)壓電源的設計- 16 -</p><p>

10、　　4.4 液位檢測部分電路控制- 18 -</p><p>　　4.5給水泵電機主控回路- 19 -</p><p>　　第五章 軟件設計部分- 20 -</p><p>　　5.1 核心單片機AT89S52的具體主要控制部分原理圖- 20 -</p><p>　　5.2 主程序框圖的設計- 22 -</p>&l

11、t;p><b>　　結論- 23 -</b></p><p><b>　　致謝- 24 -</b></p><p>　　參考文獻- 25 -</p><p>　　附錄I- 26 -</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p

12、>　　水位控制系統(tǒng)是以水位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產的各個領域都有廣泛的應用。在工業(yè)生產過程中，有很多地方需要對容器內的介質進行水位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，水位控制系統(tǒng)的穩(wěn)定對機器的使用壽命和產品的質量起著至關重要的作用。水位控制一般指對某一水位進行控制調節(jié)，使其達到所要求的控制精度。水位的自動控制,是近年來新開發(fā)的一項新技術,它是微型計算機軟件、硬件、自動控制等幾項技術緊密結合的產物,工程作業(yè)采用的是微機控制

13、和原有的儀表控制,微機控制有以下明顯優(yōu)勢：</p><p>　　1) 直觀而集中的顯示各運行參數(shù),能顯示水位狀態(tài)。</p><p>　　2) 在運行中可以隨時方便的修改各種各樣的運行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù),可以方便的改變水位的上限、下限。</p><p>　　3) 具有控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及

14、時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產過程的實時性、安全性。</p><p>　　綜合以上的種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機是在一塊芯片上集成了一片微型計算機所需的CPU、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機自問世以來,性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點使它的應用領域日益廣泛。一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強,利用單片機控制就能克服這些缺點.而采用的AT

15、89S52單片機構成水位控制裝置，其具有精度高，易維護，簡單操作，實用性好，且與容器的幾何尺寸無關的優(yōu)點，從而能使水箱在生產規(guī)定的運行中實現(xiàn)自動化控制，并且能最大可能的避免工傷事故發(fā)生的概率，同時也能節(jié)省資源并能有效的體改生產的效率。因此單片機在控制領域得到廣泛的應用,使用單片機控制水位是很好的選擇。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體方案概括</p><p>　　2.1使用單片機實現(xiàn)

16、水位控制的優(yōu)點</p><p>　　使用單片機實現(xiàn)水位控制具有較高的實用價值和穩(wěn)定性好等特點。采用單片機內部程序控制的模擬水位傳感器測量水位，可有效保證水位的自動控制，能更好地對水位進行自動化控制,避免了工作人員在現(xiàn)場進行檢測操控,方便了人員對水位系統(tǒng)的控制,控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；單片機不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，應用前景廣，同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機實現(xiàn)給水系統(tǒng)

17、的自動控制與調節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經濟運行。本文就是采用AT89S52單片機為核心芯片的一種水位控制系統(tǒng)，具有較高的實用價值和優(yōu)越性。</p><p>　　本系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)相比大大降低了使用成本,提高了控制運行速度。根據(jù)仿真模擬運行的結果表明,該系統(tǒng)能很好的運行,將水位控制在給定的范圍內,對過高和過低進行安全報警,穩(wěn)定性能好,容易操作和控制,保證了生產的正常進行。</p><p&g

18、t;　　2.2系統(tǒng)的總體研究方案</p><p>　　本設計是采用AT89S52單片機為核心芯片,及其相關硬件來實現(xiàn)的水位控制系統(tǒng),在用水位傳感器測水位的同時, CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并用四位數(shù)碼管2481BS顯示示水位高度,檢測水位數(shù)據(jù)。并且在設計中主要有水位檢測、上下限位控制、A/D轉換、數(shù)碼管顯示部分和反饋系統(tǒng)等幾部分組成來實現(xiàn)水位控制。我們采用單片機內部程序控制的模擬水位傳感器測來探測模擬三個水位

