《水塔水位自动控制装置设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水塔水位自动控制装置设计毕业论文.doc（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录摘 要11 前 言12 系统设计32.1方案比较32.1.1传感器选择方案32.1.2 A/D转换方案32.1.3单片机复位方案32.1.4单片机起振方案42.1.5驱动显示方案42.1.6电机驱动方案42.1.7电机选择方案52.2方案论证52.2.1总体思路52.2.2设计方案53 硬件设计73.1单元模块设计73.1.1 A/D转换设计73.1.2起振电路设计93.1.3数码显示设计93.1.4电机驱动设计103.1.5电机控制113.1.6报警电路123.2系统整机分析124 软件设计144.1 详细流程图144.1.1主程序144.1.2 中断子程序154.1.3 GAODU子
2、程序164.1.4查表子程序174.1.5状态子程序174.1.6 状态控制子程序204.2 源程序22参考文献 40 致 谢39 附录一错误！未定义书签。II水塔水位自动控制装置设计 作 者：贺 如 意 指导老师：雷 求 胜 (湖南信息科学职业学院电子信息系11级应用电子，长沙 410151) 摘要本设计从分析水塔水位报警器的原理和设计方法入手，主要基于单片机的硬件电路和语言程序设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述，并给出了主要的
3、流程图和软件设计程序。关键词：单片机 ；水位自动控制 ； 继电器 ；自动保护 11 前 言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一 。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。人类已经进入数字化时代。从计算机到3G数
4、字通信，从娱乐使用的声像设备MP3、MP4、数字电视到军用雷达，数字技术的应用比比皆是。由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，使数字技术的使用已渗透到人类生活的各个领域。因此，如何进行数字系统设计也便成为数字系统设计领域研究的热点课题。建筑设备自动化系统BAS（building automation system）是一个对建筑物或建筑群内电力、照明、空调、给排水、防灾、保安、车库管理等设备或系统的工作状态进行监视、控制和统一管理的自动化系统，是智能建筑的重要组成部分。它的主要任务是为用户提供安全、高效、经济和舒适的工作和生活环境，保证整个系统经济运行，并提供智能化管理。它的内容包括空调系
5、统、冷水机组、供水系统、给排水系统、自发电机组、电梯、照明等设备的控制和管理。BAS的系统结构有集散式控制系统和分布式控制系统两种。集散式系统以分布在现场被监控设备附近的多台控制器，完成设备的实时监控任务，在中央控制室设置具有很强控制功能的管理计算机，用它来完成集中操作、显示报警、打印输出与优化控制等任务。典型的集散式BAS系统包括给排水系统。其中，给排水控制子系统的作用是为了保证供水/排水系统的正常运行，其基本控制内容是对各给水泵、排水泵、污水泵及饮用水泵的运行状态进行监控，对各水箱及污水的水位、给水系统压力进行监测，并根据这些监测信息，控制相应的水泵启/停或按某种节能方式运行。本设计针对水
6、塔水位高度的显示、报警、电机控制系统正是给排水监控子系统的功能之一。2 系统设计2.1方案比较2.1.1传感器选择方案传统的水位检测通过设检测点来完成对水位的检测。通常，由于受检测点物理体积的影响，水位检测点的数目有限，从而影响了后续电路控制的精度。本设计，采用新型水位传感器，可以达到对水位高度的精确检测，以利于提高后续电路控制的精度。2.1.2 A/D转换方案通过对传感器的选择，可知由传感器输出的水位高度信号是010V的直流电压。在设计中，可以通过采样、保持电路对这一信号进行处理，将模拟信号转换为多个采样点信号。但这种处理方法由于受电路规模和采样精度的影响，不可能对水位信号作出精确的处理，近
7、而也无法对电机、水位高度显示和报警作出精确的控制。因此，本设计中采用集成芯片ADC0809对010V的直流电压进行处理。可以达到：电路简洁、明了。高转换精度。高控制精确。2.1.3单片机复位方案RST/VPD:复位/备用电源线，可以使单片机处于复位（即初始化）工作状态。通常，单片机的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种，图2.2.3给出了它们的电路。考虑到，水塔与居民生活密切相关，当因特殊原因导致单片机掉电，需单片机立即自动复位（如：夜间短时间停电，导致本系统停止工作），故本设计采用上电复位方式。 2.1.4单片机起振方案XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置
8、为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。也可以采用外部时钟源驱动器件。考虑到设计、使用的方便，本设计中采用片内时钟驱动。即XTAL1和XTAL2只需外接晶振（配上相应的电容），便可以给单片机提供相应的时钟频率。2.1.5驱动显示方案 利用MAX7219进行驱动：MAX7219是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器。每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，可以数片级联，而与微处理器的连接只需3根线。MAX7219内部设有扫描电路，除了更新显示数据时从单片机接收数据外，平时独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源。 2.1.6电机驱动方案利用单片机驱动交流接触器，进
