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1、 机械与车辆学院单片机原理及接口技术课程设计设计报告（2011-2012学年第一学期）设计题目：水塔水位控制系统 姓 名： 学 号： 班 级：09机械电子工程3班指导老师：设计时间：2011年11月28日2011年12月16日目录一、课程设计的目的2二、课程设计用的仪器和器件2三、课程设计的具体内容23.1、总体报告 33.1.1、水塔水位控制原理33.1.2、水塔水位状态信号表33.2、硬件设计 43.2.1、用Protel软件画硬件原理图43.2.2、画最小系统43.2.3、设计水塔水位感应器43.2.4、设计一个单片机至水泵的控制电路433、软件流程和程序 53.3.1、软件的使用流程5
2、3.3.2、程序的编写63.4、调试过程及结果分析 8 3.4.1、调试的过程 83.4.2、结果分析 9四、课程设计的体会和发生的问题 9 4.1、课程设计的心得体会94.2、课程设计发生的问题10五、参考文献11六、致 谢12一、课程设计的目的课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过单片机原理与接口技术课程设计的实习，让我们提高理论联系实际及动手操作的能力，本次实习所选题目水塔水位控制紧密结合，我们所学的单片机应用技术（C语言版）所学的主要内容，加深巩固所学知识，同时对所学内容进行了一定的深度
3、和广度的扩展，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过本次的课程设计让我们掌握Protel软件的画硬件原理图和Keil C软件的编程，初步了解电路设计、安装、调试等一系列环节的实施过程，提高我们对单片机应用系统的设计能力。二、课程设计用的仪器和器件1、塑料桶一个(25-30cm)2、塑料尺30cm 一个3、微型水泵 一个4、塑料管2米 5、光电耦合器4N25 一个6、12V微型继电器 一个 7、电路板（4*4cm）一块8、薄铜片2cm*10cm 一块9、直流稳压电源一台、PC机一台、仿真仪一台。 10、其它：导线2米、二极管一个、PNP三极管一个、4.7K电阻2个、300电阻2个。11、电烙铁、焊
4、锡、钳子、剪刀若干（各组共用）。三、课程设计的具体内容3.1、总体报告 了解水塔水位控制系统的工作原理，利用protel绘制硬件原理图和单片机的最小系统。确认原理图无误后开始按照原理图焊接电路板，焊接完毕后用万用电表对电路板的个焊接点进行调试，看各元件是否能正常工作和接线是否有错误。利用keil C编写程序，然后把水位传感装置连接电路板，电路板连接单片机，把程序录入单片机后进行调试，看是否能达到预期的目的。3.11、水塔水位控制原理 水塔水位控制原理图见图3-1-1，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限
5、，A接+5V，B、C接地。在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低水泵供水。图3-1-1 水塔水
6、位检测原理图3.1.2、水塔水位信号状态表两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表3-1-2所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。C(P1.1)B(P1.0)操作00电机运转01维持原状10故障报警11电机停转表3-1-2 水塔水位信号状态表3.2、硬件设计3.2.1、用Protel软件画硬件电路图。（如图3-2-1所示）掌握Protel软件的使用。3.2.2、单片机最小控制系统.（如图3-2-2所示）用80C51设计一个最小系统，其中P1.0接水位下限传感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2
7、输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。3.2.3、设计一个水塔水位传感器其中A电极置于水位10cm处，接5V电源的正极；B电极置于水位15cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.0口；C电极置于水位20cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.1口。3.2.4、设计一个单片机至水泵的控制电路单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。 图3-2-1硬件原理图 图3-2-2 最小系统3.3、软件流程和程序
8、3.3.1 、软件的使用流程图（如图3-3-1所示）P1.0=0？P1.1=1？P1.1=0？初始化延时1s延时0.2s，蜂鸣器报警启动报警 CPL P1.4 P1.3=1停机 P1.2=1停机 P1.2=1开始NYYNNY图3-3-1流程图3.3.2 、水塔水位控制系统的程序编写#include#define uchar unsigned char sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;sbit P1_2=P12;sbit P1_3=P13;sbit P1_4=P14;void delay1s();void delay20ms();void mian()P1=0xf4; /
9、11110100 初始化，接单片机后电机启动。while(1)if(P1_0=0) /B点水位if(P1_1=0) /C点水位P1_2=0; / 水位在BC之下，电机启动 ，抽水。delay1s();else /P1.0=0 P1.1=1 /水位到达C点 电机停机。P1_2=1;P1_4=0; /原理图改接地P1_3=1;delay20ms(); /报警 else /P1.0=1if(P1_1=1)P1_2=1; /停机delay1s();else delay1s();void delay1s()/1S延迟函数 uchar i;TMOD=0x00; /T1工作方式0for(i=0;i0xc8;
