第一篇：簡化版本 基于單片機的水塔水位控制器設計與制作

基于單片機的水塔水位控制器設計與制作

專業(yè)：電子信息工程 學號：7020907013 姓名：劉以鵬 指導老師：方安安

摘要：水塔水位自動控制器，具有適應各種液體液位的檢測和控制的功能，設計中分析了利弊，考慮了其實用性，提出了我的設計思路：運用AT89C52單片機，設計了一種自動控制電路,該電路可以自動進行液位檢測，使水塔自動補水或排水，真正做到最簡單化，并且該電路易于擴展，可實現(xiàn)更多點的液位檢測。本文闡述了自動化裝置在水塔水位控制系統(tǒng)中的應用，通過分析幾種水塔水位自動控制系統(tǒng)的弊端，提出改進的設計思路，并經(jīng)過硬件設計、調試，完成了水塔水位控制器的設計。關鍵詞：單片機，自動控制系統(tǒng)，水塔水位，液位檢測

Abstract:The water-level automatic controller system is able to adapt to monitor and control any liquid level.Analyzing its advantages and disadvantages and considering its practical, I have put forward my design ideas: Using AT89S52 single chip computer, design a kind of automatic control circuit, what is automatically level detection, making water tower automatic filling water or drainage, that accomplish truly most simplistic.The circuit is easy to expand, and can realize more multi-point level detection.The thesis simply discusses the application research on water tower water level auto control system.It analyzes the limitation on the pre-designation of water tower water level auto control system, and devises the advanced plan.To be proved in the practice, the water tower water level auto control system is compatible for all kinds of liquids, and can throw into the effective production.Keyword: SCM, Auto Control System, Water Level Water Tower, The liquid location to measure 引言

水塔水位智能控制是一個常談常新的話題，早年采用模電技術和繼電控制方法直到現(xiàn)在的PLC控制。前者雖然成本低，但電路復雜、可靠性差，后者能保證可靠性但成本非常昂貴。要學生用單片機的控制方法來實現(xiàn)上述方法的全部優(yōu)點，跨學科，弱電強電相結合來克服他們的缺點，培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新思維能力，要學生精益求精的去完善和擴展所需功能，這樣才能說學好了所學課程。系統(tǒng)硬件方案設計

1.1 設計分析

塔水位控制系統(tǒng)的控制對象為水泵，由水泵的正反轉來實現(xiàn)對水塔的加水和放水，如此可以讓水位控制在正常范圍內。為了能夠控制好水位就必須要有水位檢測電路，水位檢測電路是由傳感器組成，轉化成電信號輸入于控制臺中，再由控制臺邏輯判斷去控制電機的正反轉動。

在水塔內的不同高度處，設置A、B、C三點反映水位的情況，如下圖1所示。其中，C為上限水位，B在上、下限水位之間，A為下限水位(底端靠近水池底部，不能過低，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機帶動水泵供水，隨著供水，水位不斷上升，當水位上升到上限水位時，此時使電機反轉和水泵放水；當水位處于上、下限之間時，電機保持。當水位下降到下限時，此時應啟動電機正轉，帶動水泵給水塔注水。

基于單片機的水塔位控制器，如圖2為電路構架圖。

圖1：水位采樣原理圖

圖2：基于單片機的水塔位控制器

上圖2為水塔水位控制系統(tǒng)組成電路框圖，它由電源電路、液位檢測電路、電機電路、報警電路、時鐘電路、LCD顯示電路和最小系統(tǒng)組成。各部分電路的組成及其用途如下：

液位檢測電路：利用傳感器檢測水位變化，實現(xiàn)由位移轉化成電信號的功能并利用三極管構成放大電路并由發(fā)光二極管將水位狀態(tài)顯示出來。

電機驅動電路：完成控制電機電路以帶動水泵放水與進水。報警電路：實現(xiàn)水位在水少和水滿時發(fā)出報警。時鐘電路：當前時間和日期存儲與提取。

LCD顯示電路：LCD顯示當前水位情況、時間日期和控制模式。最小系統(tǒng)（CPU）：利用單片機作為整個水塔水位控制系統(tǒng)的控制電路。按鍵電路：外部高低電位變化來實現(xiàn)對CPU系統(tǒng)的邏輯控制。電源電路：為所有電路提供直流電源。1.2 電路原理圖

圖3：水塔位控制器之控制臺原理圖

圖4：水塔位控制器之電機驅動電路原理圖 系統(tǒng)軟件方案設計

單片機實際是個小的微型機，除了硬件電路搭接外，還由軟件支持，使電路功能更加強大。軟件部分由主程序、液位檢測子程序、時鐘讀取子程序、電機驅動子程序、PWM子程序、顯示子程序、按鍵掃描子程序以及延時子程序組成。

軟件流程圖： 結束語

經(jīng)調試，該系統(tǒng)能正常工作，滿足設計的所有要求。該設計思路清晰，方法創(chuàng)新，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本實惠等特點。能實現(xiàn)以下功能：

①水塔水位實時取樣；

②水位情況在LCD中顯示和當前控制模式； ③顯示時間：年月日周時分秒；

④時間日期調整、控制模式切換、設計版本查詢； ⑤電機PWM控制實現(xiàn)進水和放水； ⑥水位異常情況報警。

參考文獻（References）

[1] 趙全利、肖興達．單片機原理及應用教程．機械工業(yè)出版社，2008

[2] 田立、田清、代方震．51單片機Ｃ語言程序設計快速入門．人民郵電出版社，2007 [3] 王港元． 電子電工實踐指導（第四版）．江西科學技術出版社，2008 [4] 謝嘉奎．電子線路線性部分（第四版）．高等教育出版社，1999 [5] 林家儒．電子電路基礎(第二版)．北京郵電大學出版社，2006 [6] 邱關源、羅先覺．電路(第五版)．高等教育出版社，2006 [7] 劉啟新．電機與拖動基礎(第二版)．中國電力出版社，2007 [8] 何希才．常用傳感器應用電路的設計與實踐．北京：科學出版社，2007

第二篇：基于虧單片機的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計

基于虧單片機的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計

時間：2009-06-23 09:47:04 來源：國外電子元器件 作者：馬俊，陳靖 青海師范大學

摘要：設計一種基于單片機水塔水位檢測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，實現(xiàn)超高、低警戒水位報警，超高警戒水位處理。介紹電路接口原理圖，給出相應的軟件設計流程圖和匯編程序，并用Proteus軟件仿真。實驗結果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。

關鍵詞：單片機；水位檢測；控制系統(tǒng)；仿真

l 引言

水塔供水的主要問題是塔內水位應始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機控制實現(xiàn)自動運行，使水塔內水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內浮動，應采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電壓，測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常。因此，這里給出以Atmel公司的AT89C5l單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計，實現(xiàn)水位的檢測控制、電機故障檢測、處理和報警等功能，并在Pmteus軟件環(huán)境下實際仿真。實驗結果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。水塔水位控制原理

單片機水塔水位控制原理如圖l所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應控制在虛線范圍之內。為此，在水塔內的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C，用以反映水位變化的情況。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位(底端靠近水池底部，不能過低，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動，隨著供水，水位不斷上升，當水位上升到上限水位時，由于水的導電作用，使B、C棒均與+5 V連通。因此b、c兩端的電壓都為+5 V即為“1”狀態(tài)．此時應停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當水位處于上、下限之間時，B棒和A棒導通，而C棒不能與A棒導通，b端為“1”狀態(tài)，c端為“0”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與A棒導通，b、c均為“0”狀態(tài)，此時應啟動電機轉動，帶動水泵給水塔注水。

電路設計

水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測接口電路、報警接口電路、存儲器擴展接口電路、復位電路、時鐘振蕩等部分組成，如圖2所示。圖3為系統(tǒng)硬件電路。

3．1 水位檢測接口電路

為了便于實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的撥碼開關模擬b、c端的狀態(tài)（1、0)，正電極接+5 V電源，每個負電極分別通過4．7 kQ的電阻(尺1，R2)接地。將單片機的P1．0端口接開關1，P1．1端口接開關2。假設被水淹沒的負電極都為高電平，此時開關置1；露在水面的負電極都為低電平，開關此時置為0。單片機通過負電極重復采集檢測水位，當缺水時(此時兩個開關均置0)，電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內時，檢測信號為高，低電平(此時開關1置1，開關2置0)；當水位過高時，檢測信號為高電平(此時開關l和2都置1)，單片機檢測到P1．0和P1．1為高電平后，立即停機。3．2 報警接口電路

