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1、自动给水系统设计摘要单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。介绍了基于单片机的水位控制系统的设计及其相关内
2、容。系统属于典型的基于单片机的大惯性环节的PID闭环控制装置，通用性很强，在工业过程控制中有着广泛的应用。控制系统中引入单片机，可以充分利用单片机在对采集数据加以分析并根据所得结果做出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。采用单片机对水位进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控系统的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量。关键词 ：水位控制 MCS-8051 EPROM7448 74LS164AbstractThe development and application of MCU (Micro Contr
3、ol Unit) have made a great change in many fields of modern industrial detect and control. Because of the small scale, low price and high efficiency of MCU, it is widely used in home appliances and industrial control. in the process of producing. Current, voltage, temperature and pressure are usually
4、 the parameter to be monitored. The design of “The water level control system based on MCU of is introduced in this paper. As a typical design in large inertia control system, the design needs the knowledge of automation theories, analog and digital electronics. A digital PID controller is used in t
5、he system, which is called DDC (direct digital control) system. The DDC system can not only replace the analog system, but also can realize the more complicated rules of control through changing the program of software, not even changing a component in the electro circuit. It can improve reliability
6、 of the whole system. The water level which is controlled by the MCU is not only convenient, advantage but also raise technology Parameter of the system controlled, thus the quality of the product could raise greatly.Keywords: MCS-8051, EPROM7448, 74LS164, water level control目录摘要IAbstractII目录III前言11
7、 绪论31.1 课题的提出及意义31.2 单片机的概述及发展趋势31.3 水箱水位控制系统组成及原理51.3.1 水箱水位控制系统组成51.3.2 水箱水位控制系统的原理52 系统硬件的选择及其功能特性72.1 MCS-51单片机的结构72.2 MCS-51单片机的引脚及其功能82.3 MCS-51单片机存储器配置102.3.1 MCS-51内部数据存储器102.3.2 对8051扩展的外部程序存储器122.4 MCS-51单片机的时序142.5 LED发光二极管15 2.6 水泵的介绍3 硬件电路的设计163.1 时钟电路163.2 复位电路183.3 水位采集电路设计193.4 报警电路设
8、计203.5 控制电机电路20 3.6 看门狗技术3.7 系统总电路224 软件设计244.1 概述244.2 主程序设计框图244.2.1 主程序流程图244.2.2 源程序代码25总结27致谢28参考文献36前言随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。在水箱水位控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。在工业生产中如：锅炉、蒸汽机等，在日常生活中如:自动水位电热
9、水器,都用到以单片机（小型），PLC（大型）作为主控芯片来实现自动控制水位的原理。随着生产的发展，在工业中，上述设备对水位的控制要求越来越高，随着人们生活水平的提高，对日常用品的自动化也提出了更高的要求，单片机的不断更新换代，满足了上述的要求，达到自动控制的目的。水位控制系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。虽然自适应、自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需
10、要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量。其中液位是一个非常重要的过程变量。在机械控制系统尤为重要,液位控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。目前，在很多场合下，液位已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映
11、在液位的升降上，因此对液位的监测的意义越来越大。单片机对水位的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机水位控制系统的基本知识，了解单片机水位控制系统的相关技术，并在此基础上选择了使用8051单片机作为核心设计，并学习7448、74LS164模拟电子技术等方面的知识。这是课题研究的基础性内容。第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中重要器件的使用方法，以及编写出水位检测程序，延时子程序。通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成单片机水位控制系统的设计。1 绪论1.
12、1 课题的提出及意义随着自动化技术的迅速发展和人们生活水平及需要的不断提高，越来越多的自动控制设备走入了大家的生活，对自动控制设备的设计技术要求也越来越高。所以本次毕业设计选择水箱水位控制系统。传统的自动水位控制系统采用电子线路完成设计，那样存在布线非常麻烦，而且由于线路多的原因，系统的稳定性较差。近年来由于单片机的发展迅速，几乎所有的自动控制系统都可以通过单片机以及部分电子器件来设计。而单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此课题采用单片机完成对水箱水位
13、控制系统的控制中心的设计，这样系统的设计就原来人工控制、半自动控制转变为全自动控制，将由原来传统的纯硬件转变为硬件与软件的结合，减轻了原来的布线难度，而系统的稳定性会更好。课题设定了水位的上限值，下限值，并对水位进行实时采集，并通过串行口传输到控制中心，以达到对水位进行控制的目的。1.2 单片机的概述及发展趋势单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络
14、、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL）、模拟开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。单片机是所有微处理机中性价比
15、最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1低功耗CMOS化MCS-51系列的8051推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单
16、片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2微型单片化常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的
