毕业设计基于AT89C51单片机的水位控制系统设计.doc

1 引言 1.1 设计目的 在工农业生产中，常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证，因此一个安全合适的水位系统是很必要的。 1.2 设计要求 利用单片机设计一个水位控制系统，要求用开关来模拟水位的状态，当设定完水位后，系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。具体要求如下： 1、设计单片机工作系统电路。 2、通过键盘设置其预定水位，根据水位不同控制电机的旋转。 5、利用Proteus进行仿真。 1.3 设计方法 本设计是采用AT89C51单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水体液位控制系统,采用八个键盘来模拟水位, CPU循环检键盘输入状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位数据,实施报警安全提示,当水体液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动打开排水泵。 2 设计方法和原理 2.1 水塔水位的控制原理 单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下．水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C。用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位．B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位(底端靠近水池底部．不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水。单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升．当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用。使B、C棒均与+5 V连通。因此B、C两端的电压都为+5 V，即为“l”状态，此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；随着水量的减少，当水位处于上、下限之间时。B棒和A棒导通．而C棒不能与A棒导通，B端为“1”状态。C端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，或是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，B、C均为“0”状态。此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水，然后重复原来的过程，这就是简单的水位控制原理。 图1 水位控制原理 2.2 总体设计方案 系统的原理是采用8个按钮进行水位检测，在现场的3个不同的位置，由下至上测量水体的液位值。并把这八个液位状态通过模数转换器传到单片机中（在本系统中采用开关的打开与闭合来模拟）,在通过3位七段LED显示器显示出液位的八种状态并通过LED灯报警提示。当水位过低（在3水位）时灯就会变亮，当水位较高（在7水位时）等也会变亮，用来让用户察觉。在水位过高和过低时电磁阀都会自动的抽水或排水，其具体的抽水和排水位置可以设定，此系统中采用的是7水位和3水位。 3 硬件设计 3.1 硬件设计方案 系统方案设计液位控制是利用把液位的利用来管进行模拟，再通过AT89C51把输出状态直接接到单片机的I/O接口，单片机经过运算控制，输出数字信号，输出接口接LED进行显示,实现液位的报警和键盘的显示与控制。 由下图可观察到水位由键盘控制输入以后，通过AT89C51单片机的运算控制，在通过LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门的开启实现对水体的液位进行调节控制,阀门的驱动设备是电动机。 图2即是液位控制系统。 图2 水位控制系统分析 3.2 主芯片AT89C51 本系统采用AT89C51作为主要芯片，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 在本系统设计中采用AT89C51作为主要的芯片，它具有P0、P1、P2、P3四个I/O口，每个口又有8个接口，32个接口可以满足外接电路的需要，更方便的显示系统。 本设计中采用了单片机AT89C51的P0、P1、P3口，分别完成了显示和控制以及报警功能的实现。 下图为单片机AT89C51的引脚图。 图3 AT89C51引脚图 3.3 光报警及显示电路 图4所示为系统的光报警及显示电路，三段LED数码管于单片机的P0-P7口相连，同时排阻的把根线也连在单片机的P0口上，作为上拉电阻。 图4 光报警及显示电路 3.4 键盘连接电路 键盘连接电路如图5所示