【電氣設計自動化論文】樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計,電氣設計,自動化,論文,樓宇,水塔,水位,檢測,系統(tǒng),設計 本科畢業(yè)論文（設計）手冊( 2015 屆) 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計 學 院 電子信息工程學院 專 業(yè)電氣工程及其自動化 姓 名 鄭慶春 指導教師 尹靜 職 稱 助教 等 級 碩士 學號：11084410602目 錄本科畢業(yè)論文(設計)任務書…………………………………X本科畢業(yè)論文(設計)開題報告………………………………X本科畢業(yè)論文(設計)中期報告………………………………X本科畢業(yè)論文(設計)指導記錄………………………………X本科畢業(yè)論文(設計)答辯記錄………………………………X本科畢業(yè)論文(設計)成績評定表……………………………X3合肥師范學院本科畢業(yè)論文（設計）任務書學號 1108441060 姓名 鄭慶春 指導教師 尹靜題目 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計題目來源 A.實驗 B.實習 C.工程實踐 D.社會調查 E.教研 F.科研 G.其它類別 A.論文 B.設計 C.其它 性質 A. 理論研究 B. 應用研究 C. 綜合研究 D.其它一、指導教師責任。（一）指導教師應端正思想，把培養(yǎng)人才放在首位,注重培養(yǎng)學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。嚴格要求學生，培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)膽B(tài)度和實事求是的作風。（二）指導教師應當對學生進行學術道德、學術規(guī)范教育，對畢業(yè)論文（設計）進行適當指導（不少于 8 次），對畢業(yè)論文（設計）是否由其獨立完成進行審查。（三）指導教師在指導畢業(yè)論文（設計）期間請假應事先布置學生任務，或委托他人代為指導。請假 2 周以上者，須經(jīng)院系批準；請假超過 4 周者，應及時向院（系）申請調整指導教師。（四）接受并并執(zhí)行院系指導教師遴選和評價具體辦法以及學校、院系相關考核。二、學生責任。（一）學生應按照專業(yè)人才培養(yǎng)方案規(guī)定，參加畢業(yè)論文（設計）與綜合訓練。（二）學生應重視畢業(yè)論文（設計），嚴格遵守學校、院系相關制度；按照要求參加院系畢業(yè)論文（設計）集中指導；在校外撰寫畢業(yè)論文（設計）的，要遵守所在單位的有關規(guī)章制度。（三）學生應在指導教師指導下，查閱文獻、搜集資料、實地調研，撰寫文獻綜述、開題報告、論文（設計說明書）等；經(jīng)常、主動向指導教師匯報論文（設計）進展情況，接受指導。畢業(yè)論文（設計）完成后，應按規(guī)范要求提交材料，并按時參加答辯。（四）學生應按時完成各階段任務，保證畢業(yè)論文（設計）質量；應恪守學術道德和學術規(guī)范，在指導教師指導下獨立完成論文，不得抄襲；嚴禁弄虛作假、請人代替完成；否則，任何時候一經(jīng)發(fā)現(xiàn)均取消成績，并追究當事人責任。教師簽名： 學生簽名： 年 月 日指導小組(教研室)意見：組長簽名:院(系)意見：負責人簽名：4合 肥 師 范 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 開 題 報 告學 號 1108441060 姓 名 鄭 慶 春 指 導 教 師 尹 靜題目 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計課題內容：社會在不斷的發(fā)展和進步，人們的生活水平也在逐步提高和發(fā)展，我們的生活已經(jīng)越來越離不開便捷的全自動控制系統(tǒng)，微型計算機發(fā)展是其中的一個不可或缺的重要分支，單芯機具有高可靠性，高性價比，低功耗，低電壓等優(yōu)點，以單片機為核心的全自動控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了廣泛的應用前景和使用范圍。本篇論文是基于單片機的水塔水位檢測系統(tǒng)設計。設計該系統(tǒng)主要是針對應用單片機的自動運行技術，使得水塔水位始終保持在一定范圍內，從而確保連續(xù)正常的供水。本設計是以STC89C51單片機為核心的水塔水位檢測系統(tǒng)，用以檢測水位并對其進行控制、報警以及相應的處理功能，同時在Proteus仿真軟件環(huán)境中進行仿真測試。測試結果表明，設計的系統(tǒng)具有一定的檢測和控制功能，并且能夠應用于實際生產(chǎn)生活當中。在現(xiàn)實生活生產(chǎn)當中，經(jīng)常會遇到測量液體液位的問題。國家工業(yè)在迅速發(fā)展，液體液位測量技術也被廣泛應用到化學化工、醫(yī)學藥物、食品安全、石油開采等各行各業(yè)中。