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1、单位代码 0 2学 号分类号TH6密 级课程设计说明书水箱水位控制系统设计院（系）名称机械工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师2015年 10月27日2硬件设计2.1单片机最小系统电路设计AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM ）和128bytes的随机数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。本设计
2、中单片机采用AT89C2051,它是一种高性能低价格单片机。引脚（20个）和指令系统与8031单片机完全兼容。片内有2 K字节的闪速程序存储器（采用电擦除编程，可重复编程1000次，数据可保10年），除没有P0 口、P2 口外，具有8031所有功能结构，即一片AT89C2051相当于8031 373、2716组成的最小系统。用它构成的测量、控制系统具有电路简单、可靠性好、体积小和成本低等优点。AT89C2051的P1 口为八位双向I/O 口，P1.2P1.7有内部上拉电阻，P1.0与P1.1无内部上拉电阻。P1.0与P1.1具有第二功能，分别作为片内精密比较器的同相、反相输入端。P1 口输出驱
3、动器能提供20mA的灌电流驱动能力，其锁存器写1时可作为输入口。AT89C2051的P3 口为七位双向I/O口，有内部上拉电阻，P3 口输出驱动器能提供20mA灌电流驱动能力，其锁存器写1时可作输入口。P316作为输入线与片内精密比较器输出端在片内相连，故无引出线，但可读该位的值。P310P315的第二功能与8031 P3 口相应口线的第二功能完全相同。综上所述，P1和P3 口中的各口线可直接驱动发光二极管，不用再配置发光二极管驱动电路，P1. 0与P1. 1具有第二功能，不用再配置比较器，从而简化了控制电路的结构。最小系统电路图如图2.1所示：2.2水位检测传感器的选用传感器是一种能感受被测
4、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-C3U13.3pFTE-JC23.3pFX1Ta12MHZTEXT：la1-2-3-4S7-8-IIV T AiPO.1/AD1PO.2/AD2P0.3/AD3PO.4/AD4P0.5/A05P0.6/AD6P0.7/AD7RSTP2.0/A8P2.1/MP2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.G/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1ZTXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4
5、/TOP1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDPROGRAM=pcoUu2 hax图2.1最小系统电路图各种传感器，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。其外形轮廓如图2.2所示：图2.2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导通，水在正常范围内时，它导通。C线为高水位控制线，当它导通时，表示水已经为同水位。本设计中采用了细铜线作为我们的传感器的材料。主要考虑了（I）细铜线的电阻率比较低，这样就可以避免由于电阻过大而使输出的电平
6、过低，以致不能很好地驱动单片机工作(2)传电性能比较好，传电速率比较快，也就是说灵敏性非常好。(3)细铜线便宜易找。本传感器的尺寸是A线是30cm, B线是20cm, C线是15cm,铜线直径是15mm。2.3稳压电路的设计本电路的主要作用是使从传感器输出的电平能够稳定地输入单片机中，主要由三极管的两极放大稳定电路组成，其工作过程是水位探测传感器把探测到的电信号送给R12,如果送入的是高电平则Rll、Q5、D3、Q4导通把低于1.4V的低电平稳定地送给单片机。如果是低电平送给R12则Rll、Q5、D3、Q4均不能导通二是R13导通将把高于1.4V的高电平稳定的送给单片机。我查找了相关资料以及我
7、们自己在设计过程当中免去此稳定电路，发现有时候也能实现我们的设计目的，但是也有很多时候发生水位误判的情况，产生不稳定现象，所以我们认为此电路是不可缺少的。既然是控制系统，当然就要控制精确。稳压电路原理图如图2.3所示：图2.3稳压电路原理图2.4光报警电路的设计（1）发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子一空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的
8、材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。，而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时,便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Ego本电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，他两灯不亮表示是低水位状态，此时需要启动水泵加水；绿灯亮，其他两灯不亮表示在正常的水位线内；黄灯发亮，其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三灯闪烁表示
9、系统出现故障。光报警电路原理图如图2.4所示:3D2O.VAD1OAD2O.WADiQSfMSJ&AD6O.T/AD?Z2fA1D23TA112.4/A1Z2S/M32J&AU2.T/A15LED-YELLOWR11TE3DTRX03.1HX032/TjjTOP3.4HD图2. 4光报警电路的原理图OPTOCC此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16为上拉电阻起限压控流作用。2.5继电器控制水泵加水电路该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R13、R22、Rll、R12以及D2、Q6等组成。当水位在低水位时单片机
10、给P1.1送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q6导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水。继电器控制水泵加水电路原理图如图2.5所示：图2.5继电器控制水泵加水电路的原理图其中光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，在本设计当中发光源为发光二极管，受光器为光敏三极管。在本设计当中我们采用光电耦合器组成开关电路的作用，能够很好地将单片机信号稳定地送给继电器驱动继电器闭合。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在我们设计当中主
11、要来做自动控制作用，我们采用+5V的直流电来控制220V的交流电，以达到控制水泵的作用，因为是在这里是以一种弱电来控制强电所以安装和使用的过程当中我们一定要注意用电安全注意事项。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常
12、闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3软件设计3.1系统总流程图系统总流程图如图3.1所示：开始V初始化重新扫描垂新扫描Pl.1=0 Pl.2=0P1.3=l Pl.4=1水泵抽水，红灯亮延时0.5秒(P1)=#O1H? YN(P1)=#O2H?N(P1)=#O3H? YPl.1=0 Pl.3=0PL2=I P1.4=i水泵抽水，绿灯亮Pl.1 = 1 Pl.2、Pl.3、PI.4同时变为0或1水泵停止抽水，灯闪烁PL1=1 Pl.4=0P1.3=l P1.2=la水泵停止抽水，黄灯亮图3.1系统总流程图3.
13、2系统总程序系统总程序如下:ORG 0000HLJMP STARTSTART: SETB P2.0SETB P2.1RESTART: MOV A,P2ANLA,#()0000011BCJNEA,#OOH,LOOP1 ;在低水位之下，开启电动机，亮红灯SETB P2.4SETB P2.3CLR P2.2LJMP RESTARTLOOP1: CJNEA,#()1H,LOOP2 ；当超过低水位，并且未达到高水位时，；保持电动机转动，亮绿灯SETB P2.4SETB P2.2CLR P2.3LJMP RESTARTLOOP2: CJNEA,#()2H,LOOP3 ;系统故障(达到高水位，却没达到低水;
14、位)红，黄，绿灯均闪烁CLR P2.4CLR P2.3CLR P2.2SETB P2.4SETB P2.3SETB P2.2LJMP RESTARTLOOP3:CJNEA,#03H,RESTART ;当达到高水位时，停止电动机，亮黄；灯SETB P2.3SETB P2.2CLR P2.4LJMP RESTARTRETEND4总结做了这次单片机课程设计，我有了很多体会和感想。单片机设计十分有意义而且很重要。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，课程设计能让我们去锻炼我们的实践能力，把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去，单片机课程设计就为我们提供了良好的学习和实践平台。通过这次单片机课程设计，让我对单片机更加喜爱，也对单片机有了更深的了解和认识，我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，课程设计能让我们去锻炼我们的能力，不仅仅是单片机课程设计，对于今后的学习生活也具有很大的启发和帮助。由于自身缺少在实践设计的经验，所以在这次的设计中我自身也发现了很多不足的方面，从论文的本身的方面的结构到具体设计中硬件设计知识和经验的不足使得设计和
