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1、1任务书年级专业05 电子信息工程技术学生姓名课题名称高塔水位控制系统设计高塔水位控制系统设计设计(论文)起止时间2008 年 5 月 19 日至 2008 年 6 月 13 日课题类型工程设计、应用研究课题性质模拟应用一、课题设计（研究）的目的和主要内容课题研究的目的应用单片机控制技术，设计高塔水位控制系统，掌握单片机应用系统开发方法，学会 PCB 板的设计及电子产品的制作。课题的主要内容1主要内容高塔水位控制系统方案设计与论证，高塔水位控制系统电路设计与程序设计，高塔水位控制系统 PROTEUS 仿真，PCB 板设计。2技术指标自动控制水泵工作显示电路灵敏、准确二、基本要求1.方案设计与论
2、证：在广泛收集资料，认真研究的基础上，提出高塔水位控制系统的方案，并在 PROTEUS 环境中进行仿真，完成实习报告。2.电路设计：根据工程技术方案，对电路进行设计与计算。3.程序设计：对系统进行整体规划，完成程序设计与模拟调试4.PCB 板设计：根据电路图进行 PCB 板设计5.撰写设计报告：按照学院实习报告设计规范撰写生产实习报告与制出符合上述要求的产品样机。2三、生产实习已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料）1具备课题开发的实验条件 具有单片机综合实训设备，可完成单元电路和系统实验 具有 PROTEUS 单片机设计与仿真软件，可实现单片机应用系统的设计与仿真 2可供参考的资料
3、丰富 1刘湘涛、江世明编单片机原理与应用电子工业出版社，2006 年 8 月 2王晓明编著电动机的单片机控制北京航空航天大学出版社，2002 年 5 月 3高吉祥编全国大学生电子设计竞赛培训系列教程电子工业出版社，2007 年 5 月 4周澜景编著基于 PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真北京航空航天大 学出版社，2006 年 5 月 5何立民单片机高级教程北京航空航天大学出版社，2004 年 7 月 6吴金戌编8051 单片机实践与应用清华大学出版社四、生产实习进度安排12008 年 5 月 19 日开始实习。 2.2008 年 5 月 20 日确定课题。 3.2008 年 5 月
4、21 日-6 月 3 日进行电路设计和程序设计。4.2008 年 6 月 4 日至 6 月 10 日完成产品设计。5.2008 年 6 月 13 日前完成实习报告。五、实习地点安排所有在学校实习的同学均应该在指定的实验室中完成实习任务。6、实习注意事项1. 所有同学实习期间均应该严格遵守实习守则。2. 实习过程中，应注意实习安全。3. 不得以任何借口，随意缺勤。4. 实习应严格按照指导老师的要求，有计划的进行。指导教师（签字）： 学生（签字）：3目 录前言第一章 设计思路与方案 1.1 设计思路 1.2 方案设计 1.3 方案论证 第二章 系统组成与工作原理2.1 系统组成 2.2 系统工作原
5、理 第三章单元电路设计 3.1 传感器的选用 3.2 稳压电路的设计 3.3 单片机控制处理电路3.4 光报警显示系统电路3.5 继电器控制水泵加水电路 第四章程序设计 4.1 程序流程图 4.2 汇编程序 第 5 章 系统仿真 第六章 产品制作与调试5.1 PCB 板设计 5.2 元器件检测 5.3 产品调试5.4 产品安装结束语参考文献致谢 附录一系统的总的原理图附录二 PCB 版图4附录三元件清单 前 言 高塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，在我们的指导老师江老师的启发之下，我们对邵阳的住宅供水情况进行了调查，根据调查在邵阳或者我们衡阳的农村甚至城市兴建的许多的房子现在都要
6、实现自来水供水，所以在许多的家庭的楼顶都砌了一个高塔用来存储用水，然后对整个房子的用水进行供给。调查的过程当中我们发现，目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不便。引起了老百姓的抱怨-水用完只前，不知道水已经很少，待用完后才知晓，如果是急需水的情况下，那就十分麻烦要等加水后才有水用；加水的过程当中，还需要人时刻检查水位情况，以防止水量超过最高水位线；所以这一切问题的存在，都在呼唤一种简单经济的高塔水位控制系统的诞生 。另外，现在许多的锅炉系统、防洪系统也需要对水位进行控制，以能够方便地控制水位，对不同的水位进行报警，所以如果研制了一种很好的水
7、位控制装置便能够很好地造福人民。我们学习了单片机、模拟电子技术、数字电子技术、电路等知识，为我们此次设计打下了良好的基础。基于我们的调查，感到现实生活急需要这样的水位控制系统，所以我们决定在老师指导之下设计与研制一种高塔水位控制系统作为我们本次生产实习的课题。相信本次的设计一定能够给老百姓的生活带来方便，也一定会具有广阔的市场前景，一定能够使我们电子设计能力得到很好的锻炼，使我们的理论和现实生活联系起来！5高塔水位控制系统设计与研究高塔水位控制系统设计与研究1.1.设计思路与方案设计思路与方案1.1.1.1.设计思路设计思路随着社会的进步，人类生活水平的不断提高，现在许多家庭都要求能够进行家庭