液氧、液氮等低溫液體現(xiàn)如今也得到了廣泛的應用，因此，作為貯存相應低溫液體的容器也要保證能承受其相應的載荷；在冶煉工業(yè)中，鍋爐汽包液位、除氧器液位、汽輪機凝氣器液位、高、低壓加熱器液位等，保持在一定范圍內是設備安全運行的基礎保障；在實際科研與學習當中也經(jīng)常會遇到需要進行液位測量與控制的實驗裝置。本設計是基于STC89C51單片機為核心部件設計的水塔水位控制系統(tǒng)。主要是利用單片機的硬件設計和軟件程序設計，包括電路測量部分、實時顯示液位輸出部分以及水位高低控制部分，同時也添加了蜂鳴器報警裝置。本設計沒有具體的數(shù)值設定，僅是理論上設計了某些電路部分，待實際應用檢測后可進一步改進和推廣。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)液位監(jiān)測，液位顯示，自動報警（包括低水位報警和高水位報警兩種） ，液位控制功能。單片機使用技術、傳感器技術、C 語言程序編寫等技術是本設計主要用到的技術參考。同時本文也概述了相應液位控制系統(tǒng)的工作原理，另附 C 語言源程序和程序設計流程圖，以及電路接口原理和電路圖等。課題關鍵問題及難點：STC89C51 單片機；水位監(jiān)測；報警系統(tǒng)1：了解 STC89C51 單片機的相關理論和技術以及研究現(xiàn)狀和應用情況；2：根究調研情況，提出合理的設計方案；3：根據(jù)設計方案選擇合適的硬件；4：根據(jù)設計方案完成軟件的程序編寫與調試；5擬采取的方式、方法及計劃進程安排（主要技術路線）：本課題是研究基于 STC89C51 的水位檢測系統(tǒng)，研究的內容主要包括如下幾個方面：（1）通過水位傳感器檢測水塔水位并生成數(shù)據(jù)傳輸給 STC89C51；（2）通過 STC89C51 單片機控制報警電路；（3）在不同水位下使得報警器發(fā)出警報且相應指示燈亮起；（4）當水位達到控制范圍內時，報警結束且相應指示燈亮起；設 計 要 求 ： ⑴ 利 用 STC89C51 單 片 機 及 蜂 鳴 器 、 繼 電 器 、 水 位 傳 感 器 等 器 件進 行 試 驗 設 計 ； ⑵ 將 檢 測 到 的 水 塔 液 位 變 化 信 號 轉 換 為 電 壓 信 號 ， 經(jīng) 調 理 電 路 整形 處 理 后 輸 入 單 片 機 ； ⑶ 單 片 機 對 輸 入 的 信 號 （ TTL 電 平 ） 進 行 相 應 的 數(shù) 據(jù) 處理 ， 在 LED 數(shù) 碼 管 上 顯 示 當 前 水 位 ， 當 出 現(xiàn) 低 水 位 和 高 水 位 時 發(fā) 出 報 警 提 示 ， 同時 信 號 燈 亮 。本設計水塔由人為供水，以達到對水位增減調節(jié)的目的。接通電源，開始無水時，水位處于低水位下限，相應指示燈亮，蜂鳴器報警，此時屬于低水位報警。緩慢供水時，水位上升，當水位進入正常范圍時，相應指示燈亮，報警結束。繼續(xù)緩慢供水，當水位達到上限時，由于水的導電作用，B、C 接通電源。相應指示燈亮，蜂鳴器報警，此時屬于滿水位報警，可以停止供水。原 始 數(shù) 據(jù) ： 水 位 傳 感 器 ； STC89C51 單 片 機 ； 指 示 燈 ； 蜂 鳴 器 。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖所示。STC89C51單片機模塊水 位 傳 感 器 模 塊晶 振 電 路復 位 電 路單 位 數(shù) 碼 管顯 示狀 態(tài) 指 示 燈繼 電 器 控 制端蜂 鳴 器6參考文獻：[1] 童詩白，華成英。模擬電子技術基礎（第三版）。北京高等教育出版社，2001 [2] 謝嘉奎，宣月清，馮軍。電子線路線性部分（第四版）。北京高等教育出版社，2004 [3] 郁有文.傳感器原理及工程應用,西安電子科技大學出版社，2001.[4] 嚴鐘豪.非電量電測技術.北京,機械工業(yè)出版社，2001.[5] 周樂挺.著傳感器與檢測技術.北京,機械工業(yè)出版社，2005.[6] 范晶彥.傳感器與檢測技術應用.北京,機械工業(yè)出版社，2005.[7] 張正偉.傳感器原理與應用.北京,中央廣播電視大學出版社，1991.[8] 李 軍.檢測技術及儀表.北京,輕工業(yè)出版社，1989.[9] 宋文緒.自動檢測技術.北京,高等教育出版社，2000.[10] 賈伯年. 傳感器技術.南京,東南大學出版社，1990.[11] 杜 維.過程檢測技術及儀表.北京,化學工業(yè)出版社，1999.[12] 高曉蓉. 傳感器技術.成都,西南交通大學出版社，2003.[13] 吳桂秀. 傳感器應用制作入門.杭州,浙江科學技術出版社，2003.[14] 徐 潔.電子測量與儀器.北京,機械工業(yè)出版社，2004.[15] 武昌俊. 自動檢測技術及應用.北京,機械工業(yè)出版社，2005.指導教師意見：教師簽名： 年 月 日指導小組(教研室)意見：組長簽名： 年 月 日7合 肥 師 范 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 中 期 報 告學 號 1108441060 姓 名 鄭 慶 春 指 導 教 師 尹 靜題目 水塔水位檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設計（簡述開題以來工作進展和成效、存在的問題、下一步計劃與安排）一．