水塔水位控制系统课程设计报告
北京理工大学珠海学院
课程设计
课程设计(C)
学 院: 信息学院 专业班级: 学 号: 学生姓名: 指导教师:
201 年 月 日
北京理工大学珠海学院
北京理工大学珠海学院
课程设计任务书
2011 ~2012 学年第 1 学期
学生姓名: 专业班级: 自动化 指导教师: 工作部门: 信息学院 一、课程设计题目 水塔水位控制系统 二、 课程设计内容: 1、硬件设计
(1)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输出经反相器后接光电耦合器,通过继电器控制水泵工作,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。
(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。
三、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。
四、调试
1、在Kerl-uvision上单步调试,观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。 2、将程序下载到仿真仪上,进行模拟仿真,检查程序工作是否正常。
3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统,进行整机调试,观察系统工作是否正常。
摘要
供水是一个关系国计民生的重要产业。近年来随着科技的飞速发展,自动控制水位已经成为了这个领域的发展方向。本水塔水位控制系统是以80C51单片机为核心设计的系统,首先单片机循环采集传感器的信号并经过处理,然后再发出相应的控制信号,信号经过NPN三极管放大,以及光电耦合,最后使继电器吸合,达到弱电控制强电的效果,让电机运转或停止。同时,在出现故障时,单片机产生报警信号,控制LED灯的闪烁和蜂鸣器的启动。
关键词:上限 下限 报警
目录
一、课程设计题目 水塔水位控制系统 ................................................ 2 二、课程设计的要求 ................................................................................ 1 三、课程设计用仪器和器件 .................................................................... 1 四、课程设计的内容 ................................................................................ 1
1、水塔水位控制原理 .......................................................................................... 1 2、硬件设计 .......................................................................................................... 2 3、 软件流程 ........................................................................................................ 4
五、课程设计心得体会 ............................................................................ 4 六、参考文献 ............................................................................................ 4 附录:源代码 ............................................................................................ 5
一、课程设计的目的
计算机控制系统课程设计是《计算机控制系统》课程与实验结束后的一门综合性实践课。所选题目《水塔水位控制》紧密结合所学的主要内容,加深巩固所学知识,同时对所学内容进行扩展,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,提高学生的计算机控制应用系统的设计能力。
二、课程设计的要求
1、水塔水位下降至下限水位时,启动水泵上水。 2、水塔水位上升至上限水位时,关闭水泵。
3、水塔水位在上、下限水位之间时,水泵保持原状态。 4、供水系统出现故障时,自动报警。
三、课程设计用仪器和器件
硬件:1、塑料桶一个(Φ25-30cm)
2、塑料尺30cm 一个 3、微型水泵 一个 4、塑料管2米
5、光电耦合器4N25 一个
6、12V微型继电器(TWTMP-53) 一个 7、电路板(6*4cm)一块
8、薄铜片2cm*10cm *o.5mm 一块
9、直流稳压电源一台、PC机一台、XL1000/XL2000仿真仪一台。 10、其它:导线2米、二极管一个、PNP三极管一个、4.7K电阻2个、 300欧电阻2个,12针排针 1片。 软件 :keil软件
四、课程设计的内容
1、水塔水位控制原理
图1 水塔水位检测原理图
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。
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。
2、硬件设计
图2 水塔水位控制硬件图
(1)如图: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。
(2)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。
(3)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1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
表1 水塔水位信号状态表
(4)光电耦合器4N25
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,这样就实现了电一光一电的转换。
图2 光电耦合器4N25引脚图
(5)继电器
继电器是一种电控制器件。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
3、软件流程
图3 软件流程图
源代码:见附录
五、课程设计心得体会
这次的课程设计,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面、系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、计算机控制系统开发过程,以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。在这个课程的过程中,给我留下最深印象的是,一个系统的设计和焊接或许很容易,但是在不能实现其功能时如何检查出错误才是一门真正的艺术,这里凝聚了我们所学的所有技能。与此同时我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础,这将是我求职道路上一笔重要的财富。
六、参考文献
[1]李全利. 单片机原理及接口技术. 北京:高等教育出版社,2009.
[2]盛珣华,李润梅. 计算机控制系统. 北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2007.
附录:源代码
#include <reg52.h> sbit b=P1^0; sbit c=P1^1; sbit d=P1^2; sbit led=P1^3; sbit fly=P1^4;
void delay(void) //误差 0us {
unsigned char a,b,c; for(c=167;c>0;c--)
for(b=171;b>0;b--) for(a=16;a>0;a--); }
void main() {
while(1) {
P1=0xfc; if(c==0) d=0; if(c==1) {
led=0; fly=0; }
if(b==1&&c==1) { d=1; led=1; fly=1; }
delay(); } }
北京理工大学珠海学院
水塔水位控制系统
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