19、，即低水位，正常水位，高水位。當水位低于用戶設定的值時送給單片機一個高電平，系統(tǒng)自動打開泵上水，紅燈亮；當水位到達設定值時,系統(tǒng)自動關閉水泵或打開排水泵。</p><p>　　其中在本設計中所需要設定的技術參數(shù)和設計任務有：</p><p>　　1、利用單片機AT89S52實現(xiàn)對模擬水箱進行水位的控制；</p><p>　　2、把單片機內部程序控制的模擬水位傳感器模

20、擬的水位值轉化為電信號送給單片機，并通過A/D轉換以實現(xiàn)對水位顯示系統(tǒng)的控制和加水放水的控制；</p><p>　　3、數(shù)模轉換及數(shù)碼管顯示系統(tǒng)電路，采用數(shù)碼管2481BS顯示模擬水位值來表示不同的水位情況；</p><p>　　4、水泵加水電路由繼電器進行控制；</p><p>　　5、分析工作原理，繪出系統(tǒng)結構原理圖及流程圖。</p><p&

21、gt;　　2.3 本課程設計系統(tǒng)概述</p><p>　　本系統(tǒng)由電源電路、模擬水位探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、單片機系統(tǒng)、蜂鳴器報警電路、繼電器控制水泵加水電路、以及水箱模型組成。其主原理圖如下：</p><p>　　圖2-1 水位系統(tǒng)組成的原理圖</p><p>　　當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測線沒被+12V的電源導通進入穩(wěn)壓電路經過處理在穩(wěn)壓

22、電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.0口，另一個穩(wěn)壓電路輸出的高電平進入單片機的P1.1口單片機經過分析，在P1.2口輸出一低電平，驅動紅燈亮，P1.5出來一個信號使繼電器得電，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于正常范圍內時，水泵加水，在P1.3引腳出來一個低電平，使綠燈亮；當水位在高水位區(qū)時，傳感器的兩根探測線均被導通，均被+12V的電源導通，送入單片機單片機經過分析，在P1.4引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在P1.5端出

23、來一個低電平不能使繼電器得電，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當三個燈同時閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。</p><p>　　本設計研究的水箱控制系統(tǒng)是簡單控制系統(tǒng)，是使用的最普遍的、結構最簡單的一種過程控制系統(tǒng)。水箱給水設備系統(tǒng)結構圖如圖2所示：</p><p>　　圖2-2 水箱給水設備系統(tǒng)結構圖</p><p>　　其中M1為給水泵機組，本設計中我用了繼電器控制

24、小電機的正反轉來控制水位。LG、LDD分別為單片機程序模擬水箱內部水位上限、水位下限，當水位高（大于90%）時，LG閉合，當水位低（低于75%）時，LD閉合，當水位低（小于50%）時，LDD閉合。</p><p>　　水箱的控制器由AT89S52系統(tǒng)構成。當水位過高或者過低時，有AT89S52單片機的27腳，也就是P26口輸出低電平通過三極管8550打開蜂鳴器報警。蜂鳴器輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，

25、其電路圖如下：</p><p>　　圖2-3 水箱控制器蜂鳴器報警電路</p><p>　　小結：在這個方案中我使用了單片機處理，單片機技術是信息時代用于精密測量的新技術。此系統(tǒng)使用過程中采用的12V穩(wěn)壓電路能夠準確地把輸入的電平送給單片機而不會產生誤判,AT89S52單片機有四端口，40個引腳能夠非常方便地設計顯示系統(tǒng)。通過微機實現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動控制與調節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng)。本文采用A

26、T89S52單片機為核心芯片的一種水位控制系統(tǒng)，具有較高的實用價值和優(yōu)越性。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)各種控制器簡介</p><p>　　3.1 AT89S52單片機簡介</p><p>　　AT89S52為ATMEL生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)的可編程Flsah存儲器。AT89S52——低功耗高性能CMOS 8位單片機，片內

