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水塔水位控制报告
单片机原理及系统课程设计
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兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012年 7月 1日
1引言
该设计是针对水塔水位控制系统的要求所做。
随着社会的发展,科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活,单片机作为微型计算机发展的一个重要分支,具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势,以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制,其目的重在于单片机技术的应用,由单片机实现自动运行,使水塔内水位始终保持在一定范围,以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计,实现水位的检测控制、处理和报警等功能,并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明,该系统具有良好的检测控制功能,可移植性和扩展性好。
在此水塔水位控制系统中,单片机充当着主要的角色。它控制整个系统的运行,可以完成水位高低的控制。检测信号来自插入水中的3个金属棒,以感知水位变化情况。工作正常情况下,应保持水位在某一范围内,当水位变化发生故障的时候,及时关断电机电源,发出声、光报警信号。
2设计方案及原理
2.1设计原理
单片机水塔水位控制原理如图2.1所示,图中虚线表示容许水位变化的上下线,在正常情况下,应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位,C棒处于上限水位,B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源,B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。
水塔由电机带动水泵供水,单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时,水位上升,当达到上限时,由于水的导电作用,B、C棒连通+5V。因此,b、c两端均为1状态,这时应停止电机和水泵的工作,不再给水塔供水。
当水位处于上下限之间时,B棒与A棒导通。因C棒不能与A棒导通,b端为1状态,c端为0状态。这时,无论是电机已在带动水泵给水塔加水,水位在不断上升;或者是电机没有工作,用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。
当水位降到下限时,B,C棒都不能与A棒导电,因此,b,c两端均为0
状态。这时应启动电机,带动水泵工作,给水塔供水。
图2.1 水塔水位控制原理图
3设计方案
本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中,检测信号来自插入水中的3个金属棒,以感知水位变化情况。工作正常情况下,应保持水位在某一范围内,当水位变化发生故障的时候,及时关断电机电源,发出声、光报警信号。
水塔水位的硬件原理图如图3.1所示。
图3.1 硬件原理图
其中,1使用AT89C51单片机,本系统采用2732构成4KB的外扩展程序存储器。74LS373作为地址锁存器。
2两个水位信号由P1.0和P1.1输入,这两个信号共有四种组合状态,其中10状态正常情况下是不可能发生的,但在设计中应该考虑到,并作为一种故障状态。
3控制信号由P1.2输出,去控制电机,并串联一个发光二极管,用来显示电机的运转与否。
4由P1.3输出报警信号,驱动一支发光二极管和一只喇叭进行声光报警。
4硬件设计
水塔水位控制系统主要有CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成。
4.1 时钟电路和手动复位电路
单片机的时钟电路和外部手动复位电路如图4.1所示。
图4.1 时钟电路和外部手动复位电路
其中,在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,从而构成一个稳定的自激振荡器,这就是单片机的时钟电路。晶体振荡频率高,则系统的时钟频率也高,单片机运行速度就快,同时对存储器的速度也高。复位电路的成功与否,关系到一个单片机系统能否正常运行,本设计采用按键电平复位方式,是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。
4.2 水位检测接口电路、故障报警电路
为了便于水位检测,在实际仿真过程中用一个两位的拨码开关模拟b、c端的状态,从而实现水位状态的四种组合,如图4.2所示。正电极接P1.0和P1.1口,每个负电极分别通过4.7K的电阻接地,将单片机的P1.0口接开关1,P1.1口接开关2。单片机通过负电极重复采集检测水位,当缺水时(此时两个开关均置0),电机必须带动水泵抽水;若水位在正常范围内,检测信号为高电平,此时开关1置1,开关2置0;当水位过高时,检测信号为高电平,此时开
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