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1、精品学习资源学 号分 类 号 TH6密级课程设计说明书水箱水位掌握系统设计单位代码 0 2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 姓指 导 教名师2021 年10月 27日黄河科技学院课程设计任务书欢迎下载精品学习资源学号 1200000000姓名指导老师题目:水箱水位掌握系统设计课程:单片机应用技术课程设计时间2021 年10 月 13 日至 10 月 27 日共 2 周机械工程 学院 机械系机械设计制造及其自动化 专业 12 级 1 班课程设计工作内容与基本要求 设计要求、设计任务、工作方案、所需相关资料（纸张不够可加页）1. 设计要求在高塔的内部我们设计一个简易
2、的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位；低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加 水，红灯亮；正常范畴的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加 水，黄灯亮；2. 设计任务 与要求（完成后需提交的文件和图表等 ）1系统硬件电路设计依据该系统设计的功能要求挑选所用元器件，设计硬件电路；要求用Proteus绘制整个系统电路原理图；2软件设计依据该系统设计的功能要求进行软件设计，要求用VISIO 软件绘制整个系统及各部分的软件流程图；并依据流程图编写程序并汇编调试通过；列出软件清单，软件清单要加以注释；3Proteus仿真用 Proteus对系统软硬件进行仿真调试通过；4软
3、硬件实际调试5编写设计说明书一份，内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计部分要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明；软件设计部分要绘制整个系统及各部分的软件流程图，并列出软件清单，软件清单要求加注释，并在各功能块前加程序功能注释；调试结果整理分析及设计调试的心得体会；3. 工作方案 （进程支配 ）第 1 周基本完成软、硬件的设计（分散在教案过程中完成）；其次周 2 天绘制欢迎下载精品学习资源所要求的图纸，完成软、硬件的调试；2 天完成设计说明书； 1.5 天答辩或验收，评定成果；6主要参考资料单片机课程设计指导书皮大能北京理工高校出版社2021.78051单片机实践与应用吴金戎
4、清华高校出版社2003.8单片机技术基础教程与实践夏路易电子工业出版社2021.1MCS-51 单片机原理接口及应用王纯朴北京理工高校出版 2021.11基于 Proteus的单片机系统设计与仿真实例蒋辉平机械工业出版社2021.7系主任审批看法：审批人签名：日期：欢迎下载精品学习资源摘要我们可以采纳单片机系统实现了水塔水位的自动掌握，设计出一种低成本、高使用价值的水塔水位掌握器；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纳传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电掌握强电技术；检测系统采纳铜针探测结构简洁、制造成本低、灵敏度高；并采纳AT89C2051 单片机系
5、统掌握整个电路的信号处理以及采纳光电耦合和继电器来实现弱电掌握强电从而实现加水系统的自动掌握；该系统可以完成光报警，水位自动检测，上水停水等工作；并能有效保证液面高度始终处于较抱负范畴，该系统制造成本低、结构简洁、感应度高、绿色环保；可用于各种液体的储存；关键词: 单片机，自动检测，自动掌握欢迎下载精品学习资源AbstractWe can use micro-controller system using cooling towers to achieve the level of automation, design a low cost and high practical value o
6、f the water tower water level controller.The system has the water level detection, low water high water level alarm and automatic 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
7、 technology.Detection system using simple system for detection of copper needles,resulting in the low and high sensitivity.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 contr
8、ol of water systems.It can automatically detect the water level,light alarm,all the work without water cycle,to ensure better surface height is always withinthe context of its structure simple,low cost high sensitivity,significant energy is used in various kind of ideal equipment for high-level liqu
9、id storage.Keywords: SCM,Automaticmonitoring,CircuitControl欢迎下载精品学习资源目录1 课程设计系统概述21.1 系统原理21.2 系统结构图21.3 掌握方案说明31.4 系统组成及原理32 硬件设计42.1 单片机最小系统电路设计52.2 水位检测传感器的选用62.3 稳压电路的设计72.4 光报警电路的设计82.5 继电器掌握水泵加水电路93 软件设计93.1 系统总原理图103.2 系统总程序如下114 总结11致谢11参考文献12附录13欢迎下载精品学习资源1 课程设计系统概述1.1 系统原理当水位处于低水位的时候，传感器的低
10、水位探测线没被+5V 的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0 口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1 口单片机经过分析，在P1.2 口输出一低电平，驱动红灯亮，P1.5 出来一个信号使光电耦合器 GDOUHE 导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范畴内时，水泵加水，在 P1.3 引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被 +5V 的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P1.4 引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1.5 端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能
