智能水塔水位控制器毕业设计论文.doc
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1、智能水塔水位控制器目 录第一章 前言 2 第二章 功能说明,结合功能框图 3第三章 使用操作说明 5第四章 原理图分析主要部分工作原理 7第五章 PCB板制作 9第六章 主要芯片资料应用说明 11第七章 程序框图及说明 15第八章 调试数据记录表及调试故障现象及其解决方法 16第九章 心得体会 20第十章 致谢 22第十一章 参考文献 23第十二章 附录(源程序) 24第一章 前 言目前我国水资源已经相当的匮乏,如何节约用水也成为了电子爱好者设计制作的焦点。现有的二级供水方式,既先用水泵从水井中抽到蓄水池中供用户使用,要求蓄水池的水位必须保持一定的高度,还需要防止水的溢出。可是现在市售的都是传
2、统的水位控制器,多以浮球式、触点式为主,可靠性不好,有着无法改进的致命缺点,如:无水位显示,无电机保护,可靠性不高,控制精度改进度不大,寿命不长相对于机械式水位控制器,电子式的水位控制器有着无可比拟的优点:添加水位显示电路、电机保护电路、强制性手动开、关机电路可以达到水位显示、简单的电机保护、水位自动控制,控制精度是传统机械式水位控制器的几何倍。本控制器采用了高效率、高稳定性、低功耗的ATMEL80s51单片机,具有水位状态显示、抽水时间显示、并有故障检测功能。集高效、高精度、高稳定性、低功耗、高性价比、良好的人机交流界面、操作简便、显示直观以及低功耗等功能于一体的智能水塔水位控制器无疑将会家
3、用水位控制器极具竞争力的一匹黑马。第二章 功能说明,结合功能框图数码管显示 状态指示灯 按键 控制部分潜水泵 报警装置 水位开关 结构方框图(-)本产品控制部分采用低电压,高性能CMOS8位微处理器ATMEL的AT89S51,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,功能十分强大并且价格低廉。水位开关采用三组带环行磁铁的密封在水管中的干簧管,磁铁在水的浮力作用下吸合干簧管而使之导通,灵敏度很高。工作电压: 220V 10%消耗功率: 0.1W(待机) 2W(工作)控制输出功率:6.6K
4、W水位控制精度: 5cm短期使用环境温度: 4075度短期使用环境湿度: 5%95%稳定使用环境温度: 20度50度长期使用环境湿度: 35%80%误 差 : 1%2.1 各部分的设计:2.1.1 水位开关的设计: 三个水位开关由三个钢簧管组成。分别安装在水塔的高,中,低部位。最高是停止抽水,最低是启动抽水,中间是起时间报警保护水泵作用。2.1.2 潜水泵的选择: 水泵为单相水泵。潜水泵安装在水源内部。2.1.3 设计按键部分:复位按键,维护按键,模式按键,功能按键,电源开关。 复位按键设计在内部。维护按键,模式按键,功能按键,电源开关按键都安装在外部。 2.1.4 数码管显示设计: 抽水时间
5、和次数,由一个四位数码管显示2.1.5 报警器的设计: 以低电平触发。当电机出现空转,欠压,失压,水源缺水以及系统电路出现故障时,进行自动报警并且自动控制电机停止运转。2.1.6 状态指示灯设计: 当红、黄、绿三灯同时亮起时显示水位已满,红灯闪烁表示高水位警告显示,红灯亮表示高水位正常显示,黄灯亮表示中水位显示,绿灯亮表示低水位正常显示,绿灯闪烁表示低水位警告,红黄绿三灯同时闪烁表示水源缺水报警。2.1.7 控 制 部 分: 按下电源开关后,本产品开始自动检测,若无故障则开始工作,检测水塔内的水位,若水位过低则绿灯闪烁,自动启动水泵开始抽水直到水满,数码管开始显示抽水时间,水位过中间时黄灯会亮
6、,当水抽满时三盏等全亮;如果水位正常则本产品进入待机状态。第三章 使用操作说明3.1 产品操作简介:三盏灯常亮高水位警告红灯闪烁水满红灯常亮高水位正常黄灯常亮中水位显示绿灯常亮低水位正常绿灯闪烁低水位警告三灯闪烁水源缺水报警 指示灯功能表(一)本产品为智能化水位自动控制器,接同电源后无须任何操作即可自动工作。如有必要也可通过按键在任何正常工作情况下强制开启停止水泵。产品面板上有三个按键,左边一个红色带锁的维护键,中间一个绿色点触式模式键、和右边一个绿色点触式按键,内部还有一个复位按键,按下复位键则恢复默认设置。四个数码管分别显示和记录抽水次数、时间。当红、黄、绿三灯同时亮起时显示水位已满,红灯
7、闪烁表示高水位警告显示,红灯亮表示高水位正常显示,黄灯亮表示中水位显示,绿灯亮表示低水位正常显示,绿灯闪烁表示低水位警告,红黄绿三灯同时闪烁表示水源缺水报警。 操作规程:按下电源开关后,本产品开始自动检测,若无故障则开始工作,检测水塔内的水位,若水位过低则绿灯闪烁,自动启动水泵开始抽水直到水满,数码管开始显示抽水时间,水位过中间时黄灯会亮,当水抽满时三盏等全亮;如果水位正常则本产品进入待机状态。 用水时,数码管全部显示横杠,三盏指示灯显示相应的水位,灯的显示情况与水位状况如下所示:本产品的水位为自动控制,在水位过低时可自动抽水,水满则自动停机。若想进入手动状态,在抽水状态下按下红色维护键,再按