為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴重后果，在超出、低于警戒界水位時，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得。單片機P1．7端口為啟動電機命令輸出端口，P1．7=0為低電平，經(jīng)過非門后與電機的另一端接地導通，啟動電機工作；P1．7=l為高電平，反之，電機停止工作。電機故障報警由單片機控制，電機故障報警信號由P1．0和P1．1輸人．當P1．5為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位，單片機控制系統(tǒng)使電機停止轉動，向水塔內供水工作也停止。3．3 存儲器擴展接口電路

為了便于系統(tǒng)擴展，存放大容量應用程序，系統(tǒng)設計擴展一片程序存儲器，用于存放源程序代碼。74LS373用于鎖存地址，單片機的P0．0～P0．7通過復用方式分別接鎖存器74LS373的DO～D7和存儲器2732的D0～D7端，地址鎖存信號線ALE接鎖存器的OE端，通過軟件設置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出端OQ0～O7與存儲器地址線A0～A7相連，剩余的3根地址線A8～A11接P2．0～P2．2．單片機選通引腳麗接存儲器OE端，因只擴展一片存儲器，片選端CE接地。系統(tǒng)軟件設計

當水塔水位處于上、下限之間時，P1．0=l，P1．1=0，此時無論電機是在帶動水泵給水塔供水使水位不斷上升．還是電機沒有工作使水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位低于下限時，P1．0=0，P1．1=0，此時啟動電機轉動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號與輸出控制操作關系如表1所列，圖4為水塔水位控制程序流程。實驗仿真結果

根據(jù)所設計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應的程序在Pro-teus軟件環(huán)境下實際仿真，實驗結果表明，該系統(tǒng)能成功實現(xiàn)了水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已成功運用于某實驗水冷卻系統(tǒng)。

結語

該系統(tǒng)設計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設計的，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗水冷卻系統(tǒng)得到成功實踐，實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。進一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設計，可為實時實現(xiàn)遠端控制，因此，該系統(tǒng)在農村水塔，城市水源檢測控制等領域有著廣闊的應用前景

第三篇：基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設計

實 訓（習）報 告

課程名稱：專 業(yè) 綜 合 實 訓

專 業(yè)： 生產過程自動化

班 級：

學 號：

姓 名：

指導教師： 成 績：

完成日期：

目 錄

1、PLC簡介.........................................................................................................1 1.1、可編程控制器的產生..................................................................................1 1.2、PLC的發(fā)展..................................................................................................3 1.3、PLC的未來展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特點..................................................................................................4 1.5、PLC的組成..................................................................................................5 1.5.1、中央處理單元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存儲器.......................................................................................................6 1.5.3、輸入/輸出模塊..........................................................................................8 1.5.4、擴展模塊...................................................................................................9 1.5.5、編程器.......................................................................................................9 1.5.6、電源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、掃描技術.................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O響應時間.............................................................................13 1.7、梯形圖程序設計........................................................................................13

2、方案的論證...................................................................................................15 2.1、工藝過程分析............................................................................................15 2.2、PLC型號的選擇........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設計.....................................................................17 3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路............................................................................17 3.2、輸入/輸出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖............................................................................18

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設計.............................................................19 4.1、程序流程圖................................................................................................19 4.2、梯形圖........................................................................................................20 4.3、系統(tǒng)程序的具體分析................................................................................21

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表................................................22

5、總結...............................................................................錯誤！未定義書簽。致

謝.............................................................................................................24 參考文獻.............................................................................................................25

摘要

在工農業(yè)生產過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應用也相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本文采用PLC進行主控制，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，主控臺應用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當?shù)奈恢谩?/p>

關鍵詞： 水位控制、歐姆龍PLC

1、PLC簡介

1.1、可編程控制器的產生

可編程控制器是二十世紀七十年代發(fā)展起來的控制設備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(tǒng)、應用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強了PLC過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術，對提高我國工業(yè)自動化生產及生產效率都有十分重要的意義。

可編程控制器(Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名成員，簡稱PC。為了與個人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。

可編程控制器的產生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關，具有結構簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應的變動，改造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，阻礙了產品更新?lián)Q代。

隨著工業(yè)生產的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產從大批量、少品種，向小批量、多品種轉換，繼電器—接觸器控制難以滿足市場要求，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產

品多樣性的需求，公開對外招標，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結構；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

這十項指標就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計算機，它與有關的外部設備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴充功能”的原則來設計。

用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性等有點，用程序代替硬接線，并且具有計算機功能靈活、通用性能強等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設計，重新接線的工作，此種控制器借鑒計算機的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應用于各工業(yè)領域。

PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術不斷進步，PLC迅速發(fā)展。PLC進入九十年代后，工業(yè)控制領域幾乎全被PLC占領。國外專家預言，PLC技術將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人和CAC/CAM）種躍居首位。

我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應進的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。

1.2、PLC的發(fā)展

雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上 以計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量快、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應用范圍得以擴大。

進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

1.3、PLC的未來展望

21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。

1.4、PLC的特點 可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學易用，深受工程技術人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。

1.5、PLC的組成

PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。

圖1.1 典型PLC組成框圖

1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內數(shù)據(jù)傳送到相應輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

進一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

1.5.2、存儲器

存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。

1、PLC常用存儲器類型

（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存

儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內所有內容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內容)。

（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內容進行修改。

2、PLC存儲空間分配

各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：

（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)

（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）（3）用戶程序存儲區(qū)

系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC性能。

系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。

（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應外設。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關量I/O占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字（16個bit）。整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。

（2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC斷電時，由內部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當PLC

斷電時，數(shù)據(jù)被清零。

用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機的RAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。

1.5.3、輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產設備或工業(yè)生產過程連接的借口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關，行程開關、限位開關以及傳感輸出的開關量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉換，即A/D或D/A轉換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴，把它轉換成8未、10未或12位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給

執(zhí)行機構。

1.5.4、擴展模塊

當一個PLC中心單元的I/O點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

1.5.5、編程器

它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。

目前編程器主要有以下三種類型：

1.便攜式編程器(也叫簡易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC及其兼容機的編程器。

便于攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。

圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。

使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。

用于IBM—PC及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)

時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。

監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調試與試運行是非常有用和方便的。編程器的結構一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。

現(xiàn)在產品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結構緊密、堅固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入／輸出點數(shù)可達16K，而很多小型機僅有10來點，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。

用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：

用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。

當已運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時，PLC可以隨時進行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質量與可靠性。

1.5.6、電源

PLC中的電源一般有三類：

1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運放使用；

2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；

3、鋰電池及其充電電源。

考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。

目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點的數(shù)量將 PLC分為三大類：

小型機：256點以下（無模擬量）；

中型機：256 ~ 2048點（64 ~ 128路模擬量）；

大型機：2048點以上（128 ~ 512路模擬量）。

具體實現(xiàn)時，通常采用模板式結構，以便用戶根據(jù)實際應用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設備使用；而一些大型機一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

1.6、PLC的工作原理

最初研制生產的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式---掃描技術。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，PLC

與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區(qū)別了。

1.6.1、掃描技術

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如圖2.2所示：

圖1.2 PLC 掃描周期

1、輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

3、輸出刷新階段：當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

1.6.2、PLC的I/O響應時間

為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。

1.7、梯形圖程序設計

梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。

指令是用英文名稱的縮寫字母來表達PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構成的能夠完成控制任務的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應的語句表，編程設備簡單價廉。

通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：

1、梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形

呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內。

2、梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。

3、梯形圖中的繼電器實質上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結果。

4、梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。

5、繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制。

6、PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束關系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。

當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。

2方案的論證

2.1、工藝過程分析

水塔水位控制系統(tǒng)過程分析：設水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時S4,S3,S2,S1均為ON。當系統(tǒng)啟動時，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥Y打開(10.02通電)，開始往水池里進水，如果進水超過4S，而水池液位沒有超過水池下限位（傳感器S4仍為ON），說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預定的超過水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說明系統(tǒng)在正常的工作。此時只有水池下限位有水，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。

