《单片机课程设计》报告水塔水位控制系统解析
机械与车辆学院
《单片机课程设计》报告
（2012-2013学年第一学期）
课程设计题目：水塔水位控制系统
姓名：
学号：210404021045
班级：00机械电子工程33班
指导老师：chenlaoshi
时间：2013年 1 月14日—2013年 1 月25日
成绩：
目录
一、课程设计性质和目的 (2)
二、课程设计的内容及要求 (2)
三、课程设计的进度及安排 (3)
四、设计所需设备及材料 (3)
五、设计思路及原理分析 (4)
六、流程图及程序编写 (5)
七、调试运行 (8)
八、结果及分析 (9)
九、心得体会 (10)
十、参考文献 (10)
十一、致谢 (11)
十二、附录 (11)
一、课程设计性质和目的
这次课程设计《水塔水位控制》是继这学期我们学习的《单片机原理与接口技术》课程与实验结束后的一门综合性实践课，让学生初步尝试把理论与实践结合，培养了学生的实践能力。《水塔水位控制》设计需要紧密结合所学的知识，在参阅相关资料中，可以加深、巩固所学知识，同时也拓宽了知识面，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过电路设计、安装、调试等一系列环节的实施，提高学生的单片机应用系统的设计能力。
二、课程设计的内容及要求
1、硬件设计
（1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P2.0接水位下限传感器，P2.1接水位上限传感器，P2.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P2.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P2.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。
（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM 处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。
（3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求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。2、软件设计
（1）根据功能要求画出控制程序流程图。
（2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序
3、功能要求：
（1）水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。
（2）水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。
（3）供水系统出现故障时，自动报警。
三、课程设计的进度及安排
表1 课程设计的进及安排表
四、设计所需设备及材料
1
表2 设计所需设备及材料表
五、设计思路及原理分析
水塔水位控制原理图见图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，A接+5V，B、C接地。
图1 水塔水位检测原理图
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。
如图2：用80C51设计一个单片机最小控制系统。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。
用塑料尺、导线等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。
图2 水塔水位控制硬件图
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。
表3 水塔水位信号状态表
六、流程图及程序编写
图3 软件流程图
单片机控制程序：
#include
sbit b=P2^0;\\把P2.0定义为b；代表B传感器；
sbit c=P2^1;\\把P2.1定义为c；代表C传感器；
sbit d=P2^2;\\把P2.2定义为d；代表电机控制端；
sbit led=P2^3;\\把p2.3定义为led;代表警报灯；
sbit fly=P2^4;\\把P2.4定义为fly;代表蜂鸣器；
void delay() 延时函数；延时1s
{
unsigned char i;
for (i=0;i<20;i++)
{
TH1=15536/256;
TL1=15536%256;
TR1=1;