9、而驱动电动机的运转。其中，在单片机的输出端到交流接触器间需接驱动模块。该驱动模块，可以由分离元件组成放大电路来实现对交流接触器的驱动，也可以单使用一块芯片实现。本设计中，采用一块芯片实现对交流接触器的控制。以达到使电路简洁，调试方便，易于维修的目的。2.1.7电机选择方案电动机有直流、交流之分。异步电动机属于交流电机的一种；另一种交流电机是同步电机。异步电机由于结构简单，维护方便，价格便宜，所以应用最为广泛。本设计中，采用交流电机，为了克服沿程阻力损失和高度差所产生的静压力，供水水泵的扬程应根据实际情况有所变化。 2.2方案论证2.2.1总体思路水位高度的检测：利用水位传感器完成。传感器输出信
10、号处理：传感器输出信号，有直流电压和直流电流之分。设计中需将这一信号进行处理，以便单片机能够接收和处理。单片机控制：单片机将由前级输入的检测信号进行分析和处理，从而产生相应的控制信号。数码显示、电机驱动和报警电路根据单片机产生的控制信号，作出相应的动作。电机控制电路根据电机驱动电路的状态作出相应的动作。2.2.2设计方案水位自动控制电路是通过水位传感器将水位高度转换为010V的直流电压，再经过A/D转换后，将转换所得的8路并行数字量送入单片机进行处理来达到对水位进行自动控制的目的。通过对电压和水位的转换关系，最终利用单片机进行精确的控制，实现对水位高度的显示、主/备电机和报警装置的控制。 水位
11、自动控制器由6个部分组成，即水位传感器、A/D转换、单片机、数码显示、电机控制、报警控制部分，其总框图如图2.2.2所示。3 硬件设计3.1单元模块设计 3.1.1 A/D转换设计AT89C51与ADC接口时必须弄清并处理好三个问题：要给START线送一个100ns宽的启动脉冲。获取EOC线上的状态信息，因为它是A/D转换结束的标志。要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE线上送一个地址译码器输出信号。AT89C51和ADC接口通常采用查询和中断两种方式。采用查询法传送数据时AT89C51应对EOC线查询它的状态：若查询到EOC变为高电平，则给OE线送一个高电平，以便从D0D7线上
12、提取A/D转换后的数字量。采用中断方式传送数据时，EOC线作为CPU的中断请求线。CPU响应中断后，应在中断服务程序中使OE线变为高电平，以提取A/D转换后的数字量。ADC0809内部有一个8位“三态输出锁存器”可以锁存A/D转换后的数字量，故它本身即可看作一种输入设备，也可认为是并行I/O接口芯片。因此，ADC0809可以直接和AT89C51接口，当然也可以像8255这样的接口芯片连接。在本设计中采用ADC0809和AT89C51直接连接,如图3.1.1 所示，START和ALE互连可使ADC0809在接收模拟量路数地址时启动工作。START启动信号由AT89C51WR-和译码器输出端F0H
13、经或门M2产生。平时，START因译码器输出端F0H-上的高电平而封锁，当AT89C51执行如下程序后 MOV R0 ， #0F8H MOV A ， #00H ；选择IN0模拟电压地址送A MOVX R0, A ；START上产生正脉冲START上正脉冲（此时F0H和WR线上皆为低电平）启动ADC0809工作，ALE上正脉冲使ADDA，ADDB和ADDC的地址得到锁存，以选中IN0路模拟电压输入比较器。显然，AT89C51此时是把ADDA，ADDB和ADDC上的地址作为数据来处理的，但如果ADDA，ADDB和ADDC分别和P2.0、P2.1、和P2.2相连，情况就会发生变化。AT89C51只有
14、执行如下指令才会给ADC0809送去模拟量路数地址： MOV DPTR ，#00F8H MOVX DPTR, A此时，AT89C51是把ADDA，ADDB和ADDC作为地址线处理的。从图3.1.1中还可以见到，EOC线经过反相器和AT89C51 INT1线相连，这就是说AT89C51是采用中断方式和ADC0809传送A/D转换后的数字量的。为了给OE线分配一个地址，图中把AT89C51 RD和译码器输出F8H经或门M1和OE相连。平时，因译码器输出F8H为高电平，从而使OE处于低电平封锁状态。在响应中断后，AT89C51执行中断程序中如下两条指令就可以是OE变为高电平（此时FO和RD线上皆为低电平），从而打开三态输出锁存器，让CPU提取A/D转换后的数字量。 MOV R0， #0F8H MOVX A ， R0 ；OE边为高电平，数字量送A其中，ADC0809所需时钟可以由AT89C51的ALE信号提供。AT89C51的ALE信号通常是每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机时钟频率的1/6。本设计中AT89C51主频是12MHz，则ALE信号频率为2MHz，若ALE上的信号经触发器二分频到ADC0809的CLOCK输入端，则可获得1MHz的A/D转换脉冲。当然，ALE上的脉冲会在MOVX指令的每个机器周期内至少出现一次，但通常情况下影响不大。3.1.2起振电路设计石英晶