已完成的論文進展從開始畢業(yè)設計，經(jīng)過搜集課題有關的資料，進行閱讀與分析，完成了開題報告。通過搜集的相關資料并結合實際，在指導教師的指點下，確定了課題研究的初步方案。通過理論與實踐學習的結合落實具體設計方案并進行系統(tǒng)軟件設計。具體所獲得的成效為：（1）通過圖書館、網(wǎng)絡搜集課題的相關資料，解決了不少課題的實際方案問題。并學會了原理圖的繪制和 PCB 的畫圖方法，克服了在軟件繪制過程中遇到的許多困難和細節(jié)問題。（2）通過這段時間對畢業(yè)設計課題相關資料的不斷學習和研究，增強了我對所學知識和技能的綜合分析應用，并提高了我對相關課題的單獨設計開發(fā)能力和對實際問題的解決能力，同時培養(yǎng)了我對知識深入研究的水平和對相關難點的獨立思考能力。（3）通過對本次畢業(yè)設計的研究學習，培養(yǎng)了對課題設計嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和注重細節(jié)的品質，再一次鞏固和提高了學過的專業(yè)基礎理論和實際操作知識；提升了對實際操作過程中問題的正確解決思路和利用計算機去解決深入研究問題的能力；督促自身的學習和獲取專業(yè)相關的新知識，掌握自我學習的能力。二．所存在的問題經(jīng)過這段時間的對本設計的深入學習，了解了本次研究的課題有以下幾個難點：（1）通過液位傳感器檢測水塔水位的范圍精確度；（2）通過單片機控制報警電路在相應水位發(fā)出報警信號；（3）通過單片機控制不同顏色的指示燈在相應水位亮起； 3．下一步工作計劃和研究內容經(jīng)過前期的研究學習并在老師的指導幫助下實現(xiàn)了對課題方案的總體設計，軟件設計也已基本完成。同時對單片機和報警電路的應用有了基本的理解，下一步工作計劃如下：1．繼續(xù)對軟件設計方案進行完善，包括調試、后期處理等。2．通過理論與實踐學習的結合對軟件設計進行程序編寫。3．對畢業(yè)設計硬件方案中實物的焊接和電路的調試。4．在完成以上畢業(yè)設計等相關準備之后準備畢業(yè)答辯相關事項。8指導教師意見：教師簽名：月 日指導小組(教研室)意見：組長簽名：月 日9合肥師范學院本科畢業(yè)論文（設計）指導記錄學 號 1108441060 姓 名 鄭 慶 春 指 導 教 師 尹 靜題目 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計第 次指導 時間： 地點： 指導形式：（可根據(jù)記錄內容需要調整頁面大??；指導形式指面談、郵件等形式）學生簽名： 教師簽名： （指導記錄可連續(xù)填寫，每 2 次指導記錄之間空兩行，時間、地點、簽名、指導形式等格式相同）10合肥師范學院本科生畢業(yè)論文（設計）答辯記錄學號 1108441060 姓名 鄭慶春 指導教師 尹靜題目 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計答辯組成員組長 職稱 職務成員 職稱 成員 職稱成員 職稱 成員 職稱成員 職稱 成員 職稱答 辯 秘 書 答辯時間 月 日 時陳述、提問及回答情況記錄：答辯秘書簽名： 答辯組長簽名： 年 月 日11合肥師范學院本科生畢業(yè)論文（設計）成績評定表學號 1108441060 姓名 鄭慶春 指導教師 尹靜題目 樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計內容提要及指導教師意見評分：（百分制） 指導教師簽名： 年 月 日12評閱教師評閱意見評分：（百分制） 評閱教師簽名： 年 月 日答辯小組答辯意見評分：（百分制） 組長簽名： 年 月 日答辯委員會意見總評分數(shù)：（百分制） 論文等級：（五級制） 評定人簽名： 負責人簽名： ﹡總評成績=指導教師評分*25%+評閱教師評分*25%+答辯小組評分*50%I本科畢業(yè)論文（設計）(2015 屆)樓宇水塔水位檢測系統(tǒng)設計院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 實際指導教師 助教 名譽指導老師 助教 2015 年 5 月學號：合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）1摘 要社會在不斷的發(fā)展和進步，人們的生活水平也在逐步提高和發(fā)展，我們的生活已經(jīng)越來越離不開便捷的全自動控制系統(tǒng)，微型計算機發(fā)展是其中的一個不可或缺的重要分支，單芯機具有高可靠性，高性價比，低功耗，低電壓等優(yōu)點，以單片機為核心的全自動控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了廣泛的應用前景和使用范圍。本篇論文是基于單片機的水塔水位檢測系統(tǒng)設計。設計該系統(tǒng)主要是針對應用單片機的自動運行技術，使得水塔水位始終保持在一定范圍內，從而確保連續(xù)正常的供水。本設計是以STC89C51單片機為核心的水塔水位檢測系統(tǒng)，用以檢測水位并對其進行控制、報警以及相應的處理功能，同時在Proteus仿真軟件環(huán)境中進行仿真測試。