while(!TF1);
TF1=0;
}
}
void main()
{
TMOD=0x10;\\设置工作方式T1；
P2=0xfc;\\给P2口赋初值；
if(c==0) \\ C传感器为低电平，电机控制端赋低电平；
d=0;
if(c==1)\\ C传感器为高电平，报错，报警灯和蜂鸣器工作；{
led=0;
fly=0;
}
if(b==1&&c==1)\\ B,C传感器同时为高电平时，电机控制端为高电平，电机停转，报警灯，蜂鸣器不工作；
{
d=1;
led=1;
fly=1;
}
delay();
}
注：未运行的界面；图4 proteus仿真图
注：B,C同时为低电平，电机正常工作！图5 proteus仿真图
七、调试运行
1、软件测试：
运用Protul软件进行仿真检验。在元件库中找到所需要的元器件，把它们按照原理图的构想依次连接起来，反复检查线路会不会出错。待画完图，就可以开始仿真电路图了。
给单片机导入预先编程好的程序“.hex”文件，点击仿真。仿真图可以运行，但是电机在B,C都为低电平的情况下没有运转。说明电路有部分地方短路或者断路了，观察仿真图中的电位情况也许可以找到问题的所在。经过多次的检查发现，各点的电位并没有像想象中的那样有什么不妥。
现在就要搞清楚仿真中的元器件的所有主要参数是否和实际的参数相符合。查看资料，对于继电器，它本身的线圈电阻是在400欧左右，在查看仿真中的元器件的参数，不难发现原始数据和实际相差很大，它给的是理想线圈，也就是没有内阻。这样就如预期的那样找到电机不转的原因了。原始数据没有进行改变；查找资料，得知光电耦合器的发光二极管的压降为1.15~1.5v，最大电流为60mA，电流传输比CTR为20%~70%。通过已知的条件求出每条线路上所需要的电阻大小。对各各元器件的初参数设置完毕，启动仿真，整体像想象中的那样正常工作！软件仿真结束，仿真图里的数值引用到实际电路的焊接中。
2、硬件测试：
焊接完整体的板件，开始测试板子电路是否能够完成所需要的功能。应为电路的原版是根据仿真电路出来的，所以不一定能够一次性就完成设计。
对于板子上的元器件来说，有两个是特别容易烧掉的，PNP三极管和4N25光电耦合器。因为它们的工作电压较低和工作电流很小，所以要特别的注意。虽然已经给了足够的保护还是不能太掉以轻心要是烧了就没有其他器件可以换了。
首先，测试光电耦左边能否正常工作。把三极管的B极接于低电平，给予E极高电平，测试两管脚之间的电压降是多少。经测试三极管正常工作，可是光电耦合器的1,2管脚的电压异常偏高。断去电源，用万用表的测试端测试1,2管脚是否击穿，发现并没有完全短路，有可能是封装的时候没有装好。
其次，测试光电耦合器右端是否能正常工作。给继电器加上12v的电压，
用导线短接光电耦合器的4,5号管脚，继电器能发出啪啪声，也就是说明光电耦合器右端能够正常工作。
再次，对整块板进行调试。给光电耦合器两边电路都通上电，给三极管的B端输入一个低电平，继电器不工作。说明光电耦合器无法工作。应当更换光电耦合器；
换完光电耦合器后的检测。换完光电耦合器后进行整块板子的调试，给三极管B极一个低电平继电器能够工作。插到单片机上给一个周期性的低电平，继电器能够周期性的发出啪啪声，整体调试通过！
八、结果及分析
最后电动机正常工作，达到预期的效果。
图6 焊接电路板正反面照片
九、心得体会
这次课程设计，我学到的东西很多！可以说是先苦后甜，刚开始我先查阅了各个零件的资料，查阅了很多相关的程序进行了进一步的学习，整个过程就是从前期的懵懂-到一知半解，这个过程是艰难苦闷的，靠自己的学习和请教，请教了老师和同学终于在最后完成了这次课程设计。在设计过程也遇到问题，在电路设计完仿真出现了问题，改了很多次电机依然没动，继续参阅程序，百度，思考哪里可能有问题，后来对虚拟器件进行参数设定后慢慢的一个一个的问题给解决，电机动起来的时候，那是发自内心真正的快乐！一切变得都是值得的！
解决了仿真，开始了板子焊接，认认真真的焊接，经过几个小时的奋斗结束了焊接，高兴了不过几分钟，因为硬件的调试没有成功！用万能表查时候短路，虚焊······还是一直找不出原因。不甘郁闷了很久，没办法麻烦同学帮忙看看，在同学的帮助下终于查出是一处接错了，借了电烙铁回到宿舍继续焊接，修正了其他一些错误。
这次课程设计终于圆满结束了！这次课程设计通过查找资料和实际的焊接解决问题，把理论的知识和实际运用紧密的联系在一起，让我们对元器件的各部分功能及其运用有了更深入的了解，锻炼了我们解决问题的能力，细心仔细，认真才能避免很多错误，我想生活也是一样，对待事情都应该用全身心态度投入的态度去做。
十、参考文献
[1] 高玉良.电路与模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2011.10.