27、8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的FLASH只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司之高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳的類似功能結構，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。單芯片上，擁有8 位CPU及在系統(tǒng)可編程FLASH，使AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效之解決方案。AT89S52之特點

28、：40個引腳，8k Bytes Flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。AT89S52——低電壓高性能CMOS 8位單片機，片內8k bytes的可反復擦寫的FLASH只讀程序存儲器及256 byt</p><p>　　A

29、T89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52可按照常規(guī)方法進行編程，亦可在線編程。其將通用之微處理器及Flash存儲器結合，特別是可反復擦寫的FLASH存儲器可有效降低開發(fā)成本。</p><p>　　AT89C52及AT89S52之別，在于C及S， C表示需用并行編程器下載（接線多且復雜），S

30、表示可支持ISP下載，可在89S52系統(tǒng)板上面預留ISP下載接口，AT89S52引腳如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 AT89S52引腳圖</p><p>　　在本系統(tǒng)中AT89S52單片機所運用到的引腳具體控制如下：</p><p>　　1) 其中P0口——8位漏極開路之雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“

31、1”時，引腳用作高阻抗輸入。訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口亦被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0不具有內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口亦用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需外部上拉電阻。</p><p>　　P0.0: AT89S52單片機控制電機加水提示端口信號。</p><p>　　P0.1: AT89S52單片機控制電機抽水提示端口信號。

32、</p><p>　　P0.2: AT89S52單片機控制電機停止提示端口信號。</p><p>　　2) P1口和P3口為輸入輸出水位檢測信號和控制信號。P1.0～P1.7:P1口8位準雙向I/O口，占1～8腳；P3.0～P3.7:P3口8位準雙向I/O口，占10～17腳；當水位處于低水位的時候，單片機模擬控制的水位控制端口被+12 V的電源導通進入穩(wěn)壓電路經過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一

33、個高電平，送入單片機的P1.0口，另一個穩(wěn)壓電路輸出的高電平進入單片機的P1.1口單片機經過分析，在P1.2口輸出一低電平，驅動單片機加水信號，P1.5出來一個信號使繼電器得電導通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于正常范圍內時，水泵加水，在P1.3引腳出來一個低電平驅動單片機穩(wěn)定水位信號；當水位在高水位區(qū)時，單片機模擬傳感器的兩個端口均被導通，均被+12V的電源導通，送入單片機，單片機經過分析，在P1.4引腳出來一個低電平，驅動單

34、片機放水信號，在P1.5端出來一個低電平不能使繼電器得電導通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水。</p><p>　　P1口——有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可作輸入口用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可作輸入口用

35、。作輸入用時，被外部拉低的引腳因內部電阻，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0及P1.2分別作定時器/計數(shù)器2之外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）及時器/計數(shù)器2之觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程及校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　P1.0：T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出。在本設計中用于M1正轉啟動KM1控制輸出信號。</p><p>

36、　　P1.1：T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）。在本設計中用于M1反轉啟動KM1控制輸出信號。</p><p>　　P1.2：加水過程中的M1開關狀態(tài)輸入信號。（開0，關1）</p><p>　　P1.3：放水過程中的M1開關狀態(tài)輸入信號。（開0，關1）</p><p>　　3) P3口——有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器

37、能驅動4個TTL 邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可用作輸入口。作輸入用時，被外部拉低的引腳因內部電阻之原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）用，在FLASH編程及校驗時，P3口亦接收些控制信號。此外，P3口亦接收些用于FLASH閃存編程及程序校驗的控制信號。</p><p>　　P3.0：RXD(串行輸入口)，在本設計中用于水位低時的輸入信號。（低

38、0 高1）</p><p>　　P3.5：T1(定時/計數(shù)器1)，在本設計中用于水位低時的輸入信號。（低0 高1）</p><p>　　P3.2：INTO(外中斷0)，在本設計中用于水位高時的輸入信號。（高1，低0）</p><p>　　P3.1：TXD(串行輸出口)，在本設計中用于手動穩(wěn)定水位時的輸入信號。</p><p>　　P3.3

