。目 錄第章緒論1 第2章設(shè)計方案2 2.1 方案舉例2 2.2 方案比較3 2.3 方案確定3 第3章硬件設(shè)計4 3.1 控制系統(tǒng)4 3.1.1 AT89C51單片機(jī)4 3.1.2 AT89C51的信號引腳6 3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)7 3.2 感應(yīng)系統(tǒng)8 3.3 指示系統(tǒng)9 3.4 液位控制系統(tǒng)10 3.5 電機(jī)與報警系統(tǒng)11 第4章軟件設(shè)計13 4.1 延時子程序13 4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序13 4.3 指示系統(tǒng)程序14 4.4 電機(jī)和警報系統(tǒng)程序14 4.5 液位預(yù)選系統(tǒng)程序15 4.6 系統(tǒng)主流程圖17 第5章系統(tǒng)測試18 5.1 仿真測試過程195.2 仿真結(jié)果21 總結(jié)22致 謝23 參考文獻(xiàn)22 附錄1系統(tǒng)仿真電路25 附錄2 源程序26 -可編輯修改-第章緒論21世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它作為自動控制中的一個核心器件在小型自動控制系統(tǒng)及信號采集方面已被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對成熟，向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。在傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)中，存在著自動化程度低、調(diào)節(jié)精度差的缺點，已經(jīng)不符合當(dāng)今高效、低耗、低勞動強(qiáng)度的要求，同時會產(chǎn)生大量的污染。對于小型測控系統(tǒng)，一般可采用以單片機(jī)為核心、配以接口電路和外圍設(shè)備，在編制應(yīng)用程式的模式來實現(xiàn)。下面將介紹一個簡單的液位控制系統(tǒng)，可用于容器內(nèi)液體存儲，例工、農(nóng)用蓄水池，居民社區(qū)水箱等方面。此系統(tǒng)采用以單片機(jī)為控制中心的技術(shù)，不僅能使控制系統(tǒng)具有精度高、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點，還節(jié)約能源、利于環(huán)保。第2章設(shè)計方案2.1 方案舉例方案一：液體流入容量控制方式。對輸入容器的液體的管道進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)流入體積推算出容器內(nèi)液體液位高度。容量監(jiān)控系統(tǒng)管道控制系統(tǒng)液流停止液位停止圖2-1 液體流入容量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖容量監(jiān)控系統(tǒng)：對進(jìn)入容器的液體體積進(jìn)行監(jiān)控。管道控制系統(tǒng)：控制管道對液體的傳輸情況。在液體向容器內(nèi)部輸入時，通過對容量的監(jiān)控知道容器內(nèi)的液體體積，在液體進(jìn)入容器內(nèi)部的體積到達(dá)目標(biāo)時，控制輸送液體的管道，使液流停止，最終達(dá)到目標(biāo)液位。方案二：簡單的連通器控制方式。在目標(biāo)容器內(nèi)連接連通器，使多余的液體導(dǎo)入副容器，以致目標(biāo)容器的液位達(dá)到目的液位。導(dǎo)入液體連通器液位達(dá)標(biāo)多余液體溢出輸送停止人工控制圖2-2 連通器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在目標(biāo)液位位置給目標(biāo)容器連接連通器，在觀察到多余溢出的液體流入連通器內(nèi)后，停止液體輸送。方案三：采用單片機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)液位控制的功能。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心控制器件，它除具有靈活強(qiáng)大的控制功能，以便實時檢測液位的傳遞信號、控制液位到達(dá)的高低實現(xiàn)自動控制?？刂浦噶顚?dǎo)入液體指示系統(tǒng)控制系統(tǒng)電機(jī)與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖2-3 基于單片機(jī)實現(xiàn)的液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號傳遞給單片機(jī)控制器?？刂浦噶睿簩⒖刂菩畔鬟f給單片機(jī)，使液位到達(dá)預(yù)定位置。顯示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機(jī)辨別后，顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。電機(jī)與報警控制系統(tǒng)：單片機(jī)經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機(jī)和報警2.2 方案比較方案一結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但是自動化程度低，精度不高，控制響應(yīng)時間慢，且只能單獨控制。