測試結果表明，設計的系統(tǒng)具有一定的檢測和控制功能，并且能夠應用于實際生產(chǎn)生活當中。關鍵詞：水位檢測；單片機；報警；合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）2AbstractSociety in constant development and progress, people's living standards are also gradually increase and development, our life is getting more and more inseparable from the convenience of automatic control system of microcomputer development is one of the indispensable important branch, single core machine has high reliability, high cost performance, low power consumption, low voltage, etc, with the single chip processor as the core of automatic control system has a wide range of application prospect and using range. This paper is based on single chip microcomputer water tower water level detection system design. Design of the system is mainly aimed at the application of single chip microcomputer automatic operation technology, makes the water tower water level always stay within a certain range, to ensure normal water supply continuously. This design takes STC89C51 microcontroller as the core of the water tower water level detection system, used to detect water level and carries on the control, alarm, and corresponding processing functions, at the same time in the environment of Proteus simulation software simulation test. Test results show that the designed system has certain detection and control function, and can be applied in the actual production of life. Keywords: Level; controlmicrocontroller; alarm;合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）3目 錄摘 要 1ABSTRACT2目 錄 31 緒論 51.1 研究背景 51.2 國內外研究現(xiàn)狀 51.3 研究目的與意義 62 系統(tǒng)總體設計 72.1 設計要求 72.2 系統(tǒng)設計方案 72.3 系統(tǒng)工作原理 83 系統(tǒng)硬件設計 83.1 硬件設計 .83.2 中央處理器模塊 123.3 繼電器控制閥門模塊 133.4 水位檢測系統(tǒng)的整體電路仿真圖 134 系統(tǒng)軟件設計 .144.1 軟件功能概述 144.2 主程序設計 144.3 LED 顯示子程序 155 聯(lián)調與測試 165.1 調試過程 165.2 硬件調試 165.3 軟件調試 165.4 功能實現(xiàn) 16結論 .17致謝 .18參考文獻 .19附錄 A：系統(tǒng)原理圖 .20合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）4附錄 B：系統(tǒng) PCB 圖 .21附錄 C：系統(tǒng)仿真圖 .22附錄 D：系統(tǒng)源程序 .23合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）51 緒論1.1 研究背景在現(xiàn)實生活生產(chǎn)當中，經(jīng)常會遇到測量液體液位的問題。國家工業(yè)在迅速發(fā)展，液體液位測量技術也被廣泛應用到化學化工、醫(yī)學藥物、食品安全、石油開采等各行各業(yè)中。