39、：INT1(外中斷1)，在本設計中用于加水過程中的手動停止輸入信號。</p><p>　　P3.4: TO(定時/計數(shù)器0)，在本設計中用于放水過程中手動停止輸入信號。</p><p>　　4） RST——復位輸入。振蕩器工作時，RST引腳有兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。：AT89S52的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時

40、間，AT89S52便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內部特殊功能寄存器之內容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 </p><p>　　5） 電源及其它的引腳的作用：</p><p>　　VCC(40腳)：AT89S52電源正端輸入，電源端+12V。</p><p>　　GND(20腳)：接地端。VSS：電源地端。</p>

41、<p>　　XTALl、XTAL2(19～18腳)：時鐘電路引腳。當使用內部時鐘時，這兩個引腳端外接石英晶體和微調電容。當使用外部時鐘時，用于外接外部時鐘源。</p><p>　　XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。</p><p>　　XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外

42、可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。</p><p>　　6） 其中的AT89S52主要功能如下：</p><p>　　1. 擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash</p><p>　　2. 晶片內部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）</p><p>　　3. 內部程序存儲

43、器（ROM）為8KB</p><p>　　4. 內部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為256字節(jié)</p><p>　　5. 32個可編程I/O 口線</p><p>　　6. 8個中斷向量源</p><p>　　7. 三個 16 位定時器/計數(shù)器</p><p>　　8. 三級加密程序存儲器</p><p>

44、;　　9. 全雙工UART串行通道路的輸入</p><p>　　10. XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.2 ADC0809集成芯片簡介 </p><p>　　ACDC0809位8路A/D 轉換集成芯片?？蓪崿F(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉換時間為 100us 左右。ADC0809

45、芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳排列見圖3-2。</p><p>　　圖3-2 ADC0809 引腳排列圖</p><p>　　IN0～IN7：模擬量輸入通道信號單極性，電壓范圍0-5V，若信號過小還需進</p><p>　　行放大。ADDA、ADDB、ADDC:地址線A為低位地址，C為高位地址。</p><p>　　ALE：地址鎖

46、存允許信號。對應 ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。</p><p>　　START：轉換啟動信號。START 上跳沿時，所有內部寄存器清“0”；START 下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在 A/D 轉換期間，START 應保持低電平。本信號有時簡寫為 ST。</p><p>　　D7～D0：數(shù)據(jù)輸出線。</p><p>　　OE：輸出允許信

47、號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。</p><p>　　CLK：時鐘信號。ADC 0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供。通常使用頻率為 500kHz 的時鐘信號。</p><p>　　EOC：轉換結束信號。EOC=0，正在進行轉換；EOC=1，轉換結束。使用中該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標志，又

48、可以作為中斷請求信號使用。</p><p>　　VCC：＋5V 電源。</p><p>　　VREF：參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為＋5V（VREF（＋）＝＋5V，VREF（=0V））。</p><p>　　3.3 集成電路 74HC245簡介</p><p>　　74HC245 是一種三態(tài)輸出

49、的 8 總線收發(fā)驅動器，無鎖存功能。圖6 是 74HC245 的引腳圖;圖7是 74HC245 的功能表。它的 G 端和 DIR 端是控制端，當它的 G 端為低電平時，如果 DIR 為高電平，則 74HC245 將 A 端數(shù)據(jù)傳送至 B 端；如果 DIR 為低電平，則 74HC245將 B 端數(shù)據(jù)傳送至 A 端。在其他情況下不傳送數(shù)據(jù)，并輸出高阻態(tài)。</p><p>　　圖3-3 74HC245 的引腳圖

50、 圖3-4 74HC245 的功能表</p><p>　　3.4 集成電路 LM324簡介</p><p>　　LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖8所示。它內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。11 腳接負電源，4 腳接正電源。</p><p>　

51、　圖3-5 LM324 電路符號與管腳圖</p><p>　　LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。，內部有四個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～VCC。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運