方案二結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。但精度不高，無法顯示，浪費(fèi)資源，自動化程度低。方案三不僅結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，而且準(zhǔn)確度高，自動化高，節(jié)省人力資源，更重要的是利用單片機(jī)控制后，由于其擁有多個引腳，在為添加功能時更改電路方便快捷，而且內(nèi)部程序可以進(jìn)行反復(fù)輸入和擦除，在以后更改控制方法時只要更改程序內(nèi)容就可以達(dá)到相對應(yīng)目的，省時省力，及其節(jié)約成本。2.3 方案確定綜合考慮以上方案的優(yōu)缺點以及題目的基本要求和發(fā)揮要求，在本設(shè)計中，我采用了第三種方案，即采用單片機(jī)來實現(xiàn)液位控制的功能為我此次設(shè)計的方案。主控制器AT89C51單片機(jī)與MCS51系列單片機(jī)產(chǎn)品兼容，內(nèi)部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元，不需另外擴(kuò)展EEPROM及靜態(tài)RAM，可以在線下載程序，易于日后的升級。第3章硬件設(shè)計該系統(tǒng)硬件設(shè)計總體思想是以單片機(jī)為控制系統(tǒng)，接受感應(yīng)信息并進(jìn)行處理后，將控制指令傳出，對各個系統(tǒng)進(jìn)行對應(yīng)操作。硬件設(shè)計總體框圖如圖3-1所示?？刂葡到y(tǒng)復(fù)位、時鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預(yù)選系統(tǒng)電機(jī)與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖3-1 硬件設(shè)計總體框圖控制系統(tǒng)：根據(jù)輸入信息進(jìn)行處理，并將控制數(shù)據(jù)傳出。感應(yīng)系統(tǒng)：將感應(yīng)到的液位信號傳遞給單片機(jī)控制器。指示系統(tǒng)：經(jīng)過單片機(jī)辨別后，顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作和液位位置指示燈。液位預(yù)選系統(tǒng)：將控制信息傳遞給單片機(jī)，使液位到達(dá)預(yù)定位置。電機(jī)與報警控制電路：單片機(jī)經(jīng)過信息處理后，決定是否啟動電機(jī)和報警3.1 控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制主要為單片機(jī)控制。單片機(jī)是單片微型計算機(jī)的簡稱，是指集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，它的各種功能部件，包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出接口電路、定時/計數(shù)器和終端系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。3.1.1 AT89C51單片機(jī)單片機(jī)實質(zhì)上是一個芯片。它具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，單片機(jī)技術(shù)作為計算機(jī)技術(shù)的一個重要分支，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，并采用先進(jìn)工藝制造，還帶有非易失性Flash程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場應(yīng)用最多。其主要特點如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。技術(shù)特點有：256字節(jié)內(nèi)部RAM；電源控制模式；時鐘可停止和恢復(fù)；空閑/掉電模式；6個中斷源；4個中斷優(yōu)先級；4個8位I/O口；全雙工增強(qiáng)型TUAR；3個16位定時/計數(shù)器：T0、T1(標(biāo)準(zhǔn)80C51)和增加的T2（捕獲和比較）；全靜態(tài)工作方式：024MHZ；AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)請參見圖3-2，各部分情況介紹如下：中央處理器（CPU）：中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。AT89C51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）：AT89C51芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）：AT89C51共有8KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。定時器/計數(shù)器：AT89C51共有2個16位的定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。