液氧、液氮等低溫液體現(xiàn)如今也得到了廣泛的應用，因此，作為貯存相應低溫液體的容器也要保證能承受其相應的載荷；在冶煉工業(yè)中，鍋爐汽包液位、除氧器液位、汽輪機凝氣器液位、高、低壓加熱器液位等，保持在一定范圍內是設備安全運行的基礎保障；在實際科研與學習當中也經(jīng)常會遇到需要進行液位測量與控制的實驗裝置。本設計是基于STC89C51單片機為核心部件設計的水塔水位控制系統(tǒng)。主要是利用單片機的硬件設計和軟件程序設計，包括電路測量部分、實時顯示液位輸出部分以及水位高低控制部分，同時也添加了蜂鳴器報警裝置。本設計沒有具體的數(shù)值設定，僅是理論上設計了某些電路部分，待實際應用檢測后可進一步改進和推廣。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)液位監(jiān)測，液位顯示，自動報警（包括低水位報警和高水位報警兩種） ，液位控制功能。單片機使用技術、傳感器技術、C語言程序編寫等技術是本設計主要用到的技術參考。同時本文也概述了相應液位控制系統(tǒng)的工作原理，另附C語言源程序和程序設計流程圖，以及電路接口原理和電路圖等。1.2 國內外研究現(xiàn)狀就目前而言，生活生產(chǎn)中能夠進行液位測量的相關裝置種類繁多，但液位測量、數(shù)據(jù)顯示、液位監(jiān)控、報警及處理等功能同時具有的液位測量裝置卻少之又少。在某些工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，單獨的數(shù)據(jù)測量功能已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，對批量型數(shù)據(jù)進行記錄，實時差錯分析，后期處理控制、工藝流程改善、資源優(yōu)化等一系列工作才是實際生產(chǎn)需要解決的問題。為了取得批量型數(shù)據(jù)，以及可靠的分析資料，常常需要持久、全方面的監(jiān)控記錄。針對于液位測量這一領域，比如大規(guī)模水域、城市居民用水等方面，大批量、全方位的數(shù)據(jù)采集，以及記錄和分析都具有重要意義。對某些液位的變化進行測定分析，在一定程度上可以使人們有效的對自然災害預警以及提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而進一步改善我們的生存條件。單片機其實就是一個縮小的計算機系統(tǒng)，它采用超大規(guī)模集成電路技術把能夠處理數(shù)據(jù)的中央處理器CPU、存儲器（RAM 與ROM)、各種 I/O端口以及中斷系統(tǒng)、定時器、計時器等功能綜合在一起的集成電路芯片。單片機的指揮控制中心是其中央處理器CPU，執(zhí)行命令和讀取程序都是由其完成。指令與各個部分的關系往往比較復雜，如與外部電路、單片機核心電路、寄存器等各功能部件均有可能存在某種關系，因此，CPU需要通過復雜的時序電路來完成不同的指令功能。為了創(chuàng)造更好的設計條件，本設計采用軟硬件結合的方式，因為軟件的設計方法直合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）6接決定了硬件的要求。本設計用到的單片機（STC89C51）具有功能齊全，技術先進，實用性強等特點，同時結構也相對簡單。另外，單片機的一個重要“組成”部分就是C語言，為了在一定程度上提高開發(fā)效率，本設計對C語言的編寫要求能夠很好地掌握。圖 1 系統(tǒng)整體方案1.3 研究目的與意義無論是科技落后的遠古時代，還是科技發(fā)達的今天，水在我們的生產(chǎn)和生活中都扮演著不可或缺的重要角色。一旦失去了水，不僅會給我們的生產(chǎn)生活帶來一定的影響，更可能會造成嚴重的經(jīng)濟損害和人身安全。因此，良好的供水系統(tǒng)是我們生產(chǎn)生活的重要組成部分，也正因如此，供水的安全問題，供給水量多少的問題是整個供水系統(tǒng)的最基本要求，但要如何建立一個這樣的供水系統(tǒng)？這是一個很值得我們研究的課題。自動檢測控制系統(tǒng)的迅猛發(fā)展源自于現(xiàn)代各項技術的進步，尤其是本文涉及到的傳感技術，信息處理技術以及計算機技術等。它在現(xiàn)代工業(yè)，生產(chǎn)生活，科研領域等都發(fā)揮了重大作用。隨著社會生產(chǎn)力的提高，人們生活水平的改善，我們對液位的檢測精度也要求越來越高。微型計算機具有穩(wěn)定性能好，性價比高，操作簡單等優(yōu)點，使其擁有越來越廣泛的用途，并且隨著單片機的推廣與普及，微機控制系統(tǒng)也贏得了屬于自己的領域。本設計為了更好的了解單片機的組成部分和控制原理，最終實現(xiàn)設計出“基于單片機的水塔水位控制”的目的。實驗結果表明，單片機控制的水位系統(tǒng)不僅穩(wěn)定可靠，而且硬件電路簡單，軟件功能完善，單片機的性能得到了充分的發(fā)揮。