11、加水；当三灯闪耀表示系统显现故障；1.2 系统结构图系统结构图如图 1.2 所示：显示系统电源电路单片机AT89C2051水泵加水系统稳压电路水位检测传感器水塔模型水箱欢迎下载精品学习资源图 1.2 系统结构图采纳单片机 AT89C2051 作为我们的掌握芯片，主要工作过程是当高塔中的水在低水位时，水位探测传感器送给单片机一个高电平，然后单片机驱动水泵 加水和显示系统使红灯变亮；当水位在正常范畴内时，水泵加水，绿灯亮；当 水位在高水位时，单片机不能驱动水泵加水，黄灯亮；1.3 掌握方案说明这个方案中使用了单片机处理，单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术；此系统使用过程中采纳稳压电路能够
12、精确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情形，由于AT89C2051 单片机有四端口， 20 引脚能够特别便利地设计显示系统；1.4 系统组成及原理本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器掌握水泵加水电路、以及高塔模型组成；主电气原理图如图1.4 所示：图 1.4 主电气原理图欢迎下载精品学习资源工作原理：当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V 的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的 P1.0 口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1 口单片机经过分析， 在 P1.2 口输出一低电平，驱动红
13、灯亮，P1.5 出来一个信号使光电耦合器GDOUHE 导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范畴内时，水泵加水，在 P1.3 引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被 +5V 的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在 P1.4引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1.5端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪耀表示系统显现故障；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储备
14、器（PEROM ）和 128bytes 的随机数据储备器（ RAM ），器件采纳 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 位中心处理器和Flash 储备单元，功能强大at89c2051 单片机可为您供应很多高性价比的应用 场合；本设计中单片机采纳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 字节的闪速程序储备器（采纳电擦除编程，可重复编程 1000 次，数据可保 10 年），除没有 P0 口、 P2 口外，具有 8031 全部功能结构，即一片AT89C2051 相当于
15、 8031、373 、2716 组成的最小系统；用它构成的测量、掌握系统具有电路简洁、牢靠性好、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 具有其次功能，分别作为片内精密比较器的同相、反相输入端；P1 口输出驱动器能供应 20mA 的灌电流驱动才能，其锁存器写1 时可作为输入口； AT89C2051 的 P3欢迎下载精品学习资源口为七位双向 I/ O 口， 有内部上拉电阻，P3口输出驱动器能供应20mA 灌电流驱动才能， 其锁存器写 1 时可作输入口； P316
16、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； P310 P315 的其次功能与 8031 P3 口相应口线的其次功能完全相同；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 具有其次功能，不用再配置比较器，从而简化了掌握电路的结构；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
17、种“刺激”并作出快速反映；本设计当中我们采纳的水位探测传感器简洁易做，经济实惠；其形状轮廓如图 2.2 所示：欢迎下载精品学习资源图 2.2 水位探测传感器外观图A 为接+5V 电源的线与水始终保持连通， B 线为低水位掌握线，当水位到达低水位的时候它不导通，水在正常范畴内时，它导通； C 线为高水位掌握线，当它导通时，表示水已经为高水位；本设计中采纳了细铜线作为我们的传感器的材料；主要考虑了（ 1）细铜线的电阻率比较低，这样就可以防止由于电阻过大而使输出的电平过低，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，也就是说灵敏性特别好；（ 3）细铜线廉价易找；本传感器的尺寸
18、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固地输入单片机中，主要由三极管的两极放大稳固电路组成，其工作过程是水位探测传感器把探测到的电信号送给 R12，假如送入的是高电平就R11、Q5、D3、Q4 导通把低于1.4V 的低电平稳固地送给单片机；假如是低电平送给R12 就 R11、Q5、D3、Q4 均不能导通二是 R13 导通将把高于 1.4V 的高电平稳固的送给单片机；我查找了相关资料以及我们自己在设计过程当中免去此稳固电路，发觉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
19、判的情形，产生不稳固现象，所以我们认为此电路是不行缺少的；既然是掌握系统，当然就要掌握精确；稳压电路原理图如图 2.3 所示：欢迎下载精品学习资源图 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，注入的非平稳载流子（电子空穴对）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 结的能带结构来说明；制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平稳状态下的N 区有很多迁移率很高的电
