1、 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: 二一三年十二月五日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名 学号 班级 专业设计题目 水塔水位自动控制电路设计指导教师姓名 职 称 工作单位及所从事专业 联系方式备注设计内容：1.当水位达到最低水位时自动上水。2.当水位达到最高水位时自动上停止水。3.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。4.完成 EWB 对电路进行仿真和制作实物 5.撰写设计报告。5.撰写设计报告。进度安排：1.34 周：消化课题，收集相关资料，
2、选择参考方案；2.56 周：初步确定设计方案并熟悉部分器件的用途；3.79 周：划分功能模块，设计单元电路；4.1011 周：分析电路原理，基本完成设计过程，撰写设计说明书初稿；5.1213 周：修改、完善设计电路，进行电路仿真；6.1415 周：按毕业设计的各项要求整理设计说明书并修改、完善，检查定稿；7.16 周：熟悉设计全过程，准备答辩。主要参考文献、资料：1高吉祥电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2002 年2彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，1997 年3 张毅坤、陈善久、裘雪红. 单片微型计算机原理机及应用. 1998 年第一版.西安：西安电子科技大学出
3、版社. 1998.84 谭浩强. C 程序设计. 第 2 版. 北京：清华大学出版社. 2005.65 田立，代方震. 51 单片机 C 语言程序设计快速入门. 北京：电子工业出版社.2007 审批意见 教研室负责人：年 月 日四川信息职业技术学院毕业设计说明书I目 录摘 要 .1绪 论 .2第 1 章 方案论证与分析 .31.1 系统功能要求 .31.2 整体方案 .31.2.1 方案比较与论证 .31.2.2 方案论证 .5第 2 章 硬件设计与分析 .62.1 单片机最小系统 .62.1.1 芯片介绍 .62.1.2 单片机时钟电路设计 .82.1.3 单片机复位电路设计 .92.2 超
4、声波测水位电路 .102.3 指示电路 .112.3.1 显示电路 .112.4 报警电路 .122.5 交流接触器工作原理 .122.6 整机电路工作原理 .13第 3 章 软件设计 .143.1 主程序流程图 .143.2 中断流程图 .14第 4 章 系统仿真与调试 .164.1 常用调试工具 .164.1.1 Keil 软件 .164.1.2 Proteus 软件 .16四川信息职业技术学院毕业设计说明书II4.2 系统调试 .17第 5 章 实物制作与调试 .185.1 PCB 板的制作 .185.2 元件的装配 .195.3 调试与性能检测 .20参考文献 .22附录 1 整机电路
5、原理图 .23附录 2 源程序 .24附录 3 元器件清单 .27四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 1 页 共 27 页摘 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
6、声波检测；水位控制四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 2 页 共 27 页绪 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
7、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。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 3 页 共 27 页第 1 章 方案
8、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
9、（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。555 定时器 水位指示水塔水位控制 水塔供水驱动图 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
10、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，电源电四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 4 页 共 27 页压通过水电阻与 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
11、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：单片机时钟电路复位电路超声波测距 接触器电路报警电路数码管显示图 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
12、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。接触器电路报警电路数码管显示超声波测距复位电路时钟电路单片机四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 5 页 共 27 页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。