8、下功能键就停止抽水,再按一次则再次启动水泵抽水;在待机状态下按下红色维护键,再按一次功能键就启动水泵抽水,再按一次则停止抽水。注意:在水已经满了的时候,按启动键无效,不能手动启动水泵。在不抽水的用水期按下维护键,数码管显示00-00,可通过功能键可以翻阅以前的抽水次数和时间。当出现了一些程序错误不能正常工作的时候,按下内部的复位键则可以解决大部分的问题。按下复位键的同时再按下模式跟功能按键1S以上则清除所有数据,恢复出厂状态。第四章 原理图分析主要部分工作原理 4.1 电源部分采用了常用的三端稳压电路。通过变压器将220v的市电降成12v的交流电,经过D1D4桥堆和2200UF电容进行整流、滤
9、波,通过0.1uf电容滤出高次谐波,得到了波形叫平稳的13.2v左右的直流电,通过7812后得到了非常平稳的12v直流电;再经过一次相同的稳压过程得到了纹波系数更小的5v直流电。整个电路的输出功率也完全可以达到本厂品的需求。 原理图(-)4.2 主面板: 主要是由TA89S51、24C04存储芯片和一些外围电路构成主要由小电流控制大电流。由三个水位开关分别装在水塔的“上,中,下”三个水位。当水塔水位在底水位时,底水位传感器信号输入给TA89S51 P2.5-P2.7,然后TA89S51通过P3.7控制光耦来控制水泵抽水,直到水塔抽满,水泵才停.在抽水的过程中4位数码管显抽水时间,和的抽水的次数
10、.4.3 TA89S51各引脚所对应外电路如下:P0.0P0.7数码管驱动P1.0P1.2按键控制输入端P1.3P1.5指示灯输出端P1.6P1.7接24C204第5、6脚P2.0P2.4数码管位选信号输出P2.5P2.7传感器信号输入P3.7接光耦第2脚4.4 24C04各引脚功能:第1、2、3、4、7脚接地第8脚接电源4.5 光耦各引脚功能:第1脚5v电源第2脚P3.7第3脚悬空第4脚三极管Q5基极第5脚12v电源第6脚悬空第五章 PCB板制作5.1 主面板PCB: 5.2 控制与显示PCB:5.3 电源部分:5.5 电路板的选用: 选用环氧树脂板, 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,同箔的附
11、着强度与工作温度高,可以在260度的焊锡熔中不起泡。也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。不同的材料有不同的特点,由调试中可能多次更换元件,所以要考虑到铜箔的粘合力。5.6 布线注意事项:布线的好环直接影响着放大器的性能,不好的线路板,会使信号产生歧变,产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等,为了尽避免上述影响,线路板在线出尽量做到:5.6.1 接照信号的传输路径由小到大的顺序在电路板上合路的布置各各元器的位置,尽量缩短各元器件之间的距离,以减少外部干扰的引入和不必要的干扰。5.6.2 在供电线路中,大电流通过的路径应尽量度设计得实一些,以降低电源内阻,使电流能顺利通过。5.6.3 在供电线路中,应尽量避
12、免大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间或附近,以免造成对小电流的干扰。5.6.4 走线时,应尽量走大于90度直角的线以防止产生尖峰脉冲造成干扰。5.6.5 在设计电线时,尽量使星型供电方式,而且地的低尽量离滤波电的地端近。,5.6.6 大功率元件与小功率元件尽量分开布线。第六章 主要芯片资料应用说明6.1 AT89S51单片机:ATMEL公司生产的AT89S51单片机是采用高性能的表态8051设计,由先进工艺制造,并带有非易性FLADSH程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片,市场应用多。主要性能特点有: l 8KB FLASH ROM,可以擦除1000次以上,数
13、据保存10年。 l 256字节内部RAM。 l 电源控制模式时钟可停止和恢复;空闲模式;掉电模式。 l 5个中断源。 l 2个中断优先级。 l 4个8位I/O口。 l 全双工增强型UART。 l 2个16位定时/计数器,T0、T1(标准80C51) l全静态工作方式:024MHz。6.2 8051单片机的简介:MCS-51单片机是Intel公司在1980年继MCS-48系列8位单片机之后推出的高档8位单片机。MCS-51单片机在性能和片内功能方面大大优于MCS-48系列单片机。MCS-51的典列产品有:8031、8051、8751。8051内部有4KBROM,8751内部有4KBEPROM,8