T0CPU時鐘電路ROM定時/計數(shù)器RAM中斷系統(tǒng)并行接口串行接口P3TxDx PRxDINT0INT1P2P1P0T1圖3-2 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖并行I/O口：AT89C51共有四個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：AT89C51單片機(jī)有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。中斷控制系統(tǒng)：AT89C51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。AT89C51共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個。全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。時鐘電路：AT89C51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHZ和12MHZ。從上述內(nèi)容可以看出，AT89C51雖然是一個單片機(jī)芯片，但作為計算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此實際上它已是一個簡單的微型計算機(jī)系統(tǒng)了。3.1.2 AT89C51的信號引腳AT89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其引腳排列請參見圖3-3。引腳功能見表3-1。引腳名稱引腳功能P0.0P0.7P0口8位雙向端口線P1.0P1.7P1口8位雙向端口線P2.0P2.7P2口8位雙向端口線P3.0P3.7P3口8位雙向端口線ALE地址所存控制信號外部程序存儲器讀選通信號訪問程序存儲控制信號RST復(fù)位信號XTAL1和XTAL2外部晶體引線端Vcc+5V電源Vss地線P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD P3.010TXD P3.111INT0 P3.212INT1 P3.313T0 P3.414T1 P3.515WR P3.616RD P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC408051 表3-1 AT89C51引腳功能圖3-3 MCS51引腳ALE：在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。：訪問程序存儲控制信號。當(dāng)信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當(dāng)信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機(jī)器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。VSS：地線。VCC：+5V電源。由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如AT89C51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機(jī)為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此數(shù)，因此就需要給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。最常用的是P3口線的第二功能詳見表3-2。表3-2 P3口各引腳與第二功能表第一功能第二功能第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0申請P3.3外部中斷1申請P3.4T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入P3.6外部RAM寫選通P3.7外部RAM讀選通3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等組成如圖3-4所示。主要負(fù)責(zé)各個模塊的初始化工作，讀取并處理時間、按鍵響應(yīng)、顯示等。單片機(jī)的工作就是執(zhí)行用戶程序、指揮各部分硬件完成既定任務(wù)。單片機(jī)能夠工作的最小電路還包括時鐘和復(fù)位電路。時鐘電路位單片機(jī)工作提供基本始終，復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到初始值。單片機(jī)是一個負(fù)載的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格的按時序進(jìn)行工作。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號。時鐘電路是由XTAL1和XTAL2之間跨接的晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成。時鐘電路中晶體振蕩器的頻率高則系統(tǒng)的時鐘頻率就高，所以該系統(tǒng)采用12MHz晶振，工作周期為1us。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。本系統(tǒng)中采用的是12MHz晶振，時鐘頻率為12MHz，每個機(jī)器周期為1us，需要加上持續(xù)2us以上時間的高電平。