10、i+) /设置200次循环函数 TH1=0x63; /设置定时计数器初值 设置为5msTL1=0x18;TR1=1; /启动T1while(!TF1); /查询计数是否溢出，即5ms定时时间到，TF1=1TF1=0; /5ms定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零void delay20ms() /20mS延迟函数TMOD=0x01; /T0工作方式1TH0=(65536-20000)/256; /赋初值 设置为20mS。 10位。TH1=(65536-20000)%256; TR0=1; /启动T0while(!TF0); /查询计数是否溢出，即5ms定时时间到，TF0=1TF0=0; /
11、20ms定时时间到，将定时器溢出标志位TF0清零 3.4、调试过程及结果分析3.4.1、调试的过程首先用万用电表测试电路板是否导通，因为对二极管和继电器不太了解，加之自己的疏忽，导致焊接错了方向，而使电机不会启动。然后请教了老师和同学，最后还是调试成功了电路板。接着就是用Keil C软件对程序进行编程无误后，把程序写入单片机。因为单片机的知识不牢固，导致程序一直修改了好多次，最后用导线把电路板，单片机和水泵连接好，经过多次调试水泵才成功的泵水和抽水。3.4.2、结果分析通过我们全部6组员的共同努力，分工合作，经过一系列的调试电路板和程序的修改，最终得到调试结果为泵水时：当水位未达到水位下限检测
12、位时，电机开始运转泵水；当水位上升达到水位下限，但还没到水位上限检测位时，电机保持运转状态；当水位达到水位上限时，电机停止运转；抽水时：当水位下降到水位上限，但没下降到水位下限检测位时，电机保持之前的状态，即停转；当水位下降到水位下限检测位时，电机开始运转，重复泵水时的过程。四、课程设计的体会和发生的问题41、课程设计的心得体会为期两周的单片机课程设计结束了，让我真是受益匪浅，在这次实习中我学到了很多单片机的知识。通过本次的课程设计，我对Protel软件画电路图及Keil C软件的编程有了进一步的掌握和运用，锡焊焊接技术也有了一定的的提高。此次实习是硬件与软件相结合的一次很好的理论联系实际的学
13、习机会，由一个组5个同学，共同完成课程设计的调试。由于之前的单片机实验都是使用Protues软件仿真的，所以对Protel软件的使用不是很熟练。然而通过这次实验，对单片机的实际操作，让我明白的软件的仿真和硬件的实际运行有着很大的区别，有些在软件仿真成功的程序，在硬件中未必能正常运行。另一方面，这次焊接的电路板并不是印制电路板，元件的接线和元件的方向判断也需要自己去测试，在焊接过程中我曾经因为元件的方向判断错误而导致电路板不能工作，后来通过上网查询元件的型号和询问老师，才能解决问题。 通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识
14、与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际，避免称为只会纸上谈兵的赵括。42、课程设计过程中发生的问题 第一，在焊接的过程中，由于电路板两点之间的焊点很接近，所以遇到接线困难的问题，往往在焊接电路连接线的时候，电线总是很难固定在一个位置，即使固定好，熔焊锡的过程总是一塌糊涂，后来发现我先把元件焊固定后再接线
15、，其困难度更高，因此在以后的焊接线的过程中，元件和电线插进插孔中后再一起焊接，这样相对来说更容易，而且电线的固定更好。第二，编写程序的过程中，因为这学期单片机的课没有学太好，加之之前大一时对C语言没有重视，导致在写程序的时候不懂，修改了很多次。要通过看单片机的的书和请教同学，程序才完全写好，而且对每一步都有注释，以免下次忘记了。第三，把程序写入单片机内，连接微型水泵，电路板和单片机的过程中。一开始，由于电脑的问题，一直写不入程序到单片机里。接着由于感应器的接触不良，导致水泵不能按程序工作。然后我们分工合作，把哪直尺感应器重新撕开胶布，再连接导线。经过全组员的共同努力，水泵终于能按要求抽水和泵水
16、了。最后，在答辩的时候，由于没准备充分和对各器件的性能没有很好的掌握，导致指导老师问了光耦有什么作用都不知道。课程设计虽然结束了，但在以后的学习和工作中，我还是会像这次实习一样认真，严谨的做好每一件小事。参考文献1 王静霞 .单片机应用技术（C语言版） M . 北京：电子工业出版社,2009.52 李朝青 .单片机原理及接口技术 M .北京: 北京航空航天大学出版社，20063 李军 李赋海. 检测技术及仪表 M . 北京:中国轻工业出版社，20094 童诗白 华成英 .模拟电子技术 M . 北京: 高等教育出版社，20055 李兰友 .单片机开发应用十例 M . 北京: 电子工业出版社 ，1
17、994.2致谢 本次单片机原理及接口技术课程设计实习的成功，首先要感谢学校和机械与车俩学院为我们大三的机械电子工程的准毕业生，提供了一次很好的课程联系实际和自己动手操作的实习机会，也提供给我们绝佳的实验室和实习工具来完成这次的单片机课程设计的实习。让我对电路设计、安装、调试等一系列环节的实施有了初步的掌握，提高了对单片机应用系统的设计能力。为我以后学习机械电子工程专业的知识从事相关的单片机工作积累了宝贵的实践操作经验。其次要感谢这次实习的指导老师赵亭老师，从电子实习到现在的单片机课程设计，不管是焊接，或者调试，赵老师一直都是认真负责的教学态度，诚恳的为人以及耐心的指导，帮助我完成这次的实习。在此，我向我的指导老师致以诚挚的谢意和深深的敬意。最后要感谢我们的组员刘树波，覃德荣，曾兆基和谢朝俊同学们的帮助，在调试过程中，他们热心的指导和耐心的为我解答问题，都为这次实习的成功提供了很大的帮助。通过这次实习培养了我们的团队合作，共同进步和勇于创新的精神。