14、031片内无ROM;除此之外,三者的内部结构完全相同。在此主要介绍8051单片机。8051单片机内部由CPU、4KBROM、256B有RAM、两个16位的定时/计数器T0和T1,4个8位的I/O端口P0、P1、P2、P3、串行口等组成。其内部原理框图如下:芯片内部结构图(-)6.2.1 8位CPU由运算器、指令寄存器、定时和控制电路、振荡器等电路组成。为整个单片机芯片提供控制逻辑时序信号,并完成各类算术、逻辑运算。6.2.2 存储器电路:由4K字节的ROM或EPROM,以及程序地址寄存器等组成程序存储器电路。用来存放程序。若内部存储器容量不足,可扩展外部存储器,程序存储器最大容量可达64K字节
15、。由128个字节的RAM及RAM地址寄存器等组成数据存储器电路,用以存放用户数据。也可扩展外部数据存储器,外扩最大容量可达64K字节。还有20几个特殊功能寄存器(SFR)。包括累加器ACC、B寄存器、数据指针DPTR等,用以临时存放中间运算结果或一些特殊用途等。6.2.2 输入、输出接口电路P0、P1、P2、P3口的锁存器、驱动器及串行口控制等组成并行/串行接口电路,完成片机与外部设备之间的数据交换。两个16位定时/计数电路构成定时器/计数器接口。中断电路为5个中断源提供中断逻辑控制信号。AT89S51工作极限参数:工作温度 储藏温度 任一脚对地电压 1.0V to +7.0V最高工作电压 6
16、.6直流输出电流 25.0mA6.3 引脚说明:8051单片机的外形结构为40条引脚双列直插式封装,其引脚排列如图:引脚说明图(-)6.3.1 主电源引脚Uss(20脚):电路地电平。Ucc(40脚):正常运行和编程校验时为+5V电源。6.3.2 外接晶振或外部振荡器引脚XTAL1和XTAL2:接外部晶振电路。当采用外部振荡电路时,XTAL1应当接地,XTAL2接外部振荡信号的输入。6.3.3 制引脚RST/Upd:RST是复位信号输入端。Upd为备用电源输入端,即Ucc掉电时,由此引脚提供备用电源,以保持内部RAM的信息。ALE/PROG:ALE是地址锁存允许信号。PROG为编程脉冲输入端,
17、即当选用8751单片机时,对片内程序存储器进行编程时,由此引脚输入编程脉冲。PSEN:访问外部程序存储器选通信号,低电平有效。Upp/EA:EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。为1时,访问内部程序存储器;当程序计数器PC超过片内程序存储器地址时,将自动转向外部程序存储器继续运行。为0时,则只能访问外部程序存储器。6.3.4 输入/输出口引脚P0口(3239):8位漏极开路双向并行I/O端口。当访问外部存储器时,它是复用的地址和数据总路线;外部不扩展只做单片使用时,用做双向I/O口;在进行片内部程序校验期间,作指令代码输出,负载能力为8个LSTTL。P1口(18):8位准双向并行I/O端口,
18、在片内程序校验期间,作低8位地址用。负载能力为4个LSTTL。P2口(2128):8位准双向并行I/O端口。当访问外部存储器时做高8位地址用;不做外部扩展时,则做为准双向I/O口使用;在片内程序校验时作高8位地址线负载能力为4个LSTTL。第七章 程序框图及说明开始调用函数库初始化源程序水位、按键扫描状态扫描数码管显示指示灯状态24C04读写操作启停加水时间计时蜂鸣器报警电机运行监控 程序流程图(-)程序清单详见附录第八章 调试数据记录表及调试故障现象及解决方法8.1 硬件调试: (一)、首先我们将硬件分为五个小模块(电源模块、主面板模块、显示模块、按键和指示灯模块、传感器部件)进行腐蚀并焊接
19、好元件,将各个模块都进行测试。8.1.1 电源模块:说明:因为我们的继电器需要12V进行驱动,所以在此我们所选用的变压器为220V12V交流变压器,整流元件选用7812跟7805稳压管。调试:它的输出电压就得到了我们所需要的12V、5V、GND电源。焊接好元件后,接好变压器,发现电源的指示灯不亮,用手触摸7812与7805稳压管,发现7812与7805稳压管严重发热,用万用表测量输出电压,发现12V、5V于GND的电压都为0.36V。立即取下变压器。将电路进行检测,在此我就对元件的引脚分别加以测试,看其是否短接。经过测试发现7812稳压管的散热片与电容的接地脚短接,7805稳压管的散热骗与电阻
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