20、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，沟区导带中的电子就可逃过PN 结的势垒进入到 P 区一侧；于是在 PN 结邻近稍偏于 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，辐射光的波长打算于材料的禁带宽度Eg；本电路采纳不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情形；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，水泵停止加欢迎下载精品学习资源水，三灯闪耀表示系统显现故
21、障；光报警电路原理图如图2.4 所示：图 2.4光报警电路的原理图此电路采纳的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平常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 继电器掌握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、R11、R12 以及 D2、Q6 等组成；当水位在低水位时单片机给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 的沟通电接通使水泵加水；继电器掌握水泵加水电路原理图如图2.5 所示：欢迎下载精品学习资源图 2.5 继电器掌握水泵加水电路的原理图其中
22、光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电光电转换器件；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， 彼此间用透亮绝缘体隔离；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纳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固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，在我们设计当中主要来做自动掌握作用，我们采纳 +5V 的直流电来掌握 220V 的沟通电，以达到掌握水泵的作用，由于是在这里是以一种弱电来掌握强电所以安装和使用的过程当中我们一 定要留意用电安全留意事项；电磁式继
23、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肯定的电压，线圈中就会流过肯定的电流，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逝，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原先的位置，使动触点与原先的静触点（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
24、：欢迎下载精品学习资源开头初始化重新扫描P1=#00H.YP1.1=0 P1.2=0 P1.3=1 P1.4=1水泵抽水，红灯亮延时0.5秒NP1=#01H.YP1.1=0 P1.3=0 P1.2=1 P1.4=1水泵抽水，绿灯亮NP1.1=1 P1.、2P1=#02H.YP1.3、P1.4同时变为0或1 水泵停止抽水，灯闪耀NP1=#03H.YP1.1=1 P1.4=0 P1.3=1 P1.2=1水泵停止抽水，黄灯亮重新扫描图 3.1 系统总流程图3.2 系统总程序系统总程序如下：ORG 0000HLJMP START START:SETB P2.0SETB P2.1 RESTART: MO
25、V A,P2ANL A,#00000011B欢迎下载精品学习资源CJNE A,#00H,LOOP1 ；在低水位之下，开启电动机，亮红灯SETB P2.4SETB P2.3 CLR P2.2LJMP RESTARTLOOP1: CJNE A,#01H,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 P2.2 CLR P2.3LJMP RESTARTLOOP2:CJNE A,#02H,LOOP3 ； 系统故障（达到高水位，却没达到低水；位）红，黄，绿灯均闪耀CLR P2.4CLR P2.3 CLR P2.2 SETB P2.4 SETB P2.
26、3 SETB P2.2LJMP RESTARTLOOP3:CJNE A,#03H,RESTART ；当达到高水位时，停止电动机，亮黄；灯SETB P2.3SETB P2.2 CLR P2.4LJMP RESTART RETEND欢迎下载精品学习资源4 总结做了这次单片机课程设计，我有了很多体会和感想；单片机设计特别有意义而且很重要；我们在课堂上把握的仅仅是专业课的理论学问，课程设计能让我们去锤炼我们的实践才能，把我们所学的专业基础课理论学问运用到实践中去，单片机课程设计就为我们供应了良好的学习和实践平台；通过这次单片机课程设计，让我对单片机更加宠爱，也对单片机有了更深的明白和熟悉，我们在课堂上
27、把握的仅仅是专业课的理论学问，课程设计能让我们去锤炼我们的才能，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示和帮忙；由于自身缺少在实践设计的体会，所以在这次的设计中我自身也发觉了很多不足的方面，从论文的本身的方面的结构到详细设计中硬件设计学问和体会的不足使得设计和论文存在的很多的问题，但是我的导师牛月兰老师的细心指导下，经过前后多次的修改和完善，最终完成了课程设计的任务；单片机掌握技术领域是一个有着特别潜力和前景的专业技术，我信任通过这次课程设计，不仅加深和把握了这一专业技术，而且也提高了自己的专业才能和综合素养，为我的高校生涯画下一个完整的句号；致谢感谢牛月兰导师的细心指导，同
28、学们的看法和建议，感谢在论文方面的帮忙， 希望我们越走越远！由于自身缺少在实践设计的体会，所以在这次的设计中我自身也发觉了很多不足的方面，从论文的本身的方面的结构到详细设计中硬件设计学问和体会的不足使得设计和论文存在的很多的问题，但是我的导师牛月兰老师的细心指导下，经过前后多次的修改和完善，最终完成了课程设计的任务；再次感谢帮忙过我的人；欢迎下载精品学习资源参考文献1 胡汉才，单片机原理及其接口技术（ M ，清华高校出版社， 1996.2 张毅刚，单片机原理与应用（ M）.北京高等训练出版社， 2004.3 陈有卿，谢刚 .新奇电子模块应用手册 M. 机械工业出版社， 2003.4 姚勇，李忠勤 .水箱水位的模拟掌握装置 J.煤炭技术， 2004.5 陈粤初.单片机应用系统设计与实践 M. 北京航空航天高校出版社， 1991.附录欢迎下载精品学习资源总电路原理图所示：欢迎下载