[2] 龙治红,谭本军.数字电子技术[M].北京：北京理工大学出版社,2010.7
[3] 王静霞.单片机应用技术[M].北京：电子工业出版社,2009.5
[4] 徐玮.C51单片机高效入门[M].机械工业出版社，2006.
[5] 张永枫.单片机应用实训教程[M].清华大学出版社，2008
[6] 龙治红.数字电子技术[M].北京理工大学出版社，2010.7
十一、致谢
感谢chen 老师在这两周来的尽心照顾，感谢您的耐心指导和解答。同时也要感谢给予我帮助的同学，尤其是哥在自己已经很忙的情况下，还帮我查电路，解答，能够完成这次设计没有他是不可能的，感谢哥！
十二、附录
将编程练习题，数字时钟设计的分析及完整程序附上，程序必须加上注释；
将protel 仿真练习题，protel 原理图及仿真结果图附上，并进行相应的分析。
1.整流器
按如图所示要求，建立protel 仿真原理图，要求仿真显示1u 、2u 和O u 的波形，同时改变1C 值的大小，观察O u 波形的变化。
图7 整桥仿真图
图8 改变电容后的仿真图
2.数字时钟
内容要求：
1.用7段8位的LED数码管设计出一个数字时钟，要求显示分（2位）、秒（2位）及十分之一秒即0.1秒（1位）。按下启动按钮启动数字时钟，按下停止按钮暂停计时，当再次按下启动按钮时，从当前值继续计时，当按下复位按钮时，时钟复位。
2.通过设定定时按键，对时钟的分钟进行设定，每按一次，分钟设定加1，开始时，LED灯D1处于熄灭状态，当启动计时后，计时到达设定时间，时钟复位，且LED灯D1处于一直亮的状态。
图8-1 数字时钟
在protues软件中按图8-1，建好实验电路图。按要求编写程序。
图9 数字时钟仿真图
程序如下：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar shuzi[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//是数码管的段选，数组里边的分别表示：0123456789
uchar weixuan[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //
是数码管的位选
sbit k1=P3^0; //启动
sbit k2=P3^1; //复位
sbit k3=P3^2; //停止
sbit d1=P0^0; //LED灯
uint i,second,minute,n,x,b,c,a,flag1,flag2;
void delay(uchar i); //延时函数
void shizhong(); //显示数字时钟
void dingshi(); //用于定时分钟函数
void delay5ms(); //定时5MS用于按键的消抖
void shizhong(); //时钟控制函数，包括对时钟的启动，复位，停止，设定设定的操作
void main()
{
TMOD=0x12; // 定时器1工作方式1和定时器0工作方式2 TH1=(65536-50000)/256; // 定时时间为50MS 设初值
TL1=(65536-50000)%256; //
TR1=0; // 开定时器1
EA=1; // 开总中断
ET1=1; // 开定时器T1允许位
EX1=1; // 开放外部中断0允许位
IT1=1; // 置外部中断为边沿（下降沿４）触发方式
P2=0x00; // P2口为段选
P1=0xff; // P1口为位选
while(1)
{
shizhong();
shizhong();
}
}
void dingshiqing1() interrupt 3 //用定时器1 中断号为3 {
TH1=(65536-50000)/256; //定时时间为50MS
TL1=(65536-50000)%256; //
i++; //
if(i==2) // 100ms到，即0.1秒，即0.1秒加1
{
i=0;
n++;
if(n==10) //1000ms到，即1秒，秒加1，后n要清零
{
n=0;
second++;
if(second==60) // 60秒到，即分钟加1，后秒要清零
{
second=0;
minute++;
if(minute==60) // 60分钟到，分钟要清零
minute=0;
}
}
}
}
void weidu1() interrupt 2 //外部中断1
{
unsigned int z;
flag1=1; //
b=second;
c=n;
a++;
if(a==60)
a=0;
for(z=0;z<40;z++)
dingshi();
}
void delay(uchar i)
{
unsigned char j,k;
for(k=0;k for(j=0;j<255;j++); } void shizhong() { P1=weixuan[6]; P2=smg_du[n]; //显示时钟的0.1秒位 delay(2); P1=weixuan[5]; P2=0x40; // "-" delay(2); P1=weixuan[3]; P2=smg_du[second/10]; //显示时钟的秒的十位 delay(2); P1=weixuan[4]; P2=smg_du[second%10]; // 显示时钟的秒的个位 delay(2); P1=weixuan[2]; P2=0x40; // "-" delay(2); P1=weixuan[0]; P2=shuzi[minute/10]; // 显示时钟的分钟的十位 delay(2); P1=weixuan[1]; P2=shuzi[minute%10]; // 显示时钟的分钟的个位 delay(2); } void dingshi() { P1=weixuan[6]; P2=0x00; delay(2); P1=weixuan[5]; P2=0x00; delay(2); P1=weixuan[3]; P2=0x00; delay(2); P1=weixuan[4]; P2=0x00; delay(2); P1=weixuan[2]; P2=0x00; delay(2); P1=weixuan[0]; P2=smg_du[a/10]; // 显示时钟的分钟的十位 delay(2); P1=weixuan[1]; P2=smg_du[a%10]; // 显示时钟的分钟的个位 delay(2); } void shizhong() { if((a==minute)&&(b==second)&&(c==n)) // 