復(fù)位電路有兩種形式：手動按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，在本系統(tǒng)中采用的是手動按鍵復(fù)位。如圖3-4所示，R1、C3和KEY1組成系統(tǒng)手動按鍵復(fù)位電路。圖3-4 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 感應(yīng)系統(tǒng)為了使單片機(jī)在液位情況不同時進(jìn)行判定，從而決定工作情況，我們要給單片機(jī)傳遞液位的信息。感應(yīng)系統(tǒng)目的就是將感應(yīng)到的液位的信息傳遞給單片機(jī)，所以需要在容器中放置能夠感應(yīng)出液位情況的感應(yīng)器件，此系統(tǒng)中我們選用浮球液位計。浮球液位計由浮球、插桿等組成。根據(jù)排開液體體積相等原理浮于液面，當(dāng)容器的液位變化時浮球也隨著上下移動，由于磁性作用，浮球液位計的彈簧受磁性吸合，把液面位置變化成電信號，通過磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，傳供給控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液位的自動檢測、控制和記錄。該儀器適用于石油、化工、電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。通過浮球液位計所傳出的電流信號，傳遞給單片機(jī)。如圖3-5所示，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3為液位檢測信號傳遞的接口。P1.0端口接a位，P1.1端口b位，P1.2端口接c位，P1.3端口接d位。圖3-5 信號傳遞系統(tǒng)3.3 指示系統(tǒng) 為了得知控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時的情況，我們需要給整個系統(tǒng)添加裝置來明示，表明系統(tǒng)的進(jìn)程、液體的位置，此系統(tǒng)中，采用連接指示燈來提供我們液位控制的必要的信息。如圖3-6所示，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4端口為單片機(jī)與液位位置和單片機(jī)工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)端口。在單片機(jī)工作期間，除了表明工作進(jìn)行的工作指示D5會一直保持亮的狀態(tài)，其它指示燈會為表明液位的情況相應(yīng)變亮，如表3-3所示。 表3-3 指示燈情況明示表液位情況亮狀態(tài)指示燈液體到達(dá)a位D1液體到達(dá)b位D1,D2液體到達(dá)c位D1,D2,D3液體到達(dá)d位D1,D2,D3,D4圖3-6 指示系統(tǒng)3.4 液位控制系統(tǒng)在液位進(jìn)入容器時，為了可以控制液體在容器內(nèi)液位的高度，選擇P2.0、P2.1、P2.2為預(yù)定液位的控制端口，在P2.0端口、P2.1端口、P2.2端口接入三個開關(guān)分別限定液體到達(dá)a位、b位和c位，如圖3-7所示。開關(guān)閉合時單片機(jī)會進(jìn)行判定，然后根據(jù)程序進(jìn)行液位控制，使進(jìn)入容器的液體停止在相應(yīng)位置。如果在單片機(jī)起動后沒有開關(guān)閉合，那么液體直到d位才會停止。圖3-7 液位控制系統(tǒng)3.5 電機(jī)與報警系統(tǒng)單片機(jī)在接受和判斷傳輸進(jìn)來的信息后根據(jù)程序來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和警報的鳴響。如圖3-7，P3.0、P3.1為電機(jī)和報警器的控制端口，P3.0端口連接電機(jī)控制電路，在端口發(fā)出高電平時，會啟動光耦合器，使電路中得電磁繼電器閉合，導(dǎo)通電機(jī)電路，使電機(jī)轉(zhuǎn)動將液體送入容器。其工作狀態(tài)如表3-4。圖3-7 電機(jī)與報警系統(tǒng)圖表3-4 電動機(jī)和報警器工作狀態(tài)表液位情況液位控制開關(guān)情況電動機(jī)及報警狀態(tài)未檢測到液體無開關(guān)閉合D6亮，電動機(jī)轉(zhuǎn)，警報不響液體到達(dá)a位a位開關(guān)閉合D6滅，電動機(jī)停，警報響無開關(guān)閉合D6亮，電動機(jī)轉(zhuǎn)，警報不響液體到達(dá)b位b位開關(guān)閉合D6滅，電動機(jī)停，警報響無開關(guān)閉合D6亮，電動機(jī)轉(zhuǎn)，警報不響液體到達(dá)c位c位開關(guān)閉合D6滅，電動機(jī)停，警報響無開關(guān)閉合D6亮，電動機(jī)轉(zhuǎn)，警報響液體到達(dá)d位無開關(guān)閉合D6滅，電動機(jī)停，警報響第4章軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序編寫內(nèi)容，可以監(jiān)控液位的不同位置，在液位處于不同狀態(tài)傳遞著不同信號而由程序控制指示燈、電機(jī)及報警器的狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)制了三個按鍵，是控制液位位置的。