8、用水自动供水，基于调查我们决定设计一款简单实用，经济的高塔水位控制系统。 在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电控制强电的技术。1.21.2 方案设计方案设计 方案一：本方案采用 555 电路进行控制，即当水位探测传感器探测到低水位时送一个低于 1/3VCC 的低电平给 NE555 芯片,555 的输出即为高电平驱动水泵加水;当在正常的水位时候,送给 NE555 为
9、 1/3VCC-2/3VCC 的电平,即保持前一个水泵不加水的状态;当水位居于高水位时,给 NE555 电路一个高电平,这时 NE555 输出电平翻转为低电平,不能驱动水泵,水泵停止加水。555电路 电源电路 高塔水箱6图图 1.11.1 方案一方框图方案一方框图方案二：本方案采用单片机 80C52 作为我们的控制芯片,主要工作过程是当高塔中的水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,然后单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮;当水位在正常范围内时,水泵加水,绿灯亮,;当水位在高水位时,单片机不能驱动水泵加水,黄灯亮。图图 1.21.2 方案二方框图方案二方框图1.31.3 方案论证方
10、案论证第一种方案设计使用起来比较方便也简单,不用编程等软件方面的设计，但是没有稳压电路,使输入 NE555 芯片的电平十分不稳定,容易发生误判水位引起混乱的情况,且NE555 电路只有一个输出端,不能接显示系统,所以不能完成显示功能。第二种方案中使用了单片机处理，单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,由于 80C52 单片机有四端口 32 引脚能够非常方便地设计显示系统。综上,我们已经清楚地看到了两种方案的优劣,要能够很好地完成本次设计的各个指标和达到设计的目的,我们选择第二种方案作为我们的设计方案。单片机
11、 80C52电源电路水位检测 传感器水泵加水系 统水塔模型水 箱显示系统稳压电路72.2.系统组成与工作原理系统组成与工作原理2.12.1 系统组成系统组成本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。主电气原理图如下。 U3GDOUHEC320uFX112MHZC2 22pFC1 22pFSW-PBR11K+5VQ2 2N930Q1 2N930D5D5R4 2KR6 100KR5 100+5VQ5 2N930Q4 2N930D6D6R11 2KR13 100KR12 100+5VR2 1KR3 1KR91K+5VD7R10
12、10KR72K+5VQ3 NPNR82KV1 VSINC4 1000uFC5 0.1uFC6 0.1uFC7 0.1uFGND12V 5VVin1GND3Vout2U2 7805Vin1GND3Vout2U1 78121 2 3J1CON3EA/VP31X119X218RESET9(RD)P3.717(WR)P3.616(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(T2)P1.01(T2 EX)P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0
13、.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U489C52R141K R151K+5V+5VD1D2D4D3R161K+5V35421JUMP RELAY-SPDT123K1 CON3D8 GREEND9 YELLOWD10 RED123K2CON3图图 2.12.1 系统原理图系统原理图2.22.2 系统工作原理系统工作原理当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V 的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入
14、单片机的 P1.0 口，单片机经过分析，在 P2.3 口输出一低电平，驱动红灯亮，P2.0 出来一个信号使光电耦合器GDOUHE 导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V 的电源导通，8送入单片机，单片机经过分析，在 P2.2 引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在 P2.0 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。 3 3 单元电路设计单元电路设计3.13.1 传感器的选用传感器的选用传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，在现代科技领域中，传感器得到了广泛应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速反映。本设计当中我们采用的水位探测传感器简单易做，经济实惠。其外形轮廓如下：图图 3.13.1 水位探测传感器外观图水位探测传感器外观图A 为接+5V 电源的线与水一直保持连通，B 线为低水位控制线，当水位到达低水位的时候它不