判断是不是到了定时的时间 { if(flag2==1) //flag2为标志位，是在按K1启动的时候启动定时的 { flag2=0; d1=0; //到了定时时间LED灯亮 minute=0; //时钟复位，即分钟，秒，0.1秒都清零 second=0; // n=0; // } } if(k1==0) //判断是不是要启动时钟 { delay5ms(); //延时消抖 if(k1==0) { TR1=1; //开定时器1 if(flag1==1) //设标志位，只有在按下定时按键才进入这个函数 { flag1=0; flag2=1; } } } if(k2==0) // 判断是不是要对时钟进行复位 { delay5ms(); if(k2==0) { n=0; second=0; minute=0; } } if(k3==0) // 判断是不是要对时钟进行停止 { delay5ms(); if(k3==0) { TR1=0; //关定时器1 } while(!k3); // } 过程控制综合训练 课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的 系统 姓名 学号 班级 成绩 水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下，或在某一小围变化，并保证物料不产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。 关键词：过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production 北京理工大学珠海学院 课程设计 课程设计（C） 学院：信息学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 201 年月日 北京理工大学珠海学院 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第 1 学期 学生姓名：专业班级：自动化 指导教师：工作部门：信息学院 一、课程设计题目水塔水位控制系统 二、课程设计内容： 1、硬件设计 （1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，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。 （2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C 电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。 （3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求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。 2、软件设计 （1）根据功能要求画出控制程序流程图。 （2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。 三、功能要求： 1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。 2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 3、供水系统出现故障时，自动报警。 四、调试 1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。 2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。 3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。 撰搞人教研室主任院长 签名 日期2010.10.6 电气工程学院 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统 系别： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师： 摘要 目前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停。要么水泵关停过早，造成水塔缺水；要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便。利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。 本文采用的是三菱FXZN型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC 构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动。 关键词：水位自动控制、三菱FX2N、水泵、传感器 目录 摘要 ............................................................................................................................................................................ I 目录 ........................................................................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1) 1.1本课题的选题背景与意义 (1) 1.2可编程逻辑控制器简述 (1) 第二章水塔水位控制系统硬件设计 (2) 2.1基于PLC的水塔水位控制系统基本原理 (2) 2.2水塔水位控制系统要求 (3) 2.3水塔水位控制系统主电路设计 (4) 2.4 系统硬件元器件选择 (5) 2.5 I/O口的分配及PLC外围接线 (6) 第三章水塔水位系统的PLC软件设计 (10) 3.1 水位控制系统的流程图 (11) 3.2 PLC 控制梯形图 (12) 3.3 水位控制系统的具体工作过程 (20) 第四章总结 (21) 参考文献 (22) 毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计 姓名：濮孝金 学号： 专业：机械电子工程 年月 摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用 到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。 