整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計均采用C語言開發(fā)，采用查詢的方式進(jìn)行液位和按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描，確保系統(tǒng)的實時性。系統(tǒng)框圖如圖4-1?？刂葡到y(tǒng)復(fù)位、時鐘系統(tǒng)指示系統(tǒng)液位預(yù)選系統(tǒng)電機(jī)與警報系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)圖4-1 控制系統(tǒng)框圖4.1 延時子程序電路中我們用的12MHz的晶體振蕩器，所以一個機(jī)器周期為1us，為了使電路中的報警器發(fā)出正常的鳴叫聲，需要一個延時子程序。內(nèi)容如下：void delay(unsigned int z) unsigned int x,y; for(y=110;y>0;y-); for(x=z;x>0;x-); 其中Z為自定義函數(shù)，在調(diào)用時插入語句“delay(z)”即可啟動延時，而其中的延時時間為 Z×110us。4.2 感應(yīng)系統(tǒng)程序由硬件系統(tǒng)可知，單片機(jī)的P1端口接入的是液位的感應(yīng)端，由于感應(yīng)端的關(guān)系，在感應(yīng)高位的端口時低端的感應(yīng)器一定感應(yīng)到了液位，所以端口會由于液位上漲依次接收到電信號，相對應(yīng)得函數(shù)程序，流程及其相應(yīng)程序為： 液位上升液位到a位液位到b位液位到c位液位到d位P1=0xf0 /液位無感應(yīng)無信號。P1=0xf1 / a位有感應(yīng)信號。P1=0xf3 /a位、b位有感應(yīng)信號。P1=0xf7 /a位、b位、c位有感應(yīng)信號。P1=0xff /四個液位檔均有感應(yīng)信號。圖4-2 液位感應(yīng)流程圖4.3 指示系統(tǒng)程序液位和單片機(jī)工作指示燈的控制和通信的數(shù)據(jù)接入單片機(jī)的P0端口。當(dāng)端口處于高電平時指示燈就會變亮，而控制端口的高低電平就是單片機(jī)和其內(nèi)部的程序，當(dāng)感應(yīng)到液位信號后，作出對應(yīng)指令。P0.4端口的工作指示燈在單片機(jī)工作時一直都要保持亮的狀態(tài)，所以我們需要P0.4一直為高電平。P4端口的函數(shù)指令、流程及其相應(yīng)程序如下：液位到達(dá)a位液位到達(dá)b位液位到達(dá)c位液位到達(dá)d位系統(tǒng)啟動液位指示燈D1亮液位指示燈D2亮液位指示燈D3亮工作指示燈D5亮液位指示燈D4亮if(P1=0xf0) / 液位指感應(yīng)無信號P0=0xf0; / 只有工作指示燈亮if(P1=0xf1) / a位有感應(yīng)信號P0=0xf1; / a位指示燈亮if(P1=0xf3) / a位、b位有感應(yīng)信號P0=0xf3; / a位、b位指示燈亮if(P1=0xf7) /a位、b位、c位有感應(yīng)信號P0=0xf7; / a位、b位、c位指示燈亮if (P1=0xff) /四個液位檔均有感應(yīng)信號P0=0xff; /四個液位指示燈全亮圖4-3 指示燈系統(tǒng)流程圖4.4 電機(jī)和警報系統(tǒng)程序單片機(jī)的P3.0、P3.1為電機(jī)和報警器的控制端口,利用程序語言將這兩個端口定義出來，更為方便簡單的控制，例：sbit P30=P30;/電機(jī)端口，將P3.0接口定義為P30。sbit P31=P31;/報警器端口，將P3.1接口定義為P31。相應(yīng)端口為高電平時會導(dǎo)致電機(jī)啟動，報警器鳴叫，系統(tǒng)流程圖如下：關(guān)閉電機(jī)啟動電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)報警器不響電機(jī)指示燈D6亮電機(jī)停轉(zhuǎn)報警器響電機(jī)指示燈D6滅P30=1;/電機(jī)指示燈D6亮，電機(jī)啟動P31=0;/報警器不響P30=0;/電機(jī)指示燈D6滅，電機(jī)停P31=1;/報警器響圖4-4 電機(jī)和警報系統(tǒng)流程圖4.5 液位預(yù)選系統(tǒng)程序P2.0、P2.1、P2.2為液位預(yù)選控制的數(shù)據(jù)傳送端口，不同的感應(yīng)端口接收到信號后，通過單片機(jī)控制電機(jī)和報警器。流程圖如下：NY電機(jī)轉(zhuǎn)動是否有按鍵按下相應(yīng)液位是否有液體感應(yīng)YN電機(jī)停止圖4-5 液位控制系統(tǒng)流程圖a位控制：if(P1=0xf1) / a位有感應(yīng)信號P0=0xf1; / a位指示燈亮if(P20=0) / a位預(yù)選開關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報警b位控制：if(P1=0xf3) / a位、b位有感應(yīng)信號 P0=0xf3; / a位、b位指示燈亮if(P21=0) / b位預(yù)選開關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報警c位控制：if(P1=0xf7) / a位、b位、c位有感應(yīng)信號P0=0xf7; / a位、b位、c位指示燈亮if(P22=0) / c位預(yù)選開關(guān)按下P30=0; / 電機(jī)停P31=1; / 報警液位達(dá)到d位時，點機(jī)會自動停止，報警器鳴叫，程序如下：if (P1=0xff) / a位、b位、c位、d位均有感應(yīng)信號P0=0xff; / a位、b位、c位、d位水指示燈全亮 P30=0; /電機(jī)停 P31=1; /報警4.6 系統(tǒng)主流程圖系統(tǒng)的軟件主流程圖如圖4-6所示。