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1、长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文）摘 要采用AT89C2051单片机系统实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。该系统具有水位检测、低水位高水位报警以及自动加水等功能。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。检测系统采用铜针探测结构简单制、造成本低、灵敏度高。并采用AT89C2051单片机系统控制整个电路的信号处理以及采用光电耦合和继电器来实现弱电控制强电来实现加水系统的自动控制。它能自动完成水位检测、光报警、上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是
2、用于各种高层液体储存的理想设备。关键词：单片机 自动监测 自动控制AbstractAT89C2051 microcontroller system using cooling towers to achieve the level of automation, design a low cost and high practical value of the water tower water level controller. The system has the water level detection, low water high water level alarm and auto
3、matic functions such as adding water. The design process mainly uses the sensor technology, single chip technology, optical technology and the weak control the strong police power technology. Detection system using simple system for detection of copper needles, resulting in the low and high sensitiv
4、ity. AT89C2051 SCM system control by using the circuit of signal processing and the use of optical coupling and weak control relays to achieve strong power to realize automatic control of water systems. It can automatically detect the water level, light alarm, Sheung Shui, all the work without water
5、 cycle, to ensure better surface height is always within the context of its structure simple, low cost, high sensitivity, significant energy is used in various kind of ideal equipment for high-level liquid storage.Key words: SCM Automatic monitoring Circuit Contr目 录第1章 绪 论11.1 研究背景11.2 研究的目的及意义31.3
6、国内外发展现状4第2章 总体方案论证62.1 设计思路62.2 系统方案论证62.3 方案论证8第3章 各单元电路设计93.1 系统工作原理93.2 单片机的选择93.2.1 单片机选择93.2.2 最小系统电路143.3 传感器的选择183.4 稳压电路的设计203.5 光报警显示电路213.6 继电器控制水泵加水电路233.6.1 功率驱动电路中的光电隔离233.6.2 光电耦合器简介243.6.3 继电器简介243.6.4 水泵的介绍253.7 电源电路263.8 看门狗电路27第4章 软件设计324.1 程序流程图324.2 源程序33总 结35致 谢36参考文献37附录1 系统原理图
7、39附录2 系统总程序40IV第1章 绪 论1.1 研究背景传统的供水系统大多采用水塔、高位水箱或者增压设备，用水泵高出实际用水高度的扬程来提升水位高度，以保证又足够的用水量。但是控制精度低、能耗大。随着科学技术的不断更新发展，自动控制技术在我国的日新月异，传统的继电器控制系统已经跟不上时代发展的要求，这就需要一种新型的控制方式取而代之。单片机诞生于20世纪70年代末，是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转
8、换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)，而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。目前单片机
9、渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用
10、单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，
11、从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些
12、专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换7.单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线
13、的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，ABS防抱死系统，制动系统等等此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。1.2 研究的目的及意义目前，我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，既在楼顶或者另外建设的高塔上面建个蓄水池以保证用户水压的恒定。在我们的指导老师的启发之下，我们对住宅供水情况进行了调查，根据调查在城市兴建的许多的房子现在都要实现自来水供水，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
14、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检测报警控制系统的诞生 。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位控制装置便能够很好地造福人民。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点,而运用单片机的自动控制原理, 利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，依据用水位的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定以
15、满足用水要求, 从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想的自动化装置。远古时代，人们逐水而居。水在人们正常生活和生产中始终如一的起着至关重要、无可取代的作用。如若没有了水，轻则给人们的生活带来极大地不变，重则可能造成重大的生产事故及损失。因此满足及时、准确、安全、充足的供水成为人们对供水系统提出了新的要求。如若依旧采用传统的方式，不但劳动强度大，工作效率低下，而且安全性难以保障。由此运用单片机对控制系统进行改造，进而实现安全、充足、自动化的供水，具有很高的实际应用价值，对人们的日常生产生活具有重大意义。1.3 国内外发展现状从半导体集成技术及微电子设计技术的发展，可以预见到未来单片机技术的发展趋势。1、主流机型发展趋势在未来较长一段时期内，8位单片机仍是主流机型，许多厂家还会不断改进与完善8位机，使8位机不断保持其活力；在满足高速数字处理方面，32位机会发挥重要作用；16位机空间有可能被8位机、32位机挤占。2、全盘CMOS化趋势。3、RISC体系结构的大