为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要 的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽 水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to 实训三、水塔水位自动控制 一、实训目的 1、了解水塔水位自动控制工作原理。 2、掌握梯形图的编程方法和指令程序的编法。 3、掌握编程器的基本操作以及编程器的输入、检查、修改和运行操作。 二、实训器材 1、亚龙PLC主机单元一台。 2、亚龙PLC水塔水位自动控制单元一台。 3、计算机或编程器一台。 4、安全连线若干条。 5、PLC串口通讯线一条。 三、工作原理 水塔水位的工作方式： 当水池液面低于下限水位（S4为ON表示），电磁阀Y打开注水，S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水池液面高于上限水位（S3为ON表示），电磁阀Y关闭。 当水塔水位低于下限水位（S2为ON表示），水泵M工作，向水塔供水，S2为OFF，表示水位高于下限水位。当水塔液面高于上限水位（S1为ON表示），水泵M停。 当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵M不启动。 四、I/O分配表 表3-1水塔水位自动控制的I/O分配表 水塔上限位S1 水塔下限位S2 水池上限位S3 水池下限位S4 电磁阀Y 水泵M I0.1 24V 12V FU I0.2 I0.3 I0.4 1M 2M Q0.1 Q0.2 1L CPU 226 CN 五、I/O接线 图3-1 水塔水位自动控制的I/O 接线 六、实训步骤 1、先将PLC 主机上的电源开关拨到关状态，严格按图3-2 所示接线，注意12V 和24V 电 源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC 触点。 2、将电源线插进PLC 主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V 电源插板。 3、将PLC 主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC 串口置于STOP 状态，然后通 过计算机或编程器将程序下载到PLC 中，下载完后，再将PLC 串口置于RUN 状态。 4、接通2. 5、2. 6、2.7（2.4 不接通），否则无法正确运行演示程序。 5、按下列步骤进行实训操作： （1）拨下限开关S4，电磁阀Y 亮，下限开关S4 复位。 （2）拨上限开关S3，电磁阀Y 灭，上限开关S3 复位。 （3）拨下限开关S2，水泵M 亮，下限开关S2 复位。 （4）拨上限开关S1，水泵M 灭，上限开关S1 复位。 各种限位开关初始状态都是朝下。 七、实物接线图 图3-2 所示水塔水位自动控制接线图。 八、思考题 当水池水位低于下限水位（S4 为 ON），电磁阀 Y 应打开注水，若 3 秒内开关 S4 仍未由闭合转为分断，表明电磁阀 Y 未打开，出现故障，则指示灯 Y 闪烁报警。 电气工程学院课程设计说明书 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统系别：电气工程及其自动化 年级专业： 13级应电2班 组员：贾猛、孟令军、修圣虎、李晶指导教师：郭忠南 随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工 业控制装置——可编程控制器（PLC）。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位 进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、 逻辑电路控制、机电控制等。 本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的 导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电 信号，主控台对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警 信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。 关键词：PLC(Programmable Logic Controller) 自动化水塔水位三菱PLC 第一章研究背景 (1) 1.1可编程控制器的产生及发展 (1) 1.2PLC的基本结构 (2) 1.3PLC的特点 (5) 1.4PLC的工作原理 (6) 1.5梯形图程序设计及工作过程分析 (8) 第二章水塔水位自动控制系统方案设计 (10) 第三章水塔水位自动控制系统硬件设计 (12) 3.1水塔水位控制系统设计要求 (12) 3.2水塔水位控制系统主电路 (12) 3.3水泵电机的选择 (13) 3.4水位传感器的选择 (13) 3.5可编程序控制器的选择 (14) 3.6PLC I/O口分配 (14) 3.7PLC控制电路原理图 (15) 第四章水塔水位自动控制系统软件设计 (17) 4.1程序流程图 (17) 4.2梯形图 (18) 第五章设计总结 (23) 目录 第１章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 - 一、水塔水位 1、系统描述及控制要求 1.1 国内外发展现状调查 1.1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 液位控制系统设计 学院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 液位控制系统设计 本文主要讲了压力传感器实现的液位控制器的设计方法，以单片机为核心。通过外围硬件电路来达到实现控制的目的，根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能，具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究，还可用于生产实际，是目前比较缺少的一种产品。