2.2、PLC型號的選擇

輸入:系統(tǒng)啟動按鈕一個,系統(tǒng)停止按鈕一個,液位傳感器四個分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個輸入點。

輸出:Y閥,故障指示燈 ,水泵M。輸出共有3個，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個輸出點?？梢赃xOMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。

2.3、工作控制方式

采用工控機作為上位機、PLC系統(tǒng)作為下位機的兩級控制模式。PLC控制系統(tǒng)是該程控系統(tǒng)的核心，工控機作為監(jiān)控機械手的運行狀態(tài)使用。

1、上位機：計算機作為上位機，用于完成狀態(tài)顯示、打印輸出、向PLC發(fā)送分類控制信號等功能，從而實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。同時，計算機還是圖象處理的核心。

2、下位機：PLC作為下位機，用來完成狀態(tài)判別、輸出控制等工作。它直接控制電磁閥、繼電器，從而實現(xiàn)對各執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價格適中、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器歐姆龍CPM2A型PLC來實現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)工藝的控制要求的。歐姆龍PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器，配有豐富的指令系統(tǒng)，易于用戶編程，具有豐富的特殊模塊和通信能力，可以滿足生產自動化的多級要求。本系統(tǒng)采用CPM2A是一種功能完善的緊湊型PLC，大程序容量和存儲單位。另外CPU單元帶RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信協(xié)議可實現(xiàn)程序傳送，數(shù)據(jù)通信等功能。

歐姆龍公司C系列的小型機CPM2A型PLC 20點輸入/輸出，配有CX-Programmer軟件用于控制部分編程時使用。

3、通信方式：CPM2A CPU支持多樣的通信協(xié)議：點到點（Point-to-Point）接口（PPI）、多點接口（Multi-Point）（MPI）。這些都基于系統(tǒng)內通信結構模型，都是異步、基于字符的協(xié)議。其中PPI方式是非常簡單方便的通信協(xié)議，只需要一根RS-232C線進行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。因此，本系統(tǒng)選擇PPI方式，簡單且能滿足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和計算機互聯(lián)。

上位機與下位機之間通過RS-232連接構成HOST LINK協(xié)議進行通信。RS-232又稱為EIA-232C或RS-232C，是最通用的一種串行通訊標準。它是一種點到點的通信方式，只能連接兩個通信設備。19200波特率時，最大距離為75米；9600波特率時，最大距離為900米。計算機的串口即為標準的RS-232接口。使用RS-232轉換器可以免掉一個RS-422串行接口板。

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設計

水塔水位控制系統(tǒng)結構圖如圖3.1所示

圖3.1 水塔水位自動控制示意圖

3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路

圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)電路圖

3.2、輸入/輸出分配

水塔水位控制系統(tǒng)I/O分配表見表3.1。

表3.1 水塔水位自動控制系統(tǒng)I/O分配表

輸入

操作功能 啟動按鈕 停止按鈕 液位傳感器s4 液位傳感器s3 液位傳感器s2 液位傳感器s1

地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Y閥

輸出

操作功能 故障指示燈 水泵M

地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖

水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3 所示：

圖3.3 水塔水位控制系統(tǒng)接線圖

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設計

4.1、程序流程圖

水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設計要求控制流程圖如圖5.1：

圖4.1 水塔液位自動控制系統(tǒng)流程圖

4.2、梯形圖

PLC控制程序用CX-Programmer編程軟件開發(fā)。CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程﹑調試的工具程序，其運行在Windows操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強大的編程、調試功能?？蓪崿F(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長于大型程序的編寫，彌補了手編程器編程效率低的不足[1]。CX-Programmer編程軟件支持模塊化設計，在程序編寫時可以直接將編寫好的程序通過RS-232C傳送到PLC來控制現(xiàn)場設備。根據(jù)程序流程圖設計的梯形圖如5.2所示：

圖4.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖

4.3、系統(tǒng)程序的具體分析

PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發(fā)出相應的控制信號，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中易出現(xiàn)的觸點競爭和時序失配的問題。

PLC執(zhí)行用戶程序是從梯形圖左母線開始由上至下，由左向右逐個掃描每個梯級的每個元素，進行運算，此時CPU只是與映象區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號。當CPU執(zhí)行到END指令時，表示程序段結束，則此次掃描用戶程序結束。PLC控制程序分析

實現(xiàn)功能：當按下00000系統(tǒng)啟動按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運行停止。

實現(xiàn)功能：當水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進水(Y為ON),當S3為ON后，閥Y關閉（Y為OFF）。

實現(xiàn)功能：當Y打開進水（Y為ON）定時器開始定時，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進水，出現(xiàn)故障。

實現(xiàn)功能：當S4為OFF時（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界時S2為ON，電機M運轉抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時電機M停止。

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表

水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：

圖4.3 水塔水位控制系統(tǒng)的指令表

總結

五個星期的PLC實訓很快結束了，在這短暫的實訓時間里，經(jīng)過老師、同學的指導，我獲益匪淺，學習了不少關于自己專業(yè)方面的知識。

在完成項目期間，我們組的分工明確，有負責編程的，有負責報告找資料，有負責畫電路圖的……雖說分工明確，但在完成項目過程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個學員學到更多的專業(yè)知識，使每個組員更上一個層次。實訓期間，我主要負責編程、報告及找資料，但這并不是說我在其他組員做他們任務時置之不理，與我無關。我在旁邊和組員一起，參與其中的討論分析，并會不時幫助他們完成任務。而同樣我在做我的任務時，他們也會經(jīng)常幫我解決一些我無法解決的問題。這樣，我們組在完成這兩個項目還是比較順利的。

我做的這個題目是有關與PLC系統(tǒng)理論與實踐相結合的設計。在此時對以前學習的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設計的材料搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應用有了進一步的提高。同時在對搜集的材料進行整核，結合所學理論知識，以及實際應用操作的情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。

通過這次設計實踐。讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運用中，也提高了我的工程素質。剛開始學習PLC軟件時，由于我對一些細節(jié)的不加重視，當我把自己想出來的一些認為是對的程序運用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。轉換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因為我沒有把理論和實踐相結合，缺乏動手能力而造成的結果，最后通過老師的糾正和自己的實際操作，終于把正確的結果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。

如今設計是做完了，可是我的學習之路還沒有完，這次實訓讓不僅學習了不少與自己專業(yè)相關的知識，而且還懂得了團隊的力量，并且讓自己更相信一分努力一分收獲，積極的學習態(tài)度在以后的學習、工作中是永遠缺少不了的！并明白人這一輩子不能僅僅局限于那一點點滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。

致

謝

本文是在指導老師悉心指導下完成的。從論文的選題到相關材料的收集，從論文框架的設計到具體內容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著指導老師的心血。在此，學生表示最誠摯的謝意。在老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、積極的人生觀、學術上孜孜追求的精神以及對學生無微不至的關懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對我以后的學習和生活產生重要影響。

在完成整個論文期間，對各位老師、同學、朋友、親人辛勤勞動以及他們在治學和人品上給予我的深刻影響，我同樣銘記在心，并表示由衷的感謝。

在此，我向所有在學業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學、朋友和親人致以最真誠的謝意。

最后，感謝各位專家、學者在百忙之中審閱我的拙作。

參考文獻

[1] 廖常初．《PLC基礎及應用》．北京 機械工業(yè)出版社，2004 [2] 王兆義．《可編程序控制器教程》．北京機械工業(yè)出版社 2005 [3] 張萬忠.《可編程控制器應用技術》.北京：化學工業(yè)出版社，2001 [4] 方承遠.《工廠電氣控制技術》.北京：機械工業(yè)出版社，2007 [5] 肖峰.《PLC編程100例》.北京：中國電力出版社，2009 [6] 張桂香.《電氣控制與PLC應用》.北京：化學工業(yè)出版社，2003 [7] 呂景泉．《可編程序控制器技術教程》．北京：高等教育出版社，2000 [8] 李俊季、趙黎明.《可編程控制應用技術實訓指導》.北京：化學工業(yè)出版社，2001

第四篇：基于單片機的水塔水位監(jiān)測報警控制系統(tǒng)概要

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株洲師范高等?？茖W校物理與電子工程系畢業(yè)論文 基于單片機的水塔水位監(jiān)測報警控制系統(tǒng) 姓 名： 劉治標 指導老師：

