《单片机课程设计》报告水塔水位控制系统

机械与车辆学院

《单片机课程设计》报告

（2012-2013学年第一学期）

课程设计题目：水塔水位控制系统

姓名：

学号：************

班级：00机械电子工程33班

指导老师：chenlaoshi

时间：2013年 1 月14日—2013年 1 月25日

成绩：

目录

一、课程设计性质和目的 (2)

二、课程设计的内容及要求 (2)

三、课程设计的进度及安排 (3)

四、设计所需设备及材料 (3)

五、设计思路及原理分析 (4)

六、流程图及程序编写 (5)

七、调试运行 (8)

八、结果及分析 (9)

九、心得体会 (10)

十、参考文献 (10)

十一、致谢 (11)

十二、附录 (11)

一、课程设计性质和目的

这次课程设计《水塔水位控制》是继这学期我们学习的《单片机原理与接口技术》课程与实验结束后的一门综合性实践课，让学生初步尝试把理论与实践结合，培养了学生的实践能力。《水塔水位控制》设计需要紧密结合所学的知识，在参阅相关资料中，可以加深、巩固所学知识，同时也拓宽了知识面，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过电路设计、安装、调试等一系列环节的实施，提高学生的单片机应用系统的设计能力。

二、课程设计的内容及要求

1、硬件设计

（1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P2.0接水位下限传感器，P2.1接水位上限传感器，P2.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P2.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P2.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。

（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM 处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。

（3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。2、软件设计

（1）根据功能要求画出控制程序流程图。

（2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序

3、功能要求：

（1）水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。

（2）水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。

（3）供水系统出现故障时，自动报警。

三、课程设计的进度及安排

序号项目时间

1 布置课程设计任务、讲授焊接基本知识1天

2 水塔水位控制总体方案设计、仿真器使用1天

3 硬件设计和制作1天

4 硬件制作和调试1天

5 Protel99的使用1天

6 软件设计和软件调试1天

7 综合调试1天

8 整体调试1天

9 检测验收、写课程设计报告1天

10 答辩1天

表1 课程设计的进及安排表

四、设计所需设备及材料

元件名原理图工作原理个数

继电器

SRD-12VDC-SL-C 线圈通电产生磁场，吸

附开关，使常闭端打

开，闭合与常开端；

1

1

光电藕合器4n25输入的电信号驱动发

光二极管，使之发出一

定波长的光，被光探测

器接收而产生光电流，

再经过进一步的放大

输出，实现电—光—电

的转化

1

PNP 三极管9015C PNP三极管用作开关，

当基极电位低于发射

极电位是三极管导通

1

二极管单向导通，保护继电

器；

1 电阻220

2 电阻 4.7k 1 电阻1k 1

表2 设计所需设备及材料表

五、设计思路及原理分析

水塔水位控制原理图见图1，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V，B、C接地。

图1 水塔水位检测原理图

在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低,水泵供水。

如图2：用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。

用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电极置于水位10cm处，接5V电源的正极；B电极置于水位15cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.0口；C电极置于水位20cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.1口。

图2 水塔水位控制硬件图

两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表3所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。

表3 水塔水位信号状态表

C(P1.1) B(P1.0) 操作

0 0 电机运转

0 1 维持原状

1 0 故障报警

1 1 电机停转

六、流程图及程序编写

图3 软件流程图