52、算放大器可用如圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM124、LM224和LM324引腳功能及內部電路完全一致。LM124是軍品；LM224為工業(yè)品；而LM324為民品。由于LM324四運放

53、電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等特點.因此他被非常廣泛的應用在各種電路中。每一組運算放大器可用上圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端， “V+”、“V-”為正、負電源</p><p>　　3.5 .89S52驅動4位共陽極數(shù)碼管</p><p>　　用AT89S52驅動4位共陽極數(shù)碼管（2481BS ），數(shù)碼管的段引腳接P1口，

54、加100歐的限流電阻；數(shù)碼管的位引腳由P2口的1-4腳通過8050三極管驅動，三極管基極接2.2k電阻。通過動態(tài)方式掃描顯示，間隔1ms。P0口驅動共陽極數(shù)碼管，不需要上拉電阻。只需要數(shù)碼管陽極接電源正，P0.7 -- P0.0接數(shù)碼管的dp -- a，就可以驅動。P0輸出低電平點亮數(shù)碼管。2481BS如圖所示： </p><p>　　圖3-6 2481BS數(shù)碼管</p><p

55、>　　圖3-7 2481BS數(shù)碼管共陽極引腳圖</p><p>　　3.6關于水位控制過程中的負反饋系統(tǒng)的運用</p><p>　　自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負反饋。例如電機調速系統(tǒng)，輸入信號為正，要求電機正轉時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉速越高，反饋信號越大。其余系統(tǒng)同此方法。 在本設計模擬水

56、箱的水位控制部分，采用了一套閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。其控制原理圖如下。</p&g

57、t;<p>　　圖3-8 負反饋系統(tǒng)控制原理圖</p><p>　　這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調節(jié)對象上用一個調節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定，而調節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制。其中控制閥接受控制器輸出的控制信號，通過

58、改變閥的開度來達到控制流量的目的，并通過液位變送器將對比于設定的液位值的偏差反饋給給定值。當設定值小于當前值時，電機正轉，模擬電磁閥打開，系統(tǒng)進水；當設定值等于當前值時，系統(tǒng)結束；當設定值大于當前值時，電機反轉，模擬電磁閥打開，系統(tǒng)放水。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設計 </p><p>　　4.1 單片機最小系統(tǒng)電路設計 </p><p>　　圖4-1

59、 AT89S52 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　要使單片機工作起來，最基本的電路的構成為注意：EA/VP(31腳)接+5V。</p><p>　　2、電源電路：向單片機供電。單片機電源：AT89S52單片機的工作電壓范圍：4.0V—5.5V， 所以通常給單片機外接5V直流電源。連接方式為VCC(40腳）：接電源+5V端VSS(20腳）：接電源地端。</p><p

60、>　　3、RST——復位輸入。振蕩器工作時，RST引腳有兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。復位電路用來確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機起始工作狀態(tài)。手動按鍵產生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機的初始狀態(tài)。通常在單片機工作出現(xiàn)混亂或“死機”時，使用手動復位可實現(xiàn)單片機“重啟”。</p><p>　　4、時鐘電路：單片機工作的時間基

61、準，決定單片機工作速度。時鐘電路就是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。AT89S52單片機時鐘頻率范圍：0 — 33MHz。</p><p>　　4.2水位檢測傳感器的選用</p><p>　　傳感器是把一種物理量（或化學量、生物量）轉換成另一種與之有確定對應關系的物理量（通常是電量）的裝置。它是測量系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代科技領域中，傳感器得到了廣泛應

62、用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映。</p><p>　　在本設計當中我們采用單片機程序模擬液位的采集信號，并通過單片機CPU的程序化控制后，需要輸出模擬量去控制被控對象或用于顯示。模擬量信號是連續(xù)變化的電壓、電流信號，與數(shù)字量有本質上的區(qū)別，模擬量信號需要放大、濾波、線性化、信號變換等一系列的電路處理，把檢測到的模擬量電壓、電流信息變換成0-5V的電壓