專 業(yè)： 應用電子技術 班 級： 07級應用電子班 學 號： 04207108 時 間：

錯誤！未找到引用源。摘 要

本設計從分析水塔水位報警器的原理和設計方法入手，主要基于單片機的硬件電路和語言程序設計, 實現(xiàn)一種能夠實現(xiàn)水位自動控制、具有自動保護、自動聲光報警功能的控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)由A/D轉換部分、單片機控制部分、數(shù)碼顯示部分、電機驅動部分、電機控制部分等構成。同時對各個部分進行了詳細的論述，并給出了主要的流程圖和軟件設計程序。這是個簡單而靈敏的監(jiān)測報警電路，操作簡單，接通電源即可工作。因為大部分電路采用數(shù)字電路，所以本水位監(jiān)測報警器還具有耗能低、準確性高的特點。

關鍵詞：單片機 ；水位自動控制

From the analysis of the design of the towers level alarm principle and design method of the main based on single-chip microcomputer hardware circuit and

programming language, achieve a level to realize automatic control, automatic protection and automatic control system of the audible and visual alarm function.This system consists of A/D conversion parts and single-chip microcomputer control section, digital display section, motor drive, motor control parts etc.For each part discussed in detail, and gives the main flow chart and design of the software program.This is a simple and sensitive monitoring alarm circuit, simple operation, turn on the power can work.Because most of the circuit USES digital circuit, so the water monitoring alarm also has low energy consumption and high accuracy.目錄 摘

要..............................................................................................................................................I 第一章 緒

論.............................................................................................................................1 第二章 水位控制硬件設計...........................................................................................................2 2.1 基本要求............................................................................................................................2 2.2 硬件設計............................................................................................................................2 2.2.1 電路總體框架圖設計.............................................................................................2 2.2.3 水塔水位控制電路.................................................................................................5

2.3 數(shù)碼管與LED 顯示..........................................................................................................6 2.3.1 相關芯片簡介.........................................................................................................7 2.3.2 顯示部分工作原理.................................................................................................7 2.4模數(shù)轉換.............................................................................................................................9 第三章．軟件設計.........................................................................................................................12 3.1整體設計...........................................................................................................................12 3.3.1主程序流程圖........................................................................................................12 3.4.2 數(shù)據(jù)采集程序.......................................................................................................15 結

論..............................................................................................................................................24 參考文獻.........................................................................................................................................25

致謝................................................................................................................................................26 第一章 緒 論 在工業(yè)生產中, 對溫度控制系統(tǒng)的要求, 主要是保證爐溫按規(guī)定的溫度工藝曲線變化, 超調小或者求不高。無超調, 穩(wěn)定性好, 不振蕩, 對系快速性要求不高。本文淺析了單片機電阻控溫系統(tǒng)設計過程及實現(xiàn)方法。熱電偶將爐溫變換為模擬電壓信號, 經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器, 信號放大后送模/數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量送單片機。同時, 熱電偶的冷端溫度也由IC 溫度傳感器變?yōu)殡妷盒盘? 經(jīng)放大和轉換后送單片機。

通過檢測鍋爐溫度的來實現(xiàn)自動控制外部設備的運行, 如當傳感器檢測到水溫過高時, 轉換成電壓經(jīng)過模/數(shù)轉換送入單片機, 通過比較程序輸出信號控制光電耦合器的通短來控制繼電器的輸入電流通短, 再通過繼電器來控制外部設備如水泵的運行情況。溫度過低時關閉輸出, 而關閉水泵的輸入即減少了冷水吸收熱量, 當溫度升高后又打開水泵, 這樣實現(xiàn)循環(huán)控制.而通過數(shù)碼顯示我們可以觀看鍋爐各個點的溫度, 來判斷運行是否正常.同時通過各點的溫度的紀錄和出產品的紀錄可以計算出該系統(tǒng)在某段時間是否起到了節(jié)能的作用.所以本設計對節(jié)能控制有著很大的意義.設計的控制任務要求用單片機實現(xiàn), 數(shù)碼管顯示.單片機是將RAM,ROM, 定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出(I/O接口電路等計算機主要部件集成在一塊芯片上, 這樣所組成的芯片級微型計算機稱為單片微型計算機, 簡稱單片微機或單片機.由于單片機的硬件結構與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制要求設計的, 常用于工業(yè)的檢測和控制當中, 因而也稱為是微控制器或嵌入式控制器.單片機的特點:1.具有優(yōu)異的性能價格比;2.集成度高, 體積小, 可靠性高;3.控制功能強;4.低電壓, 底功耗.在設計過程中我們采用了軟件和硬件雙結合的的設計方法，而軟件的設計簡化了硬件要求。在本設計中軟件主要有五個方面的應用，它們分別為：數(shù)據(jù)采集，顯示程序，鍵盤控制和水泵控制。數(shù)據(jù)采集主要完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理，顯示

則是把要顯示的溫度用七段數(shù)碼顯示出來，而鍵盤程序則是使其相應的鍵完成相應的工作和要求，水泵控制則是檢測水泵的運行和水位。

第二章 水位控制硬件設計 2.1 基本要求

控制水箱的水位去趨近指定目標值，水位指定范圍為10—5CM，控制精度0.4C 實測水位用十進制數(shù)碼顯示。

2.2 硬件設計

2.2.1 電路總體框架圖設計

圖2.2.1 控制原理圖

虛線表示允許水位變化的上下限。水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動以達到對水位控制的目的。

①當水位上升，達到上限時，因水導電，B、C 棒連通+5V。b、c 均為“1”，應停止電機和水泵的工作，不再供水；

②當水位降到下限時，B、C 棒都不能與A 棒導電。b、c 均為“0”，應啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水；

③當水位處于上下限之間時，B 與A 棒導通。b為“1”，c為“0”，無論怎樣都應維持原有的工作狀態(tài)。

上下限水位信號由P1.0和P1.1輸入，這2個信號共有4種組合狀態(tài)： 2 控制信號由P1.2端輸出，去控制電機。為了提高控制的可靠性，使用了光電耦合；

由P1.3輸出報警信號，驅動一支發(fā)光二極管進行光報警。圖2.2.2控制電路圖 0：電機工作 1：電機停止 2.2.2 80C51芯片功能與引腳介紹

下面是8051單片機引腳圖及引腳功能介紹：

圖2.2.2 80C51的引腳圖

40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。⒈ 電源: ⑴ VCC接地端；

注：用萬用表測試單片機引腳電流一般為0v 或者5v，這是標準的TTL 電平，但有時候在單片機程序正在工作時候測試結果并不是這個值而是介于0v-5v 之間，其實這之是萬用表反映沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電流還是保持在0v 或者5v 的。

⒉ 時鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。⒊ 控制線:控制線共有4根，⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM 編程脈沖 ① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片內有EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

⑵ PSEN:外ROM 讀選通信號。⑶ RST/VPD:復位/備用電源。

① RST（Reset）功能：復位信號輸入端。② VPD功能：在Vcc 掉電情況下，接備用電源。

⑷ EA/Vpp:內外ROM 選擇/片內EPROM 編程電源。選擇端。

② Vpp功能：片內有EPROM 的芯片，在EPROM

① EA功能：內外

ROM

編程期間，施加編程電源Vpp。⒋ I/O線

80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。

2.2.3 水塔水位控制電路

這里有一個水塔模型，如圖2.2.3所示，水箱是用透明有機玻璃膠合而成（或用現(xiàn)成的透明塑料盒），箱內插入一塊金屬板（代表箱體的金屬外殼），金屬板上裝有兩根塑料包皮的硬導線，分別作為高、低液位的探針，圖中的“1”、“2”、“3”三端分別與高、低液位探針和金屬板相通，“4”、“5”是離心式水泵模型電動機的接線端。

圖2.2.3 水塔模型

水塔水箱里的水位由繼電器來控制，這只繼電器的原理結構如圖2.2.4所示，它的線圈有放大作用，將6、7兩端放入水中而不直接接觸，繼電器線圈即可導通而使銜鐵動作。繼電器的銜鐵可以控制兩把閘刀，每刀都有常開、常閉觸點各一對。圖2.2.4 繼電器的原理結構圖