讀取液位信息指示燈顯示初始化液位控制鍵位按下是否液位達(dá)標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)電機(jī)停NY結(jié)束開始圖4-6 主程序流程圖系統(tǒng)程序詳見附錄2。第5章系統(tǒng)測試本設(shè)計的核心是采用AT89C51單片機(jī)，外部連接電子電路，構(gòu)成了一個多位控制的液位控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的仿真采用PROTEUS軟件，由于軟件內(nèi)沒有浮球等液位感應(yīng)器，所以連接簡單電路代替。如圖5-1所示，設(shè)有4個接地開關(guān)SW1-SW4，對液位進(jìn)行仿真控制如果沒有開關(guān)斷開，就相當(dāng)于液體低于a位，電機(jī)會自動運(yùn)行。但要注意，在液位處于高液位時液位肯定浸沒過低液位，所以在表示高液位開關(guān)斷開時，低于此液位的開關(guān)也要處于斷開狀態(tài)，對應(yīng)仿真情況如表5-1。圖5-1 信號傳遞仿真系統(tǒng)表5-1 液位情況仿真表液位情況開關(guān)狀態(tài)未檢測到液體開關(guān)全部閉合液體到達(dá)a位SW1斷開，其他開關(guān)全閉合液體到達(dá)b位SW1，SW2斷開，其他開關(guān)閉合液體到達(dá)c位SW4閉合，其他開關(guān)全斷開液體到達(dá)d位開關(guān)全部斷開5.1 仿真測試過程進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行系統(tǒng)，開始傳感器無感應(yīng)（如圖5-1），P0.4端口保持高電平，D5會保持亮的狀態(tài)說明系統(tǒng)正在運(yùn)行（如圖5-2所示），此時程序會使P3.0端口為高電平，P3.1端口為低電平，而當(dāng)P3.1端口為高低電平，會使報警電路導(dǎo)通，才能使報警器會鳴叫。圖5-2 系統(tǒng)運(yùn)行工作指示燈D5亮當(dāng)P3.0端口為高電平，D6會變亮，會啟動光耦合器，電流同過電路三極管后會被放大到足夠大，以啟動電磁繼電器使開關(guān)吸合，使電機(jī)電路導(dǎo)通，如圖5-3所示。圖5-3 電機(jī)轉(zhuǎn)動當(dāng)開關(guān)SW1斷開時，P1.0端口為高電平（如圖5-4），如果開關(guān)SW5于閉合狀態(tài)下，會使P2.0端口為低電平，此時程序會使P3.0端口為低電平，P3.1端口為高電平，則電機(jī)會停止，報警器會鳴叫，如圖5-5；開關(guān)SW5于斷開閉合狀態(tài)下，會使P2.0端口為高電平，此時程序會使P3.0端口為高電平，P3.1端口為低電平，則電機(jī)會轉(zhuǎn)動，報警器不會鳴叫。圖5-4 模擬液位到達(dá)a位，SW1斷開圖5-5 a位控制開關(guān)閉合當(dāng)開關(guān)SW2斷開時（SW1已處于斷開），P1.1端口為高電平（P1.0端口已處于高電平）指示燈D1，D2會變亮，判斷此時開關(guān)SW6狀況，如果此時開關(guān)SW6處于閉合狀態(tài)下，電機(jī)則會停止，報警器會鳴叫；否則電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。同理，在開關(guān)SW3斷開時，指示燈D1，D2，D3會變亮，判斷開關(guān)SW7的狀況。而在開關(guān)SW4斷開時，液位指示燈會全亮，電機(jī)會自動停止且報警器鳴叫。5.2 仿真結(jié)果系統(tǒng)通過仿真調(diào)試后，可以穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行液位控置，且可以在系統(tǒng)進(jìn)行時更改預(yù)設(shè)液位。但要注意在運(yùn)用電磁繼電器時，要使電路有足夠的電壓啟動它；連接報警器時，要考慮單片機(jī)內(nèi)部時鐘始終頻率。總結(jié)本設(shè)計以功能齊全適用于大眾為指導(dǎo)思想，選取AT89C51單片機(jī)為控制核心。通過外圍元件構(gòu)成了一個具有容器內(nèi)液位不同位置控制的液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有指示燈顯示液位，鍵位預(yù)選液位，到目的液位的報警功能，軟件程序采用均采用C語言編寫，便于移植與升級。整個系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)對液位感應(yīng)信號和液位控制端口的循環(huán)判斷后，做出對電機(jī)的端口信號控制，控制液體的導(dǎo)入與否進(jìn)而控制了容器內(nèi)部的液位。系統(tǒng)經(jīng)連接、調(diào)試后，可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時可以對液體進(jìn)入容器位置進(jìn)行預(yù)先設(shè)置。系統(tǒng)具有線路簡單、清晰、體積小、價格低等優(yōu)點，但無法實時監(jiān)控液位情況，添加或更換不同的液位傳感器可以改進(jìn)這一情況，之后可以根據(jù)容器參數(shù)計算出液體體積 。