基于单片机的水塔水位控制系统的设计与仿真毕业论文

目录

绪论 (1)

1 总体方案 (2)

2 水位控制硬件设计 (3)

2.1电路总体框架图 (3)

2.2LED数码管显示 (3)

2.3电机驱动及显示 (4)

2.4水位检测电路 (5)

2.5声光报警电路 (6)

3 软件部分 (7)

3.1程序框图 (7)

4 PROTUSE仿真显示 (8)

总结 (11)

参考文献 (12)

绪论

当今社会，科技以迅雷不及掩耳之势的速度发展着，人民生活水平也在不断的提高。自动水位控制将给人们生活带来巨大的方便。由于单片机有极高的可靠性，微型性和智能性，单片机已经广泛应用于我们生活和学习中，我们可以在许多领域见到单片机的身影，，小到玩具家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可以见到单片机的身影。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随即存储器RAM，只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令。CPU 功能，是以不同方式来执行各种指令。有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系。总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。

对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现。同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率。

1 总体方案

本设计基于电阻式传感器并以水槽水位为模型，鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，所以该设计以单片机为基础的水槽水位控制系统。在实际中，水位自动控制电路是通过水位传感器对水位进行采样，将采样信号的水位高度转换为0～5 V 的直流电压，再经过 A/D 转换[12]后，将转换所得的8 路并行数字量送入单片机进行处理来来驱动电机的启停等。从而达到对水位进行自动控制的目的。通过对电压和水位的转换关系，最终利用单片机进行精确的控制，实现对水位高度的显示、主/备电机和报警装置等的控制。但是鉴于基于单片机的水位控制系统在Protues 上进行仿真，而Protues 上没有水槽水位的模型。因此，可以用按钮来代替水位的传感器。

本次设计实现的功能

（1）两个数码管分别显示液位和当前时间。

（2）通过按钮来表示液位的高低，并来控制电机转动和停止来表示加水。 （3）通过两个led 灯来表示系统工作状态，绿灯表示电机正常加水，红灯表示需要加水或加水完成。

（4）运用喇叭来提示是否需要加水和加水是否完成。

水位控制系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、继电器控制电机加水电路、单片机STC89C52、数码管显示电路组成。系统组成的方框图如下

系统总体框图

2 水位控制硬件设计

2.1电路总体框架图

如图2-1中所示

图 2-1 电路总体框架图

2.2LED数码管显示

对水位显示，本设计是通过CD4511来驱动共阴极数码管，将CD4511的A、B、C、D端分别和89C51的P3口的低4位相连，A是最低位D是最高位。然后再将CD4511的“QA，QB，QC，QD，QE，QF，QG”分别和LED数码管的数据端相连，通过89C51的P3口的低4位来驱动数码管的显示。通过A、B、C、D的BCD码来驱动数码管的显示。

CD4511

CD4511驱动的数码管

对数字时钟的显示，本设计是通过DS1302来驱动八个数码管，将数码管的“a，b，c，d，e，f，g，dp”分别和89C51的P0口相连，再将数码管的“1，2，3，4，5，6，7，8”端口分别和89C51的P2口相连，当系统一运行时，DS1302能及时驱动数码管显示当前的时间。

2.3 电机驱动及显示

电机控制部分，采用了三极管放大和二极管正向导通的作用和继电器的吸合作用来控制电机的工作，由单片机P1.0 口进行控制，而电机的工作状况由相应的显示指示灯来显示，如图2-8所示：

图2-8 电机控制电路

2.4水位检测电路

按键是直接用I/O 口线构成的单个按键电路,每个独立式按键占有一根I/O 口线,各根I/O 口线之间不会相互影响。在此电路中,按键输入采用低电平有效。

水位检测部分是用单片机P1.4～P1.7连接的四个按钮分别代表水满、低水位、中水位和蓄水位。

由于基于单片机的水位控制系统在Protues中进行仿真时，Protues中没有水槽水位的模型，所以就不能用实际的液位传感器来前侧水槽中的实际水位。在这里可以用四个按钮K2、K3、K4、K5来控制水塔中的水位。当按下K5，电动机开始转动，此时水塔中的水位会显示1，即此时的水位时水槽总高度的1/4；当按下K4，电动机开始转动，此时水槽中的水位会显示2，即此时的水位时水塔总高度的2/4；当按下K3，电动机开始转动，此时水槽中的水位会显示3，即此时的水位时水槽总高度的3/4；当按下K2，电动机开始转动，此时水槽中的水位会显示4，即此时的水位达到水满状态。如图2-9所示：

图2-9 水位检测电路

2.5 声光报警电路

报警电路是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。声光报警部分主要由以扬声器为代表的声音报警部分和以数码管为代表的光报警部分，它们分别由单片机的

P3.2 和P3.7 接口来实现水位的报警。当K2按钮被按下时，即此时为shuiman，报警指示灯发光二极管会闪烁并且扬声器会发出尖锐的报警声，且闪烁几秒钟后声光报警会自动的关闭；当K5被按下时，即此时为低水位，报警指示灯发光二极管会闪烁并且扬声器会发出尖锐的报警声，且闪烁几秒钟后声光报警会自动的关闭。如图2-10所示：

图2-10 声光报警电路