四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计(论文)题目:________________________ 水塔水位自动控制电路设计专业: 应用电子技术班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十二月五日目录摘要 (1)绪论 (2)第1章方案论证与分析 (3)1.1系统功能要求 (3)1.2整体方案 (3)1.2.1方案比较与论证 (3)1.2.2方案论证 (5)第2章硬件设计与分析 (6)2.1单片机最小系统 (6)2.1.1芯片介绍 (6)2.1.2单片机时钟电路设计 (8)2.1.3单片机复位电路设计 (9)2.2超声波测水位电路 (10)2.3指示电路 (11)2.3.1显示电路 (11)2.4报警电路 (12)2.5交流接触器工作原理 (12)2.6整机电路工作原理 (13)第3章软件设计 (14)3.1主程序流程图 (14)3.2中断流程图 (14)第4章系统仿真与调试 (16)4.1常用调试工具 (16)4.1.1Keil 软件 (16)4.1.2Proteus软件 (16)4.2系统调试 (17)第5章实物制作与调试 (18)5.1PCB板的制作 (18)5.2元件的装配 (19)5.3调试与性能检测 (20)参考文献 (22)附录1 整机电路原理图 (23)附录2 源程序 (24)附录3 元器件清单 (27)摘要采用低功耗单片机为控制核心、辅以超声波水位状态采集模块、二极管指示模块、电源供电模块、扬声器报警模块设计的自动水塔水位控制系统，通过一只中间继电器来接通大功率的交流接触器，控制水泵的运行成功实现水塔水位控制功能，它具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高等特点，是一种经济、实用的自动水塔水位控制系统。

硬件部分主要由单片机指示灯、继电器、蜂鸣器等基本外围电子电路组成。

它设计的优点是当水位达到一定的位置时报警器开始报警。

因此在生活实践应用中具有一定的价值。

关键字超声波检测；水位控制绪论在我国尤其是人口高度密集的企业单位和学校，有90%以上是采用传统的抽水方法，用人工监控但是这种方法不仅浪费。

人力资源且工作不方便而且，近几年来，随着农村饮水工程的。

启动和乡村集镇化建设的发展，深井取水成为解决饮用水的主要方法如果采用人工监控抽水，不但浪费人力资源，而且还容。

易发生干抽现象，而且水塔的水用完了还不知道，有时则抽满溢出来，浪费水资源和能源为了提高效率，节约资源，我们就如何实现智能抽水，采用单片机系统进行控制，给出了硬件电路和程序思路。

其中运用比较多的主要在大众生活方面，以单片机为控制中心的智能小系统。

在本设计中，我们采用了单片机控制多模块设计，便于检查和维修。

该设计的基本原理为以51 单片机作为控制元，由软件系统和硬件系统两部分组成。

可靠性：系统应保证长期安全地运行。

系统中的硬软件及信息资源应满足可靠性设计要求。

安全性：系统应具有必要的安全保护和保密措施。

实用性：注重采用经济而实用的技术，使系统建设的投入产出比最高，能产生良好的社会效益和经济效益。

易操作性：贯彻面向最终用户的原则，使用户操作简单直观，易于掌握。

广泛性：现在大多数企业以及农户为了节约成本都应用此种水塔控制，它的优越性被越来越多的人们所接受、使用。

第1章方案论证与分析1.1系统功能要求设计方案采用单片机作为核心部件，并配以时钟电路、复位电路、报警电路、通过扩展外围设备及接口电路完成整个控制系统对电机的控制。

成功实现水塔水位显示功能，自动控制电机进行补水功能，从而达到设计要求。

1.2整体方案1.2.1方案比较与论证1．基于数字电路实现的电路方案本设计电路专门用于自来水塔水位的控制。

当水位低于最低水位时，自动将供水泵启动上水；当水位到达最高水位是，自动停住上水，不用人工控制。

该电路的特点是通过一只中间继电器来接通大功率的交流接触器，控制上水水泵电动机的启动。

这是由于555电路输出功率较小，不能驱动大功率的交流接触器它。

电路工作原理：电路中如图（1-1），NE555组成R-S触发器，作为主控电路。

R1、R3与R4组成输入端分压偏置电路，它将R-S触发器的R端与S端分别偏置在既不大于2V/3，也不小于V/3的中间状态。

当水塔中的水位处于满水时，电源电极A通过水电阻与B、C电极相连，使R-S触发器的R、S端均为高电平，R-S触发器输出端为低电平，继电器K通过吸合，通过常闭触点将交流接触K2的电源断开，上水水泵处于停歇状态。