随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。 。关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真 0 引言 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，https://www.wendangku.net/doc/b714907107.html, （91 猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地 摘要 水塔水位控制系统，根据水位传感器得知水塔内水位情况，水位传感器分为上限位传感器和下限位传感器，还有一个直接接上5V的传感器。当水塔上限位和下限位传感器电位为0时，电机运转，期间电机状态不变，直到下限位传感器和上限位传感器的电位不为0时，电机停转。当发生下限位传感器电位为0而上限位传感器电位不为0时，电机停转并报警。水塔水位控制电路设有光耦合器，通过光耦合器的通断控制电机运转与停转。同时设有LED 灯和蜂鸣器，报警时LED灯闪烁和蜂鸣器响。水塔水位控制器系统有四种状态，分别为电机运转状态、电机停转状态、保持状态和报警状态。各种状态皆由水位传感器传来的信号来判定并由单片机输出信号来执行，由此使得水位控制在上限位和下限位之间。 水塔水位控制系统的原理 1、功能要求 1）水塔水位下降至下线水位时，启动水泵上水。 2）水塔水位上升至上线水位时，关闭水泵。 3）水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 4）供水系统出现故障时，自动报警。 2、基本原理 图1 水塔水位检测原理图 水塔水位控制原理图见图(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，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。 B和p1.0、C和P1.1之间接4.7k 的电阻（下拉电阻），目的是为了保护单片机。单片机9 课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名： 水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件 目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13) 前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。 中国矿业大学机电学院 机电综合实验中心实验报告 课程名称机电综合实验 实验名称水塔水位控制模拟系统 实验日期20１６、11、２0 实验成绩 指导教师 第一章绪论 1、1实验目得 学会使用组态软件(推荐选用组态王软件)与PLC(推荐选用ＳIMEIＮS S7-２ 0０)控制系统连接,采用下位机执行,上位机监视控制得方法,构建完成水塔水位 自动控制系统。 1、２实验要求 (1)阅读本实验参考资料及有关图样,了解一般控制装置得设计原则、方法与步 骤。 (2)调研当今电气控制领域得新技术、新产品、新动向,用于指导设计过程,使设 计成果具有先进与创造性。 (３)认真阅读实验要求，分析并进行流程分析,画出流程图。 (4)应用PLC设计控制装置得控制程序。 （5)设计电气控制装置得照明、指示及报警等辅助电路。 (6)绘制正式图样,要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro／Wｉn３2编程软件编写梯形图。 1、3 实验内容 （1）当水池水位低于水池低水位界(S４为ON表示),阀Ｙ打开进水（Y为ON)定时器开始定时; （２)阀Y打开4秒后,如果Ｓ4还不为OFＦ,那么阀Y指示灯闪烁,表示阀Y没有进水,出现故障; (３)Ｓ3为ON后，阀Y关闭(Y为OFF)。当S4为ＯFＦ时,且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON,电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机Ｍ停止。 １、４课程设计器材: (1)TKPLＣ－1型实验装置一台 (2)安装了STEP7－Ｍicro/ＷＩN32编程软件与组态软件得计算机一台。 (3）PＣ／PPI编程电缆一根。 （4)连接导线若干。 1、５ PLC得介绍 可编程逻辑控制器(PｒogrａmmabｌｅＬoｇｉｃ Controller,PLC），它采用一类可编程得存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户得指令，并通过数字或模拟式输入／输出控制各种类型得机械或生产过程。 1、5、1基本结构 PLC实质就是一种专用于工业控制得计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图所示： 1、５、2 PLＣ得特点 摘要 供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。可编程控制器( PLC) 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。本文针对目前比较流行的控制技术，利用PLC和传感器构成了水塔水位恒的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，远程监控，实现无人值守。 