1、毕 业 设 计 （ 论 文 ）吉林工业职业技术学院Jilin Vocational College of Industry and Technology论文名称 四路水位控制器姓 名学 号系(分院)专 业 生产过程自动化技术班 级指导教师 （姓名及职称）企业指导教师毕业论文声明本人郑重声明：毕业论文及毕业设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成，尽我所知，在完成论文时利用的一切资料均已在参考文献中列出。若有不实之处，一切后果均由本人承担（包括接受毕业论文成绩不及格，不能按时获得毕业证书等） ，与毕业论文指导老师无关。论文题目：专业班级：作者签名：日 期：论文题目、专业班级、作者签名、日期要求
2、打印完必须手写I目 录毕业论文声明 .I目 录 .II摘 要 .III1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 课题意义 .12 51 单片机基础 .22.1 STC89C 系列单片机概述 .32.2 STC89C51 硬件资源 .32.3 STC89C51 的引脚说明 .53 硬件电路设计 .73.1 硬件电路总体设计 .73.2 水位测量电路设计 .73.2.1 水位传感器的设计与原理 .73.2.2 水位传感器工作原理 .103.3 显示电路设计 .103.4 水泵电机控制电路设计 .113.5 电源电路设计 .124 软件设计 .144.1 软件总 体设计 .144.2 水位测量部分
3、软件设计 .144.2.1 水位测量部分软件设计说明 .144.2.2 水位测量部分软件设计 .164.3 显示与水泵控制部分软件设计 .18结 论 .20参考文献 .21致 谢 .22II摘 要本设计简单、方便、成本低，采用的是比较优化的电路设计方案；以单片机 STC89C51 为核心控制水塔水位, 利用简易的水位传感器进行水位信号采集，通过单片机对采集来的信号进行处理后，以便控制水泵工作。该系统操作方便、性能良好，比较符合电厂生产用水系统控制的需要。本文还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。关键词：STC89C51；水位传感器；水位控制四 路 水 位 控 制 器
4、01 绪论1.1 课题背景目前，水位控制在日常生活及工业领域（工厂、农场、学校等用水量大的场所）中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测和控制一般是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室，然后主控室再开动电机进行相应的水位控制。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。并且经常会出现在蓄水时，由于工人的疏忽大意，忘记关闭蓄水阀门，大量的水从水塔顶部外流。造成了“水漫金山” ，这样不仅浪费了水力资源，同时也浪费了大量的电能；甚者会造成重大损失。另外在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国
5、际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等国的 4 倍左右，消耗的水是他们的 2 倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的 50%左右,若适当地节约水电 ,可节电 40%左右,即可以节约全国发电量的 1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人 .节电节水,不仅潜力巨大,而且意义深远。因此，研制出一种能自动检测、控制水位的装置有很重大的意义，我所研究的就是这方面的课题。随着科学技术不断的发展，人们的生产水平也随之提高。智能化产品的出现，解决了人们生产、生活当中的许多实
6、际问题。从而减轻了人们的劳动强度和资源浪费。1.2 课题意义本课题的意义在于：（1）通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。（2）掌握单片机的内部模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存储器、I/O 口、串行口通讯等。（3）了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好 基础。四 路 水 位 控 制 器1（4）通过简单课题的设计练习，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。（5）对于水源危机的今天，我们更加注重节约用水，因此，研制开发出四路水位控制器，以解决上述问题，保护我们赖以生存的水源，同时也
7、节省了不必要的人力资源。根据四路水位控制器的原理，也可以应用的其它控制领域当中。水、电资源浪费严重，设备事故隐患多、管理困难，以节能降耗、提高自动化水平为主要目的技术改造方案。2 51 单片机基础随着科技的发展，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑。单片机芯片的体积微小和低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。特别是在自动化控制领域应用最广泛。因此，本次设计采用单片机为控制核心。市场上流通单片机的种类很多，占
8、有率最高的是 MCS51 系列，因为世界上很多知名的 IC 生产厂家都生产 51 兼容的芯片。生产 MCS51 系列单片机的厂家如美国 AMD 公司、ATMEL 公司、INTEL 公司、WINBOND 公司、PHILIPS 公司、ISSI 公司、TEMIC 公司及南韩的 LG 公司、日本 NEC、西门子公司等。到目前为止，MCS51 单片机已有数百个品种，在一般性能上都可以达到本次设计的要求。例如 AT89C51、AT89C52 等都可以用于控制水位，唯一缺点在于不能在线下载，并且，AT 系列单片机编程器价钱比较昂贵。不利于小资本实验。 ，造成了不便的烦恼。STC89 系列单片机是 MCS-5
9、1 系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准 8051 单片机完全兼容，且价钱容易接受。其优点是可以在线下载，下载器也比较容易购买到，方便携带应用。例如 STC89C51，其可以用于控制水位，在功能和性能上要比 AT 系列单片机突出，因此，选择STC89C 系列单片机，作为水位控制器核心。2.1 STC89C 系列单片机概述STC89C51 是深圳宏晶公司生产的四 路 水 位 控 制 器2一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个 8 位的微型处理器 CPU；一个 256K 的片内数据存储器 RAM；片内程序存储器 ROM；四个
10、 8 位并行的 I/O 接口 P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是 12MHZ。STC89C51 单片机采用 40Pin 封装的双列直插 DIP 结构，与 8051 为 pin-to-pin 兼容。STC89 系列单片机高速（最高时钟频率 90MHz)，低功耗，在系统在应用可编程（ISP,IAP)，不占用户资源。主要特性：处理器单元是以 80C51 为核心；工作电压为 3V/5V，操作频率 0-33MHz (STC89LE516
11、AD 最高可达 90MHz); 工作电压为 5V，操作频率 0-40MHZ。大容量内部数据 RAM: IK 字节 RAM; 64/32/16/8kB 片内 Flash 程序存储器，具有再应用可编程（IAP)，再系统可编程（ISP)，可实现远程软件升级，无需编程器；支持 12 时钟（默认）或 6 时钟模式。双 DPTR 数据指针；SPI（串行外围接口）和增强型 UART; PCA（可编程计数器阵列） ，具有 PWM 的捕获比较功能。4 个 8 位 I/O 口，含 3 个高电流 Pl 口，可直接驱动 LED;3 个 16 位定时器计数器；可编程看门狗定时器（WDT);低 EMI 方式（ALE 禁止
12、）;兼容 TTL 和COMS 逻辑电平；掉电检测和低功耗模式等。2.2 STC89C51 硬件资源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。如图 2-1 所示。四 路 水 位 控 制 器3图 2-1 单片机内部结构数据存储器(RAM)单片机内部有 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
13、或用户定义的字型表。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(ROM)：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：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：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
14、择。时钟电路：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，四 路 水 位 控 制 器4但 8051 单片机需外置振荡电容。2.3 STC89C51 的引脚说明STC89C51 采用 DIP40 形式封装，如图 2-2 所示，其特殊管脚说明如下。 图 2-2 单片机引脚图RESET/Vpd 复位信号复用脚，当单片机通电，时钟电路开始工作，在 RESET引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平
15、后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态。 单片机的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 2-3。此外，RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。四 路 水 位 控 制 器5图 2-3 复位、晶振连接示意图Pin3.0:ALE/ 当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，
16、当访问外部程序存储器，ALE 会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。Pin2.9:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由CPU 读入并执行。Pin3.1:EA/Vpp 程序存储器的内外部选通线，单片机内置有 4kB 的程序存储器，当EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。对内部无程序存储器的单片机,EA 端必须接地。