本設(shè)計系統(tǒng)主要的控制對象是電機(jī)，在不同的情況下來選擇電機(jī)的啟動和停止，沒有對液體流入容器的整個系統(tǒng)進(jìn)行多方面的控制，此系統(tǒng)可以在影響液位的其他方面的因素進(jìn)行提升和改進(jìn)，形成多方向控制液位系統(tǒng)。致 謝 在本次論文設(shè)計過程中，感謝我的學(xué)校，給了我學(xué)習(xí)的機(jī)會，在學(xué)習(xí)中，老師從選題指導(dǎo)、論文框架到細(xì)節(jié)修改，都給予了細(xì)致的指導(dǎo)，提出了很多寶貴的意見與建議，老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。這篇論文是在老師的精心指導(dǎo)和大力支持下才完成的感謝所有授我以業(yè)的老師，沒有這些年知識的積淀，我沒有這么大的動力和信心完成這篇論文。感恩之余，誠懇地請各位老師對我的論文多加批評指正，使我及時完善論文的不足之處。謹(jǐn)以此致謝最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱的各位老師表示衷心的感謝。-可編輯修改-參考文獻(xiàn)1 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).北京:高等教育出版社，20032 詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京:高等教育出版社，20043 旭東.實用電子電路精選.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，19994 王漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社，19965 李偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20026 張平.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20037 王新穎.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:北京大學(xué)出版社，20088 陳忠平.單片機(jī)基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實踐.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，20069 沈慶陽.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,200310 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京:北京航空航天出版社,200611 楊振江.單片機(jī)實用子程序及應(yīng)用實例.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007附錄1系統(tǒng)仿真電路附錄2 源程序#include<reg51.h>sbit P30=P30; /電機(jī)接口sbit P31=P31; /報警器接口sbit P20=P20; /a位控制sbit P21=P21; /b位控制sbit P22=P22; /c位控制*延時子程序* unsigned int x,y; /延時110*Z us for(y=110;y>0;y-); for(x=z;x>0;x-); *主程序*void main()*初始化*P30=1; / 電機(jī)轉(zhuǎn)P31=0; / 工作指示燈亮P0=0x10; / 液位控制開關(guān)接通P2=0xff; *控制* while(1) *情況一 液位無感應(yīng)信號*if(P1=0xf0) P0=0xf0; / 沒有液位指示燈亮else*情況二 a位有感應(yīng)信號*if(P1=0xf1)P0=0xf1; / a位指示燈亮if(P20=0) / a位開關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=P31; / 報警delay(200); / 延時 0.022selseP30=1; /電機(jī)轉(zhuǎn)*情況三 a位、b位有感應(yīng)信號* else if(P1=0xf3) / a位b位有感應(yīng)信號P0=0xf3; / a位b位指示燈亮if(P21=0) / b位開關(guān)按下 P30=0; / 電機(jī)停P31=P31; / 報警delay(200);/ 延時 0.022selseP30=1; / 電機(jī)轉(zhuǎn)*情況三 a位、b位、c位有感應(yīng)信號*else if(P1=0xf7) / a位、b位、c位 有感應(yīng)信號P0=0xf7; / a位、b位、c位 指示燈亮if(P22=0) / c位控制開關(guān)按下P30=0; / 電機(jī)停P31=P31; / 報警delay(200); / 延時 0.022s elseP30=1; / 電機(jī)轉(zhuǎn)*情況四 四個液位都有感應(yīng)信號*else if (P1=0xff) / 四個液位均有感應(yīng)信號P0=0xff; / 四個液位指示燈都亮P30=0; /電機(jī)停P31=P31; /報警delay(200); / 延時 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