63、信號，通過A/V轉換電路轉換成相應的數(shù)字量才能輸入單片機處理。同樣，單片機輸出的數(shù)字量控制值，也往往要通過D/A轉換電路變換成模擬量才能去控制被控對象或用于數(shù)據(jù)的顯示。</p><p>　　4.3 7812/7912正負12V穩(wěn)壓電源的設計</p><p>　　7812和7912三端穩(wěn)壓器是電子設備中常用的線性穩(wěn)壓集成電路，最大輸出電流1.5A（需加散熱器）。</p>&l

64、t;p>　　1）方案的總體思路如下：直流穩(wěn)壓電源一般由直流電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成?；究驁D如下：下面是用這兩種穩(wěn)壓IC制作的正負穩(wěn)壓電源典型電路.</p><p>　　圖4-2 穩(wěn)壓電路的設計</p><p>　　2）設計穩(wěn)壓電源的主要技術指標：</p><p>　　1、輸入交流電壓 ：220V</p><p>　

65、　2、輸出直流電壓U0 ：正負12V</p><p>　　3、最大輸出電流 ：0.5A</p><p>　　4、穩(wěn)壓系數(shù) ：< =0.05</p><p>　　下面是用這兩種穩(wěn)壓IC制作的正負穩(wěn)壓電源典型電路.</p><p>　　圖4-3 穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　從電路中可以看到，7812/791

66、2的輸入輸出端都接有電容，而且是一大一小，大容量電容是低頻濾波作用，小容量電容是高頻濾波用。需提醒的是輸出端一般不要接過大容量電容，一般接幾十微法的就可以了。否則有些電路中會出現(xiàn)關閉電源后，輸出端電容向前級穩(wěn)壓IC放電的過程，這容易損壞穩(wěn)壓IC。如果電路需要，應在三端穩(wěn)壓器輸入輸出端跨接一保護二極管。它可以解決反向浪涌電流對穩(wěn)壓IC的沖擊。這在一些實驗電源中特別推薦加接以保護三端穩(wěn)壓器。 電源電路部分雖然

67、簡單，但需要功能可靠，所用采用兩個三端集成穩(wěn)壓器7812、7912，可以方便的實現(xiàn)此功能，電路如圖15所示。</p><p>　　圖4-4 電源部分電路原理圖</p><p>　　4.4 液位檢測部分電路控制</p><p>　　圖 4-5液位檢測控制部分單片機原理圖</p><p>　　圖 4-6液位檢測控制部分電路原理圖</p>

68、;<p>　　4.5給水泵電機主控回路</p><p>　　圖4-7 給水電機主控回路圖</p><p>　　按下啟動按鈕，KM線圈得電，KM常開輔助觸電自鎖，電機運行;按下停止按鈕，KM線圈失電，輔助觸電復位，電機停止運行。</p><p>　　第五章 軟件設計部分</p><p>　　5.1 核心單片機AT89S52的具

69、體主要控制部分原理圖</p><p>　　圖5-1 AT89S52 主控部分電路原理圖</p><p>　　P1口和P3口為輸入輸出檢測信號和控制信號。下面是89S52芯片引腳具體分配：</p><p>　　P3.0：水位低時的輸入信號。（低0 高1）</p><p>　　P3.5：水位低時的輸入信號。（低0 高1）</p>

70、;<p>　　P3.2：水位高時的輸入信號。（高1，低0）</p><p>　　P3.1：手動穩(wěn)定水位時的輸入信號。</p><p>　　P3.3：加水過程中的手動停止輸入信號。</p><p>　　P3.4: 放水過程中手動停止輸入信號。</p><p>　　P1.0： M1正轉啟動KM1控制輸出信號。</p>

71、<p>　　P1.1： M1反轉啟動KM1控制輸出信號。</p><p>　　P1.2：加水過程中的M1開關狀態(tài)輸入信號。（開0，關1）</p><p>　　P1.3：放水過程中的M1開關狀態(tài)輸入信號。（開0，關1）</p><p>　　P0.0: AT89S52單片機控制電機加水提示端口信號。</p><p>　　P0.1: A

