毕业设计-基于at89c51单片机的水位控制系统设计

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1、单片机原理及系统课程设计报告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

2、，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

3、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+5V连通。因此B、C两端的电压都为+5V，即为“l”状态，此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注

4、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”15单片机原理及系统课程设计报告状态。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

5、。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，

6、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。15单片机原理及系统课程设计报告图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CMOS8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

7、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

8、功能的实现。下图为单片机AT89C51的引脚图。15单片机原理及系统课程设计报告图3AT89C51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15单片机原理及系统课程设