設計連接好電路，使得水塔水位低于低液位探針時，抽水機工作；當水位上升到高液位探針時，抽水機停止工作；當水位下降時仍不工作，直到水位低于低液位探針時，重又工作。

圖2.2.5 繼電器線圈放大電路如圖 2.3 數(shù)碼管與LED 顯示

模擬水位高度由15個雙色發(fā)光二極管（LED）來完成，共分為4組。在某一特定時刻，每組LED 與一個數(shù)碼管一起被選通（4組LED 對應4個數(shù)碼管），兩個8位的移位寄存器741S164級聯(lián)，將單片機送出的2個字節(jié)串行數(shù)據(jù)轉化為16位并行數(shù)據(jù)，分別送選通的LED 和數(shù)碼管。在不同時刻，系統(tǒng)對4組LED 和數(shù)碼管快速地循環(huán)掃描，就完成了面板顯示的功能。

2.3.1 相關芯片簡介

顯示部分用到的芯片包括數(shù)據(jù)緩沖器74LS244以及多路開關CD4051。數(shù)據(jù)緩沖器74LS244。74LS244 緩沖器常用作三態(tài)緩沖或總線驅動，+5V供點，其高電平時輸出最大電流可達15mA, 低電平輸出時最大電流可達24mA, 足以驅動數(shù)碼管和LED 工作。74LS244共8個輸入輸出通道，通過門控端G1和G2來選擇其通斷，其功能原理及引腳如圖2.3.2所示。

圖2.3.1 74LS244內部結構及引腳圖

從圖中可以看出，當引腳1G 為低電平時，輸入通道1A~1A4與輸出通道1Y1~1Y4連通；當引腳1G 為高電平時則截止。同理引腳2G 控制著輸入通道2A1~2A4與輸出通道2Y1~2Y4的通斷。

2.3.2 顯示部分工作原理

首先介紹一下雙色二極管的功能和用法。表2.3.2所示，1個雙色二極管有3個引腳，引腳1、2均為信號“+”端，引腳3為GND 端（信號“—”端）。引腳電平（TTL 電平）與LED 顯示顏色如圖2.3.2所示。

表2.3.2 雙色二極管功能表 7 圖2.3.2 雙色二極管外觀圖

數(shù)碼管及LED 顯示電路如圖2.3.3所示，RC5口作為串行數(shù)據(jù)的同步時鐘端，與74LS164的數(shù)據(jù)輸入端相連；RC3口作為串行數(shù)據(jù)的同步時鐘端，與74LS164的同步時鐘輸出端均與SPI 方式時端口一樣；實際應用中，若不用SPI 方式，而用第5章中提到的模擬數(shù)據(jù)串行口時，可以用任何普通I/O端口代替）。兩片移位寄存器74LS164的并行數(shù)據(jù)輸出端則分別與兩片數(shù)據(jù)緩沖器74LS244的輸入端相連，RD7口作為數(shù)據(jù)緩沖器74LS244的門控信號輸出端，控制74LS 244的通斷。

圖2.3.3 數(shù)碼管和LED 顯示電路

每4個雙色二極管和1個數(shù)碼管一組，二極管的8個信號“+”端分別與第一片74LS244的8位數(shù)據(jù)輸出端相連，數(shù)碼管的8位數(shù)據(jù)輸入端分別與第二片74LS244的8位數(shù)據(jù)輸入端相連，每組二極管和數(shù)碼管的GND 端都與CD4051的1個輸入通道相連，CD4051的輸出端與系統(tǒng)的“地”相連。RE0～RE1口作為地址譯碼輸出端口，用于多路開關CD4051的4路通道選擇，每一時刻只有一組共4個二極管和1個數(shù)碼管被選通，其GND 端同系統(tǒng)的“地”構成通路，其他的二極管與數(shù)碼管則不能構成通路。

每向74LS164傳送完兩個字節(jié)共16位數(shù)據(jù)，通過RD7口使能74LS244，將 8

數(shù)據(jù)送到二極管和數(shù)碼管的輸入口，然后通過RE0～RE1口打開一條通道，則被選通的數(shù)碼管和二極管就會按照接收的數(shù)據(jù)進行相應的顯示。不斷地發(fā)送新數(shù)據(jù)并利用CD4051循環(huán)的掃描4個通道，則所有的二極管和數(shù)碼管 就會持續(xù)的發(fā)光顯示。

另外由一個雙色二極管作為報警燈，RD5口與二極管的引腳1相連，RD4口與二極管的引腳2相連。

2.4模數(shù)轉換近年來.微機測控系統(tǒng).特別是單片機在工業(yè)自動化，生產過程控制，智能化儀器儀表等領域的應用越來越深入和廣泛。這使得傳感器的應用更為顯著, 測溫傳感器就是將溫度信息轉換成易于傳遞和處理的電信號的傳感器, 測溫傳感器的選擇及合理使用是微機測溫系統(tǒng)中設計的關鍵。同理液位傳感器是將液位信號轉換成易于傳遞和處理的電信號。

A/D轉換器件的選擇主要取決與溫度的控制精度，本設計中的A/D轉換由集成電路ADC0809完成。A/D轉換器分類及性能指標。A/D

轉換器是將模擬量轉換成數(shù)字信息接口電路, 按工作原理分為:逐位比較型, 并行比較型, 雙積分型, 電壓頻率型及計數(shù)比較型等ADC0809轉換器的內部結構如下：

圖2.4.1 ADC0809轉換器的內部結構

1）ADC0809是逐次逼近型8位轉換芯片, 具有8路模擬輸入端口，ADC0809芯片采用多路模擬開關, 允許8路模擬量分時輸入, 共享一個A/D轉換器完成轉換。模擬輸入通道選擇地址及轉換結果均有鎖存譯碼器。下圖為引腳圖： 圖2.4.2 ADC0809轉換器的引腳 它的主要引腳及功能如下： INO-IN7: 8個模擬通道輸入端 D0-D7: 8位數(shù)字量轉換結果輸出端 ADDA,ADDB,ADDC :模擬通道選擇路地址 ALE: 路地址鎖存信號輸入端

START:啟動轉換信號輸入端，加上正脈沖后，A/D開始轉換

EOC:轉換結束輸出信號，轉換開始后EOC 信號變低；轉換結束時，EOC 信號返回

高電平

OE:輸出允許控制端，高電平時打開三態(tài)輸出鎖存器，輸出轉換結果 CLK:芯片工作時鐘信號

VREF(+與VREF(-：芯片工作參考電壓輸入端 2）.ADC0809轉換器的特點

ADC0809 芯片性能特點:是一個逐次逼近型的A/D轉換器, 外部供給基準電壓;單通道轉。換時間116us 分辨率8位, 帶有三態(tài)輸出鎖存器, 轉換結束時, 可由CPU 打開三態(tài)門。讀出8 位的轉換結果;8個模擬量的輸入端, 可引入8 路待轉換的模擬量。ADC0809的數(shù)據(jù)輸出結構是內部有可控的三態(tài)緩沖器, 所以它的數(shù)字量輸出信號線?？梢耘c系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連。內部的三態(tài)緩沖器由OE 控制,OE 為高電平時三態(tài)。緩沖器打開, 將轉換結果送出;當OE 為低電平時, 三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài), 內部數(shù)據(jù)對。外部的數(shù)據(jù)總線沒有影響。因此, 在實際應用中, 如果轉換結束, 要讀取轉換結果, 則只要在OE 引腳上加一個正脈沖,ADC0809 就會將轉換結果送到數(shù)據(jù)總線上。在本系統(tǒng)中，ADC0809 在電路中的連接如下圖所

示，在模擬量之前加入濾波電路是為了使采集數(shù)據(jù)更加準確，對于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這點在應用時需注意.11 第三章．軟件設計 3.1整體設計 3.3.1主程序流程圖 3.4.1主程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTA 圖3.3.1 主程序流程圖 ORG 0013H LJMP INTB ORG 0030H 初始化； MAIN:MOV SP,#60H MOV A,#00H 清零 MOV 30H,A 12

MOV 31H,A MOV 32H,A MOV 33H,A MOV 34H,A MOV 35H,A MOV 36H,A MOV 37H,A MOV 38H,A MOV 39H,A MOV 40H,A MOV 41H,A MOV 42H,A MOV 43H,A MOV 44H,A 單元清0處理； MOV 36H,#01H 進煙溫度高八位； MOV 37H,#09H 進煙溫度低八位 ； MOV 38H,#250 進煙溫度下限值； MOV 39H,#100 水溫上限值； MOV 40H,#70 水溫下限值；