72、T89S52單片機控制電機抽水提示端口信號。</p><p>　　P0.2: AT89S52單片機控制電機停止提示端口信號。</p><p>　　當(P1)=#00H時，取P1.1=0 P1.2=0 P1.3=1 P1.4=1時水泵抽水；</p><p>　　當(P1)=#01H時，取P1.1=0 P1.3=0 P1.2=1 P1.4=1時水泵抽水；&l

73、t;/p><p>　　當(P1)=#02H時，取P1.1=1 P1.2、 P1.3、 P1.4同時變?yōu)?或1，水泵停止抽水；</p><p>　　當(P1)=#03H時，取P1.1=1 P1.4=0 P1.3=1 P1.2=1時，水泵停止抽水。</p><p>　　5.2 主程序框圖的設計</p><p>　　設定初始值，使水位達到設定值

74、，單片機控制電磁閥的過程如下：</p><p>　　圖 5-2 主程序設計框圖</p><p>　　當設定值小于當前值時，電機正轉，模擬電磁閥打開，系統(tǒng)進水；當設定值等于當前值時，系統(tǒng)結束；當設定值大于當前值時，電機反轉，模擬電磁閥打開，系統(tǒng)放水。本設計采用AT89S52單片機作為系統(tǒng)控制器，利用模擬的液位信號的變化并通過A/D轉換器將該變化信號傳給單片機，通過單片機的處理顯示當前的液位和

75、閥門的狀態(tài)，并根據(jù)事先設定的液位上下限與當前的實際值之間的變化來控制電磁閥的開關，實現(xiàn)注水、放水，并且當水位超過上限值和下限值時開始報警；也可以將液位控制在設定的高度。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要介紹了的水位檢測控制，介紹了AT89S52單片機和其它一些單片機在水位控制系統(tǒng)中的應用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設

76、計還采用了多種傳感器來對水位的信號采集，利用LED來進行信號的輸出顯示,我設計的硬件系統(tǒng)的結構簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機交互功能,并設有水位報警和閥門失靈等故障報警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動調節(jié)控制水位并實現(xiàn)的水位報警。水位控制在設定值上正常運行不需要人工干預，操作人員勞動強度小。</p><p>　　采用單片機設計出的工業(yè)水位控制器,能夠針對水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進行控制,水位運行穩(wěn)定、控制品質

77、良好、控制效果明顯改善;同時大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了工業(yè)水位方面作業(yè)的穩(wěn)定運行?？刂蒲b置具有成本低、抗干擾能力強、控制性能好等優(yōu)點,且系統(tǒng)硬、軟件維護簡單方便,尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場,具有良好的應用前景。</p><p>　　本系統(tǒng)所采用的傳感器性能穩(wěn)定,測量準確,大大簡化現(xiàn)場安裝,具有較高的性價比,有較大的工程應用價值,而且利用計算機單片機技術對工業(yè)生產過程進行自動控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要

78、在于：首先，通過對水位進行的簡易方便的操縱，可以準確得控制水泵進行添加水或放水以適應工作的需要，可以產生巨大的經濟效益。其次，控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產過程的實時性、安全性。隨著計算機控制技術應用的普及、可靠性的提高及價格的下降，工業(yè)以及其他方面的微機控制必將得到更加廣泛的應用。</p><p>　

79、　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機C語言掌握得不好……通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知

80、識重新溫故。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此畢業(yè)課題設計完成之際，向為此畢業(yè)設計傾注了大量心血xx老師和同班級的同學表示深深地敬意和謝意。指導老師xx在此課題的研究方向、收集資料、設計過程中傾注了悉心的指導和盡心所能的幫助，他的那嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和寬廣的胸懷使我受益匪淺，在此特表示誠摯地感謝。在同班級的同學幫我一同研究課題，查閱資料，