STC89C51單片機模塊水 位 傳 感 器 模 塊晶 振 電 路復 位 電 路單 位 數(shù) 碼 管顯 示狀 態(tài) 指 示 燈繼 電 器 控 制端蜂 鳴 器合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）72 系統(tǒng)總體設計2.1 設計要求設計要求：⑴利用 STC89C51 單片機及蜂鳴器、繼電器、水位傳感器等器件進行試驗設計；⑵將檢測到的水塔液位變化信號轉換為電壓信號，經(jīng)調理電路整形處理后輸入單片機；⑶單片機對輸入的信號（TTL 電平）進行相應的數(shù)據(jù)處理，在 LED 數(shù)碼管上顯示當前水位，當出現(xiàn)低水位和高水位時發(fā)出報警提示，同時信號燈亮。原始數(shù)據(jù)：水位傳感器；STC89C51 單片機；指示燈；蜂鳴器。2.2 系統(tǒng)設計方案水塔水位控制原理如圖 1 所示，圖中虛線表示水位正常變化范圍，正常情況下，水位應保持在虛線之內。系統(tǒng)中 A 處于低水位臨界處 ，C 處于高水位臨界處，B 處于正常水位之間。A 接電源，B、C 通過一個電阻后與地相接。本設計水塔由人為供水，以達到對水位增減調節(jié)的目的。接通電源，開始無水時，水位處于低水位下限，相應指示燈亮，蜂鳴器報警，此時屬于低水位報警。緩慢供水時，水位上升，當水位進入正常范圍時，相應指示燈亮，報警結束。繼續(xù)緩慢供水，當水位達到上限時，由于水的導電作用，B、C 接通電源。相應指示燈亮，蜂鳴器報警，此時屬于滿水位報警，可以停止供水。在此設計系統(tǒng)中，檢測信號由水塔中的液位傳感器檢測，該傳感器共可以檢測 4 個水位，在相應的水位會傳遞出相應的信號給單片機，進而使單片機控制相應的指示燈亮和蜂鳴器報警，下文會詳細介紹該傳感器的選擇和工作原理。圖 2 水塔水位控制原理圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）82.3 系統(tǒng)工作原理當水塔里的水位在低水位及以下的時候，傳感器檢測信號并傳給穩(wěn)壓電路，通過穩(wěn)壓轉再換成相應的低電平。當單片機收到該低電平時，相應指示燈亮，蜂鳴器報警，表示水塔里已經(jīng)沒有水了或者是已經(jīng)處于低水位狀態(tài)了，需要人為開始給水塔加水。當水位緩慢上升到正常水位范圍時，相應指示燈亮，蜂鳴器報警結束。當繼續(xù)加水，水位達到高水位時，傳感器再次傳送給單片機一個低電平，相應指示燈亮，蜂鳴器報警，應該停止加水。同樣，當水位從高水位到低水位下降時，單片機會再次根據(jù)傳感器輸入的相應的信號，來控制不同的指示燈亮或者滅，蜂鳴器報警或是正常。3 系統(tǒng)硬件設計3.1 硬件設計3.1.1 水塔水位的硬件原理圖如圖 3-1 所示原理圖共分 11 個模塊，其中電路模塊有 7 個模塊，下文將逐一介紹，其余均為相應元件模塊。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）9圖 3-1 水位原理圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）103.1.2 傳感器的選擇。本設計能夠成功的關鍵之一就是液位傳感器的選擇,因為傳感器的準確性直接決定了水塔水位控制的精度.假如傳感器選擇不得當,可能會造成數(shù)碼管顯示值混亂，要么反應的不是水塔內部真實液位值，要么就會引起報警混亂，導致加水或放水不得當。 用于水塔液位檢測的傳感器有多種選擇,如超聲波傳感器、電容傳感器、紅外傳感器、以及直接利用水的導電性感應水位高低，根據(jù)電路是否接通來判斷水位是否達到了相應的水位。其中，超聲波傳感器能夠不受被測水位的深度和水體導電性影響，但檢測精度不高，并且價格也相對較高，所以市場競爭力不強，不能夠被廣泛的應用于實際生產(chǎn)生活當中，另外，超聲波傳感器與單片機的接口電路相對復雜，需要進行相應的模/數(shù)轉，才能夠正常使用。若使用電容式傳感器，則檢測功能容易實現(xiàn)，但要求水位的變化不能太快，檢測距離也有一定限制，因此也不適合本設計選用。 若使用紅外傳感器，則需要利用液面和容器的反射構成一定的薄膜干涉，當水塔內部有水時，由于水塔水位液面反射光的干涉，從而使紅外線傳感器能夠接收相應的信號，進而能夠檢測到水位高低。然而，紅外線傳感器不僅安裝繁瑣復雜，并且價格也比較高。最后就是直接利用水的導電性,根據(jù)電路是否接通來判斷水塔水位是否達到了相應的液面位置。這種方式不僅安裝操作簡單，高度靈活，而且價格低廉。其結構如下示意圖3-2：圖 3-2 水位傳感器示意圖3.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的主要作用是使液位傳感器輸入的信號能夠穩(wěn)定的輸入到 STC89C51 單片vccP23P22P21P20合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）11機中，是整個電路能夠穩(wěn)定運行的基礎。電路如圖 3-3 所示圖 3-3 穩(wěn)壓電路圖3.1.4 水位顯示電路水位顯示電路是利用LED數(shù)碼管顯示當前水位，LED數(shù)碼管具有價格低，顯示亮度高，驅動方式簡單等特點，是常用的顯示器件，它的組成包括7個發(fā)光二極管和一個小數(shù)點，字形如同一個“8”字，它們不僅可以共陰極也可以共陽極，并且具有大致相同的使用方法，二極管需要顯示的數(shù)字由解碼電路得到的數(shù)碼來決定。