CLR RS0 13 CLR RS1 選擇工作寄存器組R0； LP3: LJMP LP1 LJMP LP2 LJMP LP3 跳入子程序和中斷程序； SJMP$ END 14 3.4.2 數(shù)據(jù)采集程序 LP1:MOV DPTR,#0EFF0H MOV R1 ,31H MOV R7,#04H 設置通道數(shù)； 15

LOOP:MOVX @DPTR,A 啟動A/D轉換器； MOV R6,#20H DJNZ R6,$ 延時等待；

DLAY:JB P3.3,DLAY 查尋EOC，EOC=1則等待轉換 MOVX A,@DPTR INC DPTR INC R1 DJNZ R7,LOOP MOV A,31H MOV B,#05H

MOVL AB MOV 31H,A MOV 30H,B MOV R0,32H MOV R2,#03H LOOP1:MOV B,#05H MOV B,#05H MOV A,@R0 結束； 讀取轉換結果； 轉存在片內RAM 當中；指向下一通道；判斷是否采集完畢； 數(shù)據(jù)轉換； MOV @R1,A MUL AB MOV @R0,A INC R0 DJNZ R4,LOOP1 MOV A,36H CJNZ A,30H,LOOP2 MOV A,37H SUBB A,31H JB C,LOOP3

修改數(shù)據(jù)指針；

MOV A,30H JNE LOOP4 MOV A,31H SUBB A,38H JB C,LOOP3 SUBB A,34H JB C,LOOP3 MOV A,34H 17 數(shù)據(jù)比較； 進煙溫度上下限比較；水溫上下限值比較；C,LOO3 LOOP4:MOV A,39H SUBB A,40H JB C,LOOP3 LJMP LOOP5 LOOP3:MOV P2 LOOP5:RET 3.4.3 顯示程序： LP2：MOV A,35H MOV B,#100 DIV AB

CLR C LOOP2:JB MOV 41H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 42H,A MOV 43H,B MOV 44H,30H MOV 44H,36H MOV A,45H MOV A,43H 18 報警； 返回；ADD A,#06H MOV B,#10 DIV AB MOV 43H,B ADD A,42H ADD A,#05H MOV B,#10 DIV AB

數(shù)據(jù)BCD 轉換 判斷高位上否有值，否轉 JZ LOP1

MOV 42H,B ADD A,41H ADD A,#02H LOP1:ORL 41H,#10H ORL 42H,#20H ORL 43H,#40H MOV R0,40H MOV R1,#03H MOV P1,A MOV R3,#02H AGAIN:MOV R4,#0F8H 19 顯示數(shù)據(jù) LOP2:MOV A,@R0 DELAY:DJNZ R4,DELAY DJNZ R3,AGAIN RET 返回 3.4.4鍵盤程序：

INTA:PUSH ACC 保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH

PUSH DPL JB P2.0,L0 判斷流覽鍵是否按下 MOV 35H,32H 中間溫度顯示 LJMP LP2 調用顯示子程序 L1:JB P2.0,L0 MOV 35H,33H 出煙溫度顯示 LJMP LP2 L2:JB P2.0,L1 MOV 35H,34H 產品水溫度顯示 LJMP LP2 JB P2.0,L2 LJMP L16 L0:JB P2.1,L16 判斷設定鍵是否按下 20 L6:JB P2.2,L4 CLR C MOV A,37H 進煙上下限設定 ADD 36H,#01H ADDC A,#00H

MOV 37H,A MOV 35H,37H LJMP LP2 L4:JB P2.3,L5 CLR C MOV A,37H SUBBC 36H,#01H SUBBC A,#00H MOV 37H,A MOV 35H,37H LJMP LP2 L5:JB P2.4,L6 L9:JB P2.2,L7 INC 38H MOV 35H,38H 21 L7:JB P2.3,L8 DEC 38H MOV 35H,38H

LJMP LP2 L8:JB P2.4,L9 INC 39H MOV35H,39H LJMP LP2 L10:JB P2.3,L11 DEC 39H MOV 35H,39H LJMP LP2 L11:JB P2.4,L12 L15:JB P2.2,L13 INC 40H MOV 35H,40H LJMP LP2 L13:JB P2.3,L14 產品水上下限設定 L12:JB P2.2,L10 MOV 35H,40H LJMP LP2 L14:JB P2.4,L15

L16:POP DPL 恢復現(xiàn)場POP DPH POP PSW POP ACC RETI 返回 結 論

由于許多數(shù)據(jù)采集、顯示的實時性要求不是很高，因此單片機的執(zhí)行速度相對于這些過程要快得多，若分時選通各個采樣或顯示通道，雖然單片機對各個通道的處理是依次進行的，但是只要這一過程大到一定速度，總的看來幾乎同時執(zhí)行，不斷重復這一過程，就產生了循環(huán)掃描的思想，它在單片機系統(tǒng)設計中得到了廣泛的應用。

在當今越來越趨向于自動化的社會，該系統(tǒng)的可用性及簡易性更加能取得廣泛的應用。通過這次競賽我們從中學到了許多東西，也了解到在電子制作方面的很多獨特發(fā)明。他們得發(fā)明并不是偶然取得，而是通過長期的學習積累，我們也學到了他們那種堅決不放棄得制作精神。這次畢業(yè)設計讓自己懂得了，做任何學問都要一絲不茍，對出現(xiàn)的任何問題和偏差都不能輕視，要通過正確的途徑區(qū)解決，做事情的時候要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就能找到解決問題的思路和辦法，在工作中要學會與人合作，認真聽取別人的意見，這樣做事也會事半功倍。當然整個實驗過程中自己也收獲頗多，對電路的設計有一大致的了解并能自己動手完成一些簡單的電路設計、制板及調試的過程，極大地提高了自己的動手能力，也讓自己懂的了實踐才是檢驗真理的唯一標準，當然也是檢驗學習成果的標準。

在經(jīng)過一段時間的學習之后，我們需要了解自己的所學應該如何應用在實踐中，因為任何知識都源于實踐，歸于實踐，所以要將所學的知識在實踐中來檢驗。通過這次寫課程論文，我感覺有很大的收獲：首先，通過學習使自己這學期對課本上的專業(yè)知識可以應用于實際，使得理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時短學期也鍛煉了自己個人的動手能力；能夠充分利用圖書館、網(wǎng)絡資源去查閱相關資料，增加了許多課本以外的知識，慢慢地能達到學以致用。對我們學生來說，理論與實際同樣重要，但對于我們非師范類學生，畢業(yè)以后，掌握一定 的技術，有一定的動手能力，才是我們今后走向社會所要具備的，這也我們以后在工作中說明自己能力的一個重要標準。

參考文獻 [1]胡漢才編《單片機原理及其接口技術》第2版 清華大學出版社； [2]求是科技編 《單片機典型模塊設計實例導航》第5版人民郵電出版社； [3]原著 邱關源 修訂 羅先覺 《電路》（第5版）2006年5月第5版，北京：高等教育出版社

[4]康華光.《電子技術基礎》數(shù)字部分（第五版）2006年1月第5版，北京：高等教育出版社。

[5]胡宴如 耿蘇燕 《高頻電子線路》 2004年12月第1版，北京：高等教育出版社

[6]張洪建，蒙建波.自動檢測技術與裝置[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004 [7]芯片速查手冊．中國自動化技術公司出版[M]，1995 [8]牛峰霞.水電站集水井水位自動控制[J].河北水利水電技術，2002 [9]王新房，夏建明.模糊控制在灌區(qū)水位自動控制中的應用[J].微電子學與計算機

[10]趙利明，張廣輝.水塔水位自動控制系統(tǒng)[J].重慶電力高等專課學校學報，2000.[11]吳今哲，金永鎬，崔敘進.水位自動控制器的研究[J].延邊大學學報（自然科學版），2004，[12]劉剛 《彈片機原理及應用》 中國林業(yè)出版社主編； 致謝

這次畢業(yè)設計得到了很多老師、同學和同事的幫助，其中我的導師肖利君老師對我的關心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向肖老師尋求幫助，而肖老師每次不管忙或閑，總會抽空來給我們大家上課面談，然后一起商量解決的辦法。在這里再次謝謝肖老師您辛苦了！

