基于单片机的水位检测与控制系统方案

word专业整理学习资料整理分享电子信息工程实验教学中心《综合课程设计》设计报告设计题目基于单片机的水位检测与控制系统年级专业学号姓名成绩2012电子信息工程评语：完成日期：2015/6/30word专业整理学习资料整理分享目录摘要..............................................................11绪论...........................................................21.1项目研究背景及意义........................................21.2课题现状32总体设计方案及论证.............................................32.1总体方案设计..............................................33硬件实现及单元电路设计.........................................43.1设计原理..................................................43.2设计方案..................................................53.3传感器模块................................................53.3.1传感器的选择........................................53.4系统工作原理.............................错误!未定义书签。3.5水位显示电路..............................................73.6外部晶振时钟电路的设计..................................73.7时钟电路的设计............................................83.8自动报警电路..............................................83.9中央处理器模块............................................93.10继电器控制模块............................................93.11水位检测系统仿真图144软件设计......................................................134.1主程序工作流程图.........................................135总结..........................................................156参考文献......................................................15附录............................................................16附件1：原理图....................................................16附件2：仿真图....................................................16附件3：元件清单..................................................17附件4：程序......................................错误!未定义书签。word专业整理学习资料整理分享摘要随着社会的发展，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，在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的4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。其目的在于对单片机技术的应用，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STC89C51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软件环境下模拟仿真。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。关键词：水位传感器STC89C51word专业整理学习资料整理分享1.绪论1.1项目研究背景及意义在工农业生产中，常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。本设计是利用STC89C52单片机设计一种水位控制系统。主要是基于单片机的硬件设计以及程序设计,包括测量电路部分、液位实时数显输出部分以及液位控制部分，还在此基础上添加蜂鸣器。本设计只是概念性设计了电路部分，并不涉及具体的数值设定，经过了实际应用检测。该系统实现了水位监测，水位控制，水位显示，故障报警功能。在设计中主要采用了传感技术、单片机技术、弱电控制强电技术、C语言编程等技术。本文还讲述了水位控制系统工作的基本原理，介绍了电路接口原理图，给出了相应了设计流程图和C语言程序。本文主要是为了更多得了解单片机，掌握单片机的组成部分和控制原理，最终达到设计出“单片机水位控制系统的”的目的。实验证明，单片机控制的水位控制系统的硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，充分发挥了单片机的性能，可以大大的提高单片机的开发效率。1.2课题现状目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中，数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求，往往需要对大批数据进行记录，对其进行后期处理分析，实现差错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据，得到可靠的分析资料，往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量数据长时间，多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随即存储器RAM，只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。word专业整理学习资料整理分享中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令。CPU功能，是以不同方式来执行各种指令。有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系。总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。2.总体设计方案及论证2.1总体方案设计通过水的导电性，在水位到与未到的差别形成鲜明的高低电平并利用单片机强大的数据处理能力对收到的数据进行解码、判断，做出相应的显示处理、驱动继电器打开或关闭相应的电子阀门。设计要求：⑴利用单片机及扬声器、水位传感器等器件设计；⑵将探测到的水位变化信号转换为电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机；⑶单片机对送入的信号进行数据处理，在LED上进行水位显示，超出水位警戒线时发出报警提示。原始数据：水位传感器；51单片机；蜂鸣器。主要任务：⑴根据技术要求和现有开发环境，分析设计题目；⑵设计系统实现的方案；⑶设计并绘制电路原理图；⑷画出功能模块的程序流程图；⑸使用C语言编写实现程序；⑹结合硬件调试、修改并完善程序；⑺编写项目报告。对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现。同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率。在设计过程中我们采用了软硬件双结合的方式，软件设计的方法简化了硬件的要求，为设计创造了条件。单片机采用的STC89C51的单片机。（图1-1系统整体方案）STC89C51单片机模块复位电路蜂鸣器继电器控制端单位数码管显示状态指示灯晶振电路水位传感器模块word专业整理学习资料整理分享3.硬件实现及单元电路设计3.1设计原理单片机水塔水位控制原理如图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。图1水塔水位控制原理图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。3.2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4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1水位和4水位内，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。水塔水位的硬件原理图如图2所示。word专业整理学习资料整理分享图2水塔水位的硬件原理图3.3传感器模块3.3.1传感器的选择此设计最重要的模块之一就是水位传感器了,因为这个模块的准确性直接决定了水位控制的准确性.如果传感器选择得不可靠,可能造成数码管所显示值非水池中的真实水位值;可能造成错误报警;错误加水或错误放水等可能.水位的高度检测也可有多种选择,如①超声波；②电容传感器；③红外传感器；④利用水的导电性直接感应电流的通或断来判断水位是否到达了相应的水位线方案一、使用超声波传感器。超声波具有不受被测的深度和导电性影响的特殊性，但精度不高，价格昂贵；这种产品不具有市场竞争力。再者，这种传感器与单片机的接口较复杂，需要模/数之间的转换。方案二、使用电容式传感器。容易实现，但要求水位的变化较为缓慢，距离不能太远。方案三、使用红外传感器，利用水面和容器的反射构成薄膜干涉，当有水时，由于水面反射光的干涉，使得红外线传感器接收不到相应的信号，由此可以探测到水位高度。但是，同样地这种传感器价格也很昂贵，而其安装起来也不太容易。方案四、利用水的导电性,直接感应电流的通或断来判断水位是否到达了相应的水位线。这种方式不用额外的开销，而操作安装简单，其安装高度较为灵活。如下示word专业整理学习资料整理分享意图图3水位传感器示意图3.4系统工作原理当水箱里的水位在低水位的时候传感器传给稳压电路一个低电平，低电平通过稳压电路里的PNP三极管、电容、电阻转换成低电平。单片机收到低电平，表示水箱里没有水了需要系统开始运作，给水箱加水，蜂鸣器报警。水位达到高水位时传感器同时传送给单片机一个低电平，红灯闪烁频率加快，蜂鸣器报警频率加快。同理，水位