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1、单片机原理与应用讨论课水塔水位控制器班 级：10级卓工机电 成 员：叶绵庶 刘毅 指导老师：王洪波主要内容一、水位开关的类型二、设计方案三、使用操作说明研究的背景与意义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
2、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TA89S51单片机，具 有水位显示、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。水塔水位控制器的类型1、通过浮球开关来控制水位。基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球，浸在水 中时浮力大，可以控制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上 升，带动球阀运动，使阀门关闭，停止进水，当水少了，浮球下降 ，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器 和卫
3、生间的冲水器上。 还有一种是带干簧管的微型浮球开关，由 外面的带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合，从而控制水位，多 数应用在清水的水位控制，易受污物影响，不适用在污水上。第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一弹性电线与水泵连接，可 用于水塔、水池水位高低的自动控制和缺水保护，允许接的用电器 是220V,10A左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线 长度，决定水位的高低。这种水位开关价格便宜，对于一些要求不 太严格的场合适用，有一定耐污能力。但存在这样的问题：浮球易 受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同 一小水箱里不宜使用多个，否则会相缠绕。使用寿命相对短些，而 且
4、多数直接接220V,存在一定的安全隐患，终有一天因为电线破损而 漏电电人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装 置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线 进行修理。2、通过非接触式的水位开关来控制 例：超声波液位控制器。液位控制器的探头产 生高频超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉 冲会在容器壁和液体中传播，还会被容器内 表面反射回来。通过对这种反射特性的检测 和计算，就可以判断出液位是否达到了液位 控制器安装的位置。液位控制器输出继电器 信号，来完成对液位的监控。主要用于监测 储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是 否有液体存在，储罐材质可以是各类金属、 金属或不发
5、泡塑料。这种方式不受介质密度 、介电常数、导电性、反射系数、压力、温 度、沉淀等因素的影响，所以适用于医药， 石油，化工，电力，食品等行业的各类液体 液位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品 液体的检测，该产品更是理想的选择，但在 有泡沫的情况下也易出现误动作。3、水位继电器。本产品采用集成 电路，并结合高层楼宇上、下 水池的水位分级提升进行设计 ，具有上下水池联合控制、水 池排水及缺水保护等功能，可 实现水箱补水、排水，并有效 防止水池水位过高溢出或溢出 空转损坏。效果还可以，这种 方式怕水垢，水垢厚了就就容 易误判。4、通过电子式水位开关和搭配的水位 控制器(BZ201、BZ202)来控制，
6、 电 子式水位开关原理是通过电子探头 对水位进行检测，再由水位检测专 用芯片对检测到的信号进行处理,当 被测液体到达动作点时，芯片输出 高或低电平信号，再配合水位控制 器，从而实现对液位的控制。不需 浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污 耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安 装,该种水位控制器有较强的耐污能 力和较强的防波浪功能，适宜长时 间浸在水中,工作电压是直流5-24V， 很安全。这种方式较实用，耐污， 寿命长，安全。最大的优点是:安全耐用、稳定可 靠、耐污耐水垢能力强、接线简单 、安装非常方便。基于单片机的全自动水塔水位控制器。该系统为一个液位控制系统。组成部分：控制部分和执行部分 组成。控
7、制部分：单片机最小系统模块 、键盘模块、传感器、A/D转换 器、显示模块、电源模块等。执行部分：主要由水泵装置组成 。整个系统实现对数据的采集运算 ，对液位参数的设置，对采集数 据的显示和水泵装置的控制。水塔水位控制原理图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。正常情 况下，水位控制在虚线范围之内。在水塔内的不同高度 处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C。用以反映水位 变化的情况。A棒在下限水位B棒在上、下限水位之间 ，C棒在上限水位，水塔由电机带动水泵供水。单片机 控制电机转动，随着供水，水位不断上升当水位上升 到上限水位时，由于水的导电作用。使B、C棒均与+5 V 连通。因此b、C两端的
8、电压都为+5 V即为。l”状态，此 时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处 于上、下限之间时。B棒和A棒导通而C棒不能与A棒导 通，b端为“r状态。C端为“O”状态。此时电机带动水泵 给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断 下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位 置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态 。此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水主板: 主要是由TA89S51、24c04存储芯片和一些外围电路构成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
9、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脚第1、2、3、4、7脚接地第8脚接电源第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TA89S51各引脚功能如下：24C204各引脚功能 ：光耦各引脚功能主要芯片资料应用说明输入、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：引脚说明 TA89S51单片 机的外形结构 为40条引脚双 列直插式
10、封装 ，其引脚排列 如图:水位传感器定义:能将被测点水位参量实时地转变为相应电量信号的 仪器。 概述:LC-SW1型水位传感器由全密封隔离膜充油传感器和 内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂 移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协 议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性极好的特点. 应用:广泛用于水厂、炼油厂、化工厂、玻璃厂、污水处 理厂、高楼供水系统、水库、河道、海洋等对供水池、配 水池、水处理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池 及对各种液体静态、动态液位的测量和控制。 原理:容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到 控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号
11、与设定信号 进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动 阀发出“开“关“的指令，保证容器达到设定水位。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。稳压电路的设计 此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管 为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16 为上拉电阻起限压控流作用 光报警显示电路
12、该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R7、R8 、R9、R10以及D7、Q3等组成。当水位在低水位时单片机给 P1.1送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q3导 致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水 继电器控制水泵加水电路 电源电路虽然简单，但需要功能可靠，所用采用两个三端集 成稳压器7812、7805，可以方便的实现此功能。电源电路 程序框图及说明水塔水位状态指示满水位:红灯亮、无音频信号低水位低水位: :黄黄灯亮、高音频信号灯亮、高音频信号正常水位正常水位: :绿绿灯亮、中音频信号灯亮、中音频信号当红、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。状态指示灯设计：红灯闪烁高水位警告三盏灯常亮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水塔水位状态 指示满水位: 红灯亮低水位: 黄灯亮正常水位: 绿灯亮问题 1问题 2改进电电机停止时时 工作采集信 号出现现突变变传传感器接收 信号与实际实际 水位高度有 一定的偏差可增加防漏 功能 一旦发发 现现水体泄露 即可自动动中 断当前操作系统完善谢谢 观赏