感謝在整個畢業(yè)設計期間和我密切合作的伍遠露、秦雄、高陽等同學，特別是伍遠露同學，他在本次設計中給予我的無私幫助和厚愛，不只一次地幫助我，傾盡了他的所有心血給我提供技術上的指導，在這里再次謝謝伍遠露同學，伍遠露同學你辛苦了！和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭男值軅?，在大學生活即將結束的最后的日子里，我們再一次演繹了團結合作的童話，把一個比較復雜的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結的力量。

這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位任課老師三年間的認真負責，使我能夠很好的掌握專業(yè)知識，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。也正是你們長期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成。最后，向湖南工業(yè)大學物理與電子工程系的全體老師們再次表示衷心感謝：謝謝你們，謝謝你們三年的辛勤栽培！

第五篇：基于51單片機的水塔水位檢測_課程設計_論文資料

基于51單片機的水塔水位檢測_課程設計_論文資料.txt6寬容潤滑了彼此的關系，消除了彼此的隔閡，掃清了彼此的顧忌，增進了彼此的了解。本文由工作龍龍龍貢獻

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河北科技師范學院

課 程 設 計 說 明 書

題

目：

水塔水位監(jiān)測裝置 機電系 09 電氣專 0426090126 張海龍 馬繼偉

學院（： 學院（系）年級專業(yè)： 年級專業(yè)： 學 號：

學生姓名： 學生姓名： 指導教師： 指導教師：

一、引言

隨著科學技術的發(fā)展，單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)，智能儀器和家用電器中得到廣泛應用。在實時檢測和自動控制的單片機應 用系統(tǒng)中,單片機往往是作為一個核心部件來使用。水塔水位控制系統(tǒng)的基本要求是能夠在無人監(jiān)控的情況下自動進行 工作，在水塔中的水位到達水位下限時自動啟動電機，給水塔供水；在水 塔水位達到水位上限的時候自動關閉電機，停止供水。并能在供水系統(tǒng)出 現(xiàn)異常的時候能夠發(fā)出警報，以及時排除故障，隨時保證水塔的對外的正 常供水作用。水塔是在日常生活和工業(yè)應用中經(jīng)常見到的蓄水裝置，通過 對其水位的控制對外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。不論社會經(jīng)濟如何飛速，水在人們正常生活和生產中起著重要的作 用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的 生產事故及損失，從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時、準確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安 全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統(tǒng)的改造。從而實現(xiàn)提供足夠 的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動控制有設計低成本、高實用價值的 控制器。該設計采用分立的電路實現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實現(xiàn)自動控 制,而達到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質量。

二、摘要

水位控制在日常生活及工業(yè)領域中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。自動檢測水位的檢測系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的 情況自動調節(jié)。本次課題采用單片機進行主控制，利用水的導電性測量水 位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，用單片機對接收到 的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。

三、關鍵詞：水位 單片機 A/D 轉換 2

四、硬件設計 4.1 總體設計方案

分析課題可知應分兩個電路來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，一是水位控制電路，二是水質檢測電路，并且對于整個系統(tǒng)我們采用順序控制。首先進行水位控制，水位電路根據(jù)輸入不同的模擬量，轉換為不同的 數(shù)字量，經(jīng)過和設定的值進行比較，通過 P1.2 口對電機進行控制。水位 控制電路完成其預定功能后，便自動轉到延時子程序，系統(tǒng)經(jīng)過一定的預 定延時（本設計設定值為 10S）之后，轉去執(zhí)行水質檢測電路。檢測電路 根據(jù)不同的模擬量的輸入，轉換為不同的數(shù)字量，經(jīng)過和設定的值進行比 較后，由單片機產生不同的驅動信號，從而使對應的二極管發(fā)光，以顯示 不同的水質狀態(tài)。水質檢測結束，系統(tǒng)自動返回到主程序的入口處，繼續(xù) 進行水位的檢測和控制。如此往復循環(huán)達到對水塔水位的自動控制和對水 塔水質的檢測和顯示，從而滿足水位和水質的要求。硬件設計方框圖如圖 1 所示。開始

水位控制

延時

水質檢測 圖1 3 4.2 系統(tǒng)組成

水位檢測電路可以通過兩個 51 單片機的管腳來感知水位的變化，產 生不同的邏輯組合來控制是否進水或是停止進水。輸出端可由一個端口來 控制電機的運行狀態(tài)，進而控制水泵的工作。水質檢測的電路主要由 A/D 轉換器組成。通過 A/D 轉換為數(shù)字量作 用于單片機，從而控制水質狀況的顯示。本次設計采用 ADC0808 芯片。用 LED 燈來顯示水位的高低。ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口，本次設 計只要用其中一個，8 路模擬開關無需進行切換選通。設計通過 A/D 轉換 為數(shù)字量作用于單片機，進而控制電機的運轉。本次設計采用可調電阻器 來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調節(jié)來模擬輸入量的變化。通 過對比數(shù)字量來進行進行判斷水位的高低，不同顏色的信號指示燈顯示不 同的水質。進而通過輸出口對電機進行開關控制。4.3 ADC0808 的簡要介紹

ADC0808 有 8 路模擬量的輸入端口，本次設計只要用其中一個，8 路 模擬開關無需進行切換選通。ADC0808 的 8 路模擬輸入 8 路數(shù)字輸出的逐 次逼近法 A/D 器件。其主要技術指標和特性為： 1.分辨率為 8 位。2.轉換時間取決于芯片時鐘頻率。本次單元電路仿真采用 640KHZ 的 時鐘方波信號。3.單一電源+5V。模擬輸入電壓范圍單極性 0-5V,雙極性 ± 5V 或 ± 10V。本次課程設計由于只有一個模擬輸入量，且電壓變化都為正值，故采用單 極性電源接法。4.啟動轉換控制方式為脈沖式（正脈沖），上升沿使內部所有寄存器 清“0”，下降沿使 A/D 轉換開始。主要管腳說明： 4 CLK:為時鐘信號輸入端，決定 A/D 轉換的速度，轉換一次為 64 各時 鐘周期。ALE:地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，A、B、C 三 位地址信號被鎖存，譯碼選通對應模擬通道。START:為啟動轉換信號，正脈沖有效。此信號通常與系統(tǒng)信號相連，控制 AD 轉換器的啟動。EOC:轉換結束信號，高電平有效，表示一次 AD 轉換已完成?？勺鳛?中斷觸發(fā)信號，也可用程序查詢的方法檢測轉換是否結束。OE:輸出允許信號，高電平有效，可與系統(tǒng)讀選通信號 RD 相連。當計 算機發(fā)出此信號時，ADC0808 的三態(tài)門被打開，此時可通過數(shù)據(jù)線讀到正 確的轉換結果。DC0808 的邏輯結構及引腳功能如圖 2 所示 START CLK EOC IN7～IN0 8 路 模擬 開關

控制與時序

比較器 SAR 三 存 態(tài) 輸 緩 出 沖 器 鎖 D7～D0 ADDA ADDB ADDC ALE 地址 鎖存 與 譯碼

樹狀開關

電阻網(wǎng)絡 Vcc GND REF（+）REF（-）OE 5 圖2 4.4 水位檢測電路

模擬量由模擬通道 IN1 輸入，通過對可調電阻的調節(jié)，模擬輸入不同 的電壓量。數(shù)字量的輸出端與單片機的 P0 口相連接。單片機可通過對 P0 口數(shù)據(jù)的采集和處理，發(fā)出相應的控制信號。P3.0 口和 P3.6 口通過邏輯 或非門后，輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過邏輯或 非門后，輸出端接 OE 端。通過對 PO 的信號和設定的數(shù)值比較，得出水 位的高低而通過 P1.2 口對電機進行控制。同時 P0 口的信號轉入 P2 口，通過 LED 燈的顯示來顯示水位的高低，燈光的不同來表示水塔的水位狀 態(tài)。電路連接圖如圖 3 所示。