81、給我提出很多寶貴意見，在遇到難題灰心的時候給我了很到的鼓勵，在此也為我們一起學習的同學表示誠摯地感謝。</p><p>　　最后，再次向所有關心和幫助我的老師、同學表達真誠的謝意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］俞金壽·《過程控制系統(tǒng)和應用》［Ｍ］·機械工業(yè)出版社</p>

82、<p>　?。?］侯志林·《過程控制與自動化儀表》［Ｍ］·機械工業(yè)出版社 </p><p>　?。?］施仁·《自動化儀表與過程控制》［Ｍ］·電子工業(yè)出版社 </p><p>　?。?］馮育長·《單片機系統(tǒng)設計與實例分析》［Ｍ］·西安電子科技大學出版社</p><p>　　［5］孫育才·

83、;《AT89S52系列單片機及其應用》［Ｍ］·清華大學出版社</p><p><b>　　附錄I</b></p><p>　　1.C語言程序設計：</p><p>　　#include <reg52.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int</

84、p><p>　　sbit Trig=P1^0;sbit Echo=P3^2; 定義P1.0和P3.2端口sbit leden=P0^4; 定義P0.4端口sbit ledrs=P0^1;sbit alertl=P1^1;// 檢查是否在最低水位的下限，低水位報警 sbit alertm=P1^7;//中水位單片機信號端口反應sbit alerth=P1^4;//

85、 檢查是否在最高水位的上限，高水位蜂鳴器報警sbit water=P0^2;//low vol is avalibalsbit power=P3^5;uint distance,waterlevel; 定義水位距離unsigned char WaterH,WaterL;bit succeed_flag;void delay(uint z);</p><p>　　void writ

86、e_com(uchar com) {ledrs=0;//command 選擇寄存器P2=com;leden=1;</p><p><b>　　Or</b></p><p>　　P1=comleden=0;</p><p>　　}void write_dat(uchar

87、dat){ledrs=1;//dataP2=dat;;leden=1;</p><p><b>　　Or</b></p><p>　　P1=dataleden=0;</p><p>　　}void init(){power=0; //power is okleden=0; //low enblewrite_com(0x3

88、8);write_com(0x0c); //display open ,cursor off,bulb blink off 燈泡閃爍關閉write_com(0x06); //pointer auto add 1write_com(0x01); //clear display and pointerwrite_com(0x80);TMOD=0x10; //water1,16 bit watererEA=0; //open en

89、tire interruptTrig=0;Echo=0;}void init1(){write_com(0x80);write_dat('H'); 寫入高水位Hwrite_dat('L'); 寫入低水位Lwrite_dat(':');write_com(0x86);write_dat('H');write

90、_dat('L');}voi</p><p>　　}void display1(){uchar code table[]="Level display ";uchar code table1[]="10/90 ";uchar num;write_com(0x80);for(num=0;num<90;num++){write_

91、dat(table[num]);}write_com(0x80+0x40);for(num=0;num<90;num++){write_dat(table1[num]);}write_com(0x01);}</p><p>　　void main() {init(); //waterer1，16 bitdisplay1();init1();while(1) {alertl=1;

92、 //low level alert 低水位報警alertm=1; //middle level alertalerth=1; //high level alertEA=0; //off entire interrupt 低電位時，關閉所有中斷Trig=1; //water level signals TriggerTrig=0; //20us's Pulsewhile(Ec

93、ho==0); //wait Echo Pulse change High Volsucceed_flag=0; //clear succeed flagEA=1; //open entire interruot 高電平時，打開所有中斷EX0=1; //open exinterrupt0TH1=0; //clear waterer1's high 8 bit</p><

94、;p><b>　　}</b></p><p>　　delay(20);}}//外部中斷0，用做判斷電平void exter() interrupt 0 // 外部中斷0是0號{ timeH =TH1; //取出定時器的值timeL =TL1; //取出定時器的值succeed_flag=1;//至成功測量的標志EX0=0; //關閉外部中斷}//定時器1中