图1-1数电设计电路原理图在上水过程中，当水位上升使电极A、B接触后，通过水电阻与R2将电源电压加至定时器的2脚，使R-S触发器的S端出现高电平，但这一高电平对电路不起触发作用。

电路保持原状态，上水过程继续。

当水位进一步上升使电极AC连通后，电源电压通过水电阻与R1加至6脚，是R-S触发器的R端出现高电平。

这一高电平作为R-S触发器的复位电平，使电路复位，输出端输出低电平，继电器K通电吸合，通过常闭触点K1-1将交流电接触器的电源断开，接触器断开水泵工作电源，上水停止。

2．基于单片机电路实现的电路方案本设计方案采用内部含Flash存储器的单片机作为核心部件，并配以时钟电路、复位电路、显示电路、报警电路、超声波测距模块，通过扩展外围设备及接口电路完成整个控制系统对电机的控制．电机的控制有串行和并行两种方式，本系统采用串行控制，驱动系统中通过单片机输出控制信号，实现电机不同的控制。

基于单片机实现的电路方案方框图如图1-2所示：图1-2单片机设计电路原理框图各模块的功能如下：时钟电路：单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

复位电路：用于系统的正常初始化，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。

超声波水位控制及显示电路：用于控制水位的上升，同时显示水位，当水位超过警卫线时显示灯就会亮。

交流接触器电路：控制大功率水泵进行抽水工作。

报警电路：超过警卫线时，再加水就会实施报警，提醒人们无需再加水。

稳压滤波电源电路：主要是为给系统提供安全、稳定的电源电路。

1.2.2方案论证以单片机为主体配以超声波测距模块，精确测出水位容量，且不会影响水质。

电路具有高可靠性、功能强、高速度、超强抗干扰、低功耗、便于操作等优点，高可靠性、功能强、高速度。

在系统中，应用超声波模块可以测出水位的高度和水即满的位置，在单片机的控制下，让超声波功能最大化。

一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件，所以本次设计我们选用了以单片机为中心的设计，此方案的灵活性明显要高于数字电路构成的系统，即本次设计选择基于单片机电路实现的电路方案。

第2章硬件设计与分析水塔自动供水系统由单片机最小系统、液位控制电路、水位指示电路、报警电路、交流接触器电路和稳压电源等组成，水塔自动供水系统电路原理图见附录1所示。

2.1单片机最小系统电路最小系统由AT89C51单片机、时钟电路、复位电路组成，它是电路工作的最基本的单元电路，任何单片机基于单片机的设计系统都离不开它。

2.1.1芯片介绍单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。

中央处理器：中央处理器（CPU）是整个单片机的控制核心部件，完成运算和控制功能。

CPU有运算器和控制器组成。

它是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

内部数据存储器（RAM）：单片机内部共有256个RAM单元，其中有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

内部程序存储器（ROM）：单片机共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

定时/计数器：单片机有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

并行输入输出(I/O)口共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

全双工串行口：单片机内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

中断系统：单片机具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

时钟电路：单片机内置最高频率达12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但单片机需外置振荡电容。

单片机的引脚说明：单片机采用40Pin 封装的双列直接DIP 结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3口线复用。

其引脚排列如图2-1。

图2-1 单片机引脚图 控制引脚介绍： 1．ALE:系统扩展时，P0口是八位数据线和低八位地址先复用引脚，ALE 用于把P0口输出的低八位地址锁存起来，以实现低八位地址和数据的隔离。

2．PSEN ；低电平有效时，可实现对外部ROM 单元的读操作。

3．EA:当EA 信号为低电平时，对ROM 的读操作限制在外部程序存储器；而挡EA 为高电平时，对ROM 的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部单片机程序存储器。

4．RST:当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

5．XTAL和1XTAL2：外接晶振引线端。

并行I/O端口介绍：P0端口［P0.0-P0.7］P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。

作为输出口时能驱动8个TTL。

P1端口［P1.0－P1.7］P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。

输出时可驱动4个TTL。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

P2端口［P2.0－P2.7］P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。

输出时可驱动4个TTL。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

对内部Flash 程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。

在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。

而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

P3端口［P3.0－P3.7］P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。