圖3 4.5 水質檢測電路

水質檢測電路主要由 ADC0808 實現(xiàn),通過 A/D 轉換對比來判斷水質 的 6 好壞。模擬量由模擬通道 IN0 輸入，通過對可調電阻的調節(jié)，模擬輸入不同 的電壓量。數(shù)字量的輸出端與單片機的 P0 口相連接。單片機可通過對 P0 口數(shù)據(jù)的采集和處理，發(fā)出相應的控制信號。P3.0 口和 P3.6 口通過邏輯 或非門后，輸出端接 START 與 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通過邏輯或 非門后，輸出端接 OE 端。由于只需采用一個模擬輸入通道（IN0），故可 將模擬通道地址選擇端都就地，這樣，轉換出的數(shù)字量便全部為 IN0 口的 模擬量的對應值。輸出端為 P1.5、P1.6、P1.7，分別接一發(fā)光二極管，用 以顯示不同的水質的狀態(tài)。電路連接圖如圖 4 所示。

圖4 7

五、軟件設計

一個應用系統(tǒng)，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速發(fā)展的 今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須 采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單。以下為設計的具體程序 5.1 水位控制程序

通過對水位控制電路圖的分析，做出以下水位控制程序流程圖如圖 5 所示。8 圖 5 水位控制程序流程圖 由以上流程圖，可以得出水位控制程序清單如下： ORG 0000H AJMP ORG MAIN 0030H SJMP LOOP ORG 0050H MAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 9 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H JNC D1 MOV A,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP A,P0;檢測轉換是否完成;等待轉換完成

5.2 水質檢測程序

通過對水質檢測電路圖的分析，做出以下水質檢測程序流程圖如圖 6 所示。10 圖 6 水質檢測流程圖 由以上流程圖，可以得出水質檢查系統(tǒng)程序清單如下： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030 MAIN: CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 11;調用延時子程序

SETB P3.6 WAIT: JB P2.7,DONE SJMP WAIT DONE: CLR P3.0 CLR P3.7 MOV A,P0 CLR C SUBB A,#0AAH JNC DONE1 MOV A,P0 SUBB A,#55H JNC DONE2 SETB P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 SJMP MAIN DONE1: SETB P1.7 CLR P1.6 CLR P1.5 SJMP MAIN DONE2: SETB P1.6 CLR P1.5 CLR P1.7 SJMP MAIN DELAY: MOV R5,#5 DL1: DL2: MOV R6,#10 MOV R7,#10 12;轉換結束則轉;未結束則等待;讀取數(shù)據(jù)

;與設定值比較大小;大則轉

;與設定值比較大小;大則轉;控制紅燈亮;控制綠燈亮;控制黃燈亮;延時子程序

DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R5,DL1 RET END 5.3 使用說明與注意事項

該電路設計比較簡單，功能穩(wěn)定，適合于實際的水塔水位控制中使用。作為一個很實用的自動控制裝置，為了工作人員的操作的方便，下面對其 使用方法與注意事項作如下簡單描述： 使用水質和水位檢測和調節(jié)功能是一個完全自動的過程，不過仿真電 路是需要人為改變輸入量的變化，在水位的輸入量就是通過浮標來改變輸 入量電壓的大小，通過 A/D 轉換，利用浮力原理使浮標帶動觸頭工作,進 而影響直流接觸器動作,控制交流接觸器工作,實現(xiàn)水塔無水時自動開啟水 泵電動機,水滿時自動關閉的自動控制目的，整個由單片機來實現(xiàn)對電機 的調節(jié)。本次設計中的電機調節(jié)電路簡單的接了個 5V 的直流電機來實現(xiàn) 控制。水質檢測系統(tǒng)的輸入量是由一個能夠接受發(fā)光二極管的感光器來完 成的。感光器對不同的水質會感應處不同的電壓信號，這些不同的模擬電 信號經(jīng)過 A/D 轉換。由單片機驅動相應的水質指示燈，從而達到檢測水質 的目的。綠燈表示水質為“良”，黃燈表示水質為“中”，當指示器為紅色 時，水質等級為“差”，為保證人們的飲水安全，工作人員應立即停止供 水再進行檢查確定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水質檢測不是同時進行的，因為在軟件上有一定 的時間差，不過在水塔水位和水質檢測這種對時間的精確度要求不高的場 合，時間差可以忽略不計，一般它不會影響到系統(tǒng)的安全性能和時間特性。13

六、心得體會

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，單片機被廣泛應用于人們生活的各個領 域，社會需要大量掌握單片機技術的人才，單片機的使用方法應該是我們 熟練掌握的內容，水塔水位的單片機控制系統(tǒng)水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應用。通過這次的課程設計，理論加上實踐，我掌握了 80C—51 單片機的基 本工作原理和基本編程方法，熟悉了 A/D 轉換器 ADC0808 的功能和使用 方法，還可以根據(jù)需要對單片機進行擴展。在此過程中我還熟悉了單片機 的軟硬件開發(fā)環(huán)境，提高了綜合演練單片機的編程能力，并且親身體驗了 單片機的開發(fā)成果。此次課程設計之后，我對單片機知識點了解了更多，腦海中能把一個 個分離的知識模塊聯(lián)系成整體，讓后對其進行分析與比較。在單片機課程 中的部分知識學會了融會貫通，也讓我深刻認識到 “學以致用” 的重要性。

七、參考文獻 1.《單片機原理與應用》 王迎旭 主編 機械工業(yè)出版社 張洪潤 易濤 編 2.《 單 片 機 應 用 技 術 教 程（第 三 版）》 清華大學出版社 3.《單片機初級教程》 張迎新 杜小平樊桂花 雷道振 編

北京航空航天大學出版社 4.《51 系列單片機應用與實踐教程》 周向紅 主編 北京航空航天大學出版社 5.《數(shù)字電子技術基礎（第四版）閻石 主編 》 高等教育出版社 14

八、附錄

8.1 源程序清單 ORG D5 D6 0000H EQU 33H;顯示緩存區(qū) 33H-34H EQU 34H WEI1 EQU P1.3 WEI2 EQU P1.4;位選端口 P2.4P2.7 AJMP ORG MAIN 0030H SJMP LOOP ORG 0050H MAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H;與最高位比較 15;檢測轉換是否完成;等待轉換完成 A,P0 JNC D1 MOVA,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP D10S: MOV R3,#19H LOOP3: LOOP1: LOOP2: MOV R1,#85H MOV R2,#0FH DJNZ R2,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RETI LOOP: MOV A,P0 MOV P2,A ACALL TRAN ACALL DISP CLR CLR CLR P1.0 P3.0 P3.6 16 ；與最低位比較

；電機停轉

；電機轉動

；

水位顯示;水質檢測

ACALL SETB SETB WAIT1: JB SJMP DONE: CLR CLR MOV CLR SUBB JNC MOV SUBB JNC SETB CLR CLR SJMP A1: SETB CLR CLR SJMP A2: SETB CLR CLR SJMP DELAY: DELAY P3.0 P3.6 P1.1,DONE WAIT1 P3.0 P3.7 A,P0 C A,#0AAH A1 A,P0 A,#55H A2 P1.5 P1.6 P1.7 MAIN P1.7 P1.6 P1.5 MAIN P1.6 P1.5 P1.7 MAIN;延時子程序 17;檢測轉換是否完成;等待轉換完成;讀取 P0 口數(shù)字量

;與設定值#0AAH 比較;若 A 值大，則綠燈亮

;與設定值 055H 比較;若 A 值大，則黃燈亮;其余情況，則紅燈亮;綠燈亮子程序;黃燈亮子程序

MOV DL1: DL2: MOV MOV DJNZ DJNZ DJNZ RETI TRAN: MOV A,P2 R5,#5 R6,#10 R7,#10 R7,$ R6,DL2 R5,DL1 MOV B,#10H DIV AB MOV D5,A MOV D6,B RET DISP: MOV DPTR,#TAB SETB P1.3 MOV A,D5 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY1 CLR P1.3 SETB P1.4 MOV A,D6 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY1 CLR P1.4 18 MOV P2,#0FFH RET DELAY1:MOV R6,#5 D0: MOV R7,#200 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D0 RET TAB:DB 28H DB 0EBH DB 32H DB 0A2H DB 0E1H DB 0A4H DB 24H DB 0EAH DB 20H DB 0A0H DB 60H DB 25H DB 3CH DB 23H DB 34H DB 74H DB 0D7H DB 0F7H DB 61H;0;1;2;3;4;5;6;7;8;9;A;B;C;D;E;F;-.;;H 19 DB 70H DB 0DFH DB 27H DB 0FFH END;P;.;O;全黑 20 8.2 總電路原理圖 21 1