本設計將選擇一個共陽極數(shù)碼管作為液位顯示器，因為單片機在復位以后，它的引腳會出現(xiàn)高電平，所以，復位后數(shù)碼管一般情況下可能會不顯示數(shù)字。如下所示示意圖：圖 3-4-1 數(shù)碼管模型 圖 3-4-2 共陽數(shù)碼管接法合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）123.1.5 振蕩電路STC89C51 的產(chǎn)生方式可以有兩種，內部方式和外部方式，由于實際需要和操作問題，本設計采用內部方式，即振蕩方式。MCS-51 內部有一個高增益反相放大器，可以構成一個振蕩器，該放大器的輸入端和輸出端分別是它的兩個引腳 XTAL1、XTAL2。STC89C51具有自己的內部振蕩電路，但必須外接元件才能形成時鐘。圖 3-5 晶振電路的設計3.1.6 復位電路設計本系統(tǒng)的復位電路采用按鍵復位方式。 23 4 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）13圖 3-6 復位電路3.1.7自動報警電路本系統(tǒng)會在兩種情況下出現(xiàn)報警現(xiàn)象： 一是當水塔無水，或水位處于低水位線及低水位線以下時系統(tǒng)發(fā)出報警；二是當水塔水位處于高水位線及高水位線以上時系統(tǒng)發(fā)出報警；蜂鳴器發(fā)聲需要一定的電流驅動，由于單片機引腳輸出電流小，TTL 電平也無法驅動蜂鳴器，因此驅動蜂鳴器需要一個三極管進行放大。電路圖如下：圖 3-7 自動報警電路的接線圖3.2 中央處理器模塊一個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的接收與處理顯示，繼電器驅動與報警，都需要一個強大的中央處理器，并且該處理器還要具有一定的穩(wěn)定性、可靠性以及較高的性價比，因此，本設計我們選用 STC89C51 作為系統(tǒng)的中央處理器。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）143.3 繼電器控制閥門模塊該模塊需要實現(xiàn)的主要功能就是用一個小電流控制一個大電流進而達到一定的驅動效果。能夠實現(xiàn)該功能的器件包括晶體管、晶閘管、繼電器等，但它們適用的場合往往不盡相同，比如晶體管和晶閘管由于其有較小的負載能力和較高的開關速度，常常被用于某些高頻場合。而繼電器則與之相反，它具有較大的負載能力和較小的開關速度，常常被用于某些低頻場合。但在本設計中僅需要驅動一個閥門，并且對開關速度要求不高，負載也不需要太大，所以，本設計選用一般的繼電器即可滿足要求。3.4 水位檢測系統(tǒng)的整體電路仿真圖該仿真圖在傳感器模塊分別使用了四個開關來代替了相應的水位，當系統(tǒng)通電時，系統(tǒng)顯示為滿水位狀態(tài)，人為調節(jié)開關的斷開與閉合表示控制當前水位，同時數(shù)碼管顯示當前所在水位數(shù)字，相應指示燈亮起。圖 3-8 電路仿真圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）154 系統(tǒng)軟件設計4.1 軟件功能概述軟件是一個自控系統(tǒng)的重要組成部分，它的功能完善程度直接影響了一個系統(tǒng)是否能夠最大化的發(fā)揮作用，在一個系統(tǒng)確定下來硬件以后，硬件的各個部分如何能夠協(xié)調穩(wěn)定的工作關鍵就在于軟件的指導和系統(tǒng)的嚴密監(jiān)控，同時，優(yōu)異的軟件對系統(tǒng)后期的升級優(yōu)化有相當大的幫助。4.2 主程序設計主程序如圖4-1所示。當系統(tǒng)通電開始工作時，傳感器檢測水塔水位深度，所測信號輸入單片機并與設定值相比較。如果測量值低于下限值，則系統(tǒng)發(fā)出報警，此時緩慢加水；如果測量值高于上限值，則系統(tǒng)發(fā)出報警，此時可停止加水；如果測量值在設定值范圍內，則系統(tǒng)正常，并由LED數(shù)碼管顯示當前水位值。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）16圖 4-1 主程序圖4.3 LED 顯示子程序LED顯示子程序的主要任務是完成液對當前水位值的顯示，本系統(tǒng)采用的是LED 數(shù)碼管用于顯示當前液位值，因此，只需要送數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)即可。開 始傳 感 器 測 量測 量 值 低 于 下 限 值測 量 值 高 于 上 限 值測 量 值 等 于 上 限 值報 警 提 示 加 水正 常 狀 態(tài) 不 加 水報 警 提 示 停 止 加 水系 統(tǒng) 報 警 繼 續(xù) 加 水顯 示 液 位 高 度結 束YYYNNN合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）175 聯(lián)調與測試5.1 調試過程對于一個自控系統(tǒng)而言，調試一般需要進行硬件調試和軟件調試，在一定的分析設計基礎上，可以一邊進行硬件制作，一邊進行相應的調試，這樣對問題的及時分析和解決有很大幫助，不容易出現(xiàn)太多問題積累的現(xiàn)象，不至于后期出現(xiàn)一個問題導致整個設計全部檢查，進而也就不會在調試這一環(huán)節(jié)浪費大量時間。