关键词: 可编程逻辑控制器（PLC）水塔水位自动控制 Abstract Water supply is a major industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the people's livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be timely , accurate and safely to plentifully conduct water supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We must carry out water tower water level under the control of automatic system reforming for this purpose . Programmable Logic Controller (PLC) is applied broadly in industrial control because of high reliability and higher nature price. The main body of this paper on the control technology is aimed at being popular for at present comparatively, which makes the using of PLC and the sensor to compose water tower control system of permanent water level. Water tower control system after being reformed have realized water tower water level auto-controlling system , long-range supervisory control, and nobody's value guards realization. Key wards：Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls 昌吉学院? ?毕业设计论文 题目水箱液位控制系统的设计 ? 系别物理系 专业能源工程及自动化 班级物理系B1105班 学生陈希嘉 学号 11258６２０19 指导教师李斌 ? 第一章 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1过程控制的发展背景?错误!未定义书签。 1.1.１液位控制系统设计的意义?错误!未定义书签。 1.2研究的目的和意义?错误!未定义书签。 1．3液位串级控制系统的介绍.............................................................. 错误!未定义书签。 1.４PLＣ的产生和定义 (5) 1.4．1可编程控制器的产生.......................................................... 错误!未定义书签。 １．4.2可编程控制器的定义........................................................ 错误!未定义书签。 1.４.3 PＬC的发展现状................................................................ 错误!未定义书签。第二章水箱液位控制系统总体方案的设计?错误!未定义书签。 2.1对水箱液位控制系统的内容进行论述............................................ 错误!未定义书签。 ２．2此控制系统的总体方框图?错误!未定义书签。 2.3控制算法............................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3．1PＩD算法?错误!未定义书签。 2．3.２PLC中的PID实现?错误!未定义书签。 2.3.３PID控制的各种常见的控制规律如下：............................ 错误!未定义书签。 2.3．４选择适合本系统的控制规律............................................. 错误!未定义书签。 2．4ＰＬC的组成及原理?错误!未定义书签。 ２.5PＬＣ硬件配置................................................................................. 错误!未定义书签。 ２.5.1CＰＵ的选择......................................................................... 错误!未定义书签。 水塔水位控制报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院xx年7月1日1引言该设计是针对水塔水位控制系统的要求所做。随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，其目的重在于单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。在此水塔水位控制系统中，单片机充当着主要的角色。它控制整个系统的运行，可以完成水位高低的控制。检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保 持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。2设计方案及原理2、1设计原理单片机水塔水位控制原理如图2、1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用， B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。 当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A 棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。 当水位降到下限时，B，C棒都不能与A棒导电，因此，b，c 两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。 图2、1 水塔水位控制原理图3设计方案本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。水箱液位控制系统设计说明
水塔水位控制系统课程设计报告
基于三菱PLC的水塔水位自动控制设计
基于PLC的液位控制系统设计
水塔水位自动控制
水塔水位PLC自动控制系统
液位控制系统设计说明
西门子S7-200系列PLC控制水塔水位(含程序)
液位控制系统设计
水塔水位智能控制系统
(完整版)水位控制系统设计
PLC水塔水位控制实验报告
毕业设计 水塔水位自动控制系统 -(DOC)
水箱液位控制系统的设计
水塔水位控制报告