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1、专科生毕业设计(论文)摘 要大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件,它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响,而且也关系着生产的安全。水箱控制系统的总体设计方案,采用三个组要模块组成整个系统:数据采集及处理模块、给水泵电机主控回路、水箱抗干扰设计。并且水箱控制系统采用8051单片机作为控制核心。单片机是测量系统数据交换的中心,该系统采用的是80C51单片机,全静态工作时振荡器频率为012MHz。水箱的控制器由8051系统构成。为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响,输入输出均采用光电隔离。光电隔离是半导体管敏感器件和发光二极管组成的一种新器件,它主要功能是实现电信号的传送。输入
2、与输出绝缘隔离,信号单向传输,无反馈影响。抗干扰性强,响应速度快。本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能。该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。关键词:MCS-8051单片机; 水位;控制; 报警AbstractMany companies large water tank is an essential component in the production process, and its excellent performance and quality of work not only
3、have a huge impact on the production, but also on the safety of production. Tank control system design plan, with three groups to the system modules: data acquisition and processing module, the master circuit to the pump motor, water tank anti-jamming design. And the tank control system uses 8051 as
4、 the control. SCM is a measure of system data exchange center, the system uses a 80C51 microcontroller, static work full-oscillator frequency is 0 12MHz. Water tank system configuration controller from 8051. To avoid start-stop motor and power fluctuations affect circuit, input and output are using
5、optical isolation. Optical isolation is a sensitive semiconductor devices and light-emitting diode tubes composed of a new device, which main function is to achieve signal transmission. Isolated input and output isolation, signal one-way transmission, no feedback effect. Strong anti-interference, fa
6、st response. The purpose of the MCU system design is the application of SCM control technology to control the water tank as the core of 8051 the water level, and to achieve the alarm and manual and automatic switching function. The system is easy to operate, good performance, more in line with plant
7、 production water system control. Keywords: MCS-8051 Single-chip;Level;Control;Alarm目 录第1章 绪论11.1 水箱控制系统的研究意义11.2 水箱控制系统发展现状1第2章 单片机水箱控制系统硬件设计32.1 80C51单片机水箱控制系统硬件简介32.1.1 数据采集及处理模块32.1.2 光电隔离简介72.1.3 给水泵电机主控回路介绍82.2 80C51水箱控制系统主控硬件部署方案92.2.1 80C51单片机系统实现功能说明92.2.2 74LS373芯片实现系统功能说明92.2.3 EPROM2764芯
8、片实现系统功能说明11第3章 单片机水箱控制系统原理133.1 80C51单片机简介133.2 水箱给水设备系统原理133.3 80C51单片机控制系统原理143.3.1 80C51单片机控制部分结构说明143.3.2 系统电路示意图设计16第4章 单片机水箱控制系统程序设计174.1 程序概要设计174.2 系统主程序原理174.2.1 自动模式子程序原理184.2.2 手动模式子程序原理21第5章 结论23参 考 文 献24致 谢25附录2646第1章 绪论1.1 水箱控制系统的研究意义大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件,它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响,而且也关
9、系着生产的安全。在过去,大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的,这样的人工方式带来了很大的弊端,比如水位的控制,时刻监控水箱的环境,夜间的监控等等,操作员稍有疏忽,或者简易的监测器件损坏,将带来无法弥补的损失,更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以对水箱控制,如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统,可以最大限度的避免事故的几率,同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。从水资源节约方面考虑,以往的人工控制在很多情况下,造成资源不必要的浪费,大部分原因是水箱内部水位没有及时的反馈信息到操作员,从而使控制上有一定的延迟,从而造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或
10、生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况,可以很好的节约资源有效的降低成本。单片机,一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分,它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。80C51以它功能强大,设计简单,制造廉价,支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中。因此,基于80C51单片机的水箱控制系统研究有着重要的意义。1.2 水箱控制系统发展现状目前,水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域,它以自身的自动化控制系统的安全优势,已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段,它的成本还很高。比如把一台纯手工家用水箱设计成自动化
11、控制的水箱,从硬件的设计和铺设,对于民用化产品实施的性价比较高。因此大规模的使用仍受到经济上的限制。但是,从长远来看,随着自动化技术的改进和硬件成本的降低,以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。我国仍然处于生产型发展中国家,所有几乎在能源相关的所有领域中,水箱是比不可少的部件,即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展,我国控制系统技术已经达到国际水平,但是在中小型企业以及民用产品,大量的水箱控制仍然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟,以及单片机生产成本的下降,基于单片机的水箱控制系统应用到
12、中小型以及民用产品有着较大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员,将控制系统成为水箱设计的一部分,以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。第2章 单片机水箱控制系统硬件设计2.1 80C51单片机水箱控制系统硬件简介2.1.1 数据采集及处理模块单片机是测量系统数据交换的中心,该系统采用的是80C51单片机,全静态工作时振荡器频率为012MHz。目前,8051单片机在工业检测控制领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种外部设备,完成工业自动化的实现。89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集
13、成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位的微型处理器CPU;一个256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的I/O接口P0-P3;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍下其各个部分的功能。中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心,由它读入用户程序,并逐条执行指令,它是由8位算术逻辑运算部件(简称ALU)、定时控制部件,若干寄存器A、B、SP以及16位程序计数器(PC)和数据
14、指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算,并具有判跳、转移、数据传送等功能,此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器PC、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。当执行指令时,从程序存储器中取来经译码器译码后,根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号,送到存储器、运算器或I/O接口电路,完成指令功能。程序计数器PC程序计数器PC用来存放下一条将要执行的指令,共16位可对以K字节的程序存储器直接寻址C指令执行结束后,PC计数器自
15、动增加,指向下一条要执行的指令地址。数据存储器,RAM,片内为128B,片外最多可外扩64KB。数据存储器来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。片内的128B的RAM,以高速RAM的形式集成在单片机内,可以加快单片机运行的速度,而且这种结构的RAM还可以降低功耗。图2.1 单片机8051的内部结构图程序存储器,ROM,用来存储程序,80C51为4KB ROM。如果片内只读存储器的容量不够,则需要用扩展片只读存储器,片外最多可以扩展到64KB。定时器/计数器,片内有2个16位的定时器/计数器,具有4种工作方式。在单片机的应用中,往往需要精确的定时,或对外部事件进行计数,因而需在单片机内部设置定时器/计数器部件。串行口,1个全双工的串行口,具有4中工作方式。可用来进行串行通信,扩展并行I/O口,甚至与多个单片机相连构成多机系统,从而使单片机的功能更强且应用更广。特殊功能寄存器,SFR,共有21个,用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。单片机的时序功能:时钟电路 80C51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时,在C1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器, 振荡频率的选择范围为1.2-12MHZ在使用外部时钟