而在軟件編寫過程中，最好是分模塊編寫，在硬件調試成功的基礎上，就可以做系統(tǒng)整體的調試，而本設計成功的關鍵就是運用了聯(lián)機調試。5.2 硬件調試系統(tǒng)通電后觀察系統(tǒng)是否能正常運行，如果不能，則根據(jù)原理圖對電路進行分模塊檢測，看是否存在不正常焊接問題，如果焊接不存在問題，則再進一步檢測下一環(huán)節(jié)，直到找出問題并解決問題。如果所有檢測均正常，但系統(tǒng)仍不能正常運行，則需要對水質進行檢測，因為不同的水質導電力不同，所以，可以嘗試在水中加入少許食鹽以增加水體的導電能力，再進行通電觀察。5.2.1硬件問題及解決方案LED 燈不亮：檢查 LED 燈的陰陽極是否接反，或是否損壞；蜂鳴器不響：檢查蜂鳴器是否接反，或是否損壞；蜂鳴器持續(xù)響：主要檢查水體導電問題。5.3 軟件調試為了具體檢測某些硬件電路是否存在問題，可以通過編寫一個小程序來進行檢測，如果檢測出問題，則看是相應的硬件問題還是軟件問題，如此逐級分模塊檢測，可以快速便捷的對整個系統(tǒng)軟件進行檢測和完善。5.4 功能實現(xiàn)確保系統(tǒng)水位在給定的范圍內上下波動。同時避免水質導致的導電問題給功能帶來的影響。此時數(shù)碼管顯示當前水位，當出現(xiàn)低水位和高水位時蜂鳴器的鳴笛報警，相應的指示燈亮。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）18結論經(jīng)過這段時間的不懈努力，畢業(yè)設計總算結束了。雖然不是什么大不了的事情，卻也讓自己學會了很多東西，尤其是做事的態(tài)度。無論做任何事情都要有一定的耐心和毅力，態(tài)度端正了，事情也就成功一半了，不能因為遇到一點困難就想著放棄，而是要堅持找到問題所在并想辦法解決問題，另外，在學習過程中要虛心請教，學會與人交流合作，認真聽取老師和同學們的意見。當然，不僅僅只是在做事的態(tài)度上有所感悟，相關知識也重新學習和鞏固了一下，通過畢業(yè)設計對之前在書本上那些似懂非懂的專業(yè)知識加深了理解，真正體驗了理論與實際相結合的重要性，只有自己親自動手操作，才能體會其中的奇妙與不易。從最開始的似懂非懂到對電路設計的大致了解，再到自己親自動手完成簡單的電路設計、制板及調試等一系列過程，很好地鍛煉了自己的動手操作能力，也讓自己深刻的體會到了紙上讀來終覺淺，絕知此事要躬行的道理?？傊胍龊萌魏我患?，都需要有能吃苦耐勞的精神，只有親自體會過后，你才能真正的有所收獲。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）19致謝前前后后做這么長時間的畢業(yè)論文終于完成了，心里的大石也算放下來了。這篇論文是在尹靜老師和王俊杰老師的耐心指導下完成的。在此，衷心的感謝兩位老師的耐心的指導，沒有你們的幫助，我想我的論文之路必定要多走很多彎路。兩位老師不僅治學態(tài)度嚴謹，而且善于發(fā)現(xiàn)同學們的不足，并能夠及時指出來加以指導。尤其是王俊杰老師，從最開始的論文選題，到接下來的方案制定，每個環(huán)節(jié)都親自陪同同學們完成，同學們從開始的盲目，到后來有了明確的論文設計計劃，都得益于您的耐心指導。再后來，為了防止同學們偷懶，您干脆是對我們逐個定期檢查，不讓任何一個同學掉隊。在整個論文設計過程中，您還經(jīng)?，F(xiàn)場演示，指導同學們操作，幫助我們開拓思維，解決問題，一個老師能做到這一點，如何能不讓同學們覺得你平易近人。另外，也要感謝尹靜老師在論文設計過程中對我的幫助，因為論文格式有很多細節(jié)問題需要注意，一不留心我們就會犯錯誤，是您不厭其煩的為我們反復檢查，才讓我們的論文順利完成。同時，也感謝這段時間以來，各位和我一起做畢業(yè)論文的小伙伴們，感謝你們的鼓勵和幫助。當然，也衷心的感謝我的母校，大學四年看似漫長，但也轉眼即逝，這其中的點點滴滴都讓人不舍。這四年里，雖然您時不時的停停水，斷斷電，或者是有點其他小脾氣，但您還是為我們提供了溫暖的宿舍，良好的學習環(huán)境，和永遠都如家一般的校園。最后，在這即將畢業(yè)之際，衷心的祝愿我所有的授業(yè)恩師和共同學習進步的同學，以及親愛的母校！2015 年 5 月鄭慶春 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）20參考文獻[1] 童詩白，華成英。模擬電子技術基礎（第三版）。北京高等教育出版社，2001 [2] 謝嘉奎，宣月清，馮軍。電子線路線性部分（第四版）。北京高等教育出版社，2004 [3] 郁有文.傳感器原理及工程應用,西安電子科技大學出版社，2001.[4] 嚴鐘豪.非電量電測技術.北京,機械工業(yè)出版社，2001.[5] 周樂挺.著傳感器與檢測技術.北京,機械工業(yè)出版社，2005.[6] 范晶彥.傳感器與檢測技術應用.北京,機械工業(yè)出版社，2005.[7] 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