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1、济南大学毕业设计摘 要全自动水塔控制监测系统，改变了传统水塔利用水的导电性，在不同高度安装3根金属棒用来感知水位变化的检测方式。本设计结合了当今先进的研究成果优化了水位变化信号的检测端，基于单片机的水塔水位控制系统可以使水塔水位自动保持在一定的范围之内，同时让水塔有足够的储水量满足用户需要。除此之外本系统还具有空塔报警、溢塔自动处理、用户设置水位上限、液晶屏显示当前水位等功能。所以这是一个可靠、高效的水位监测与控制系统。本设计通过一个安装在水塔内部的电容式液位传感器，采用的电容式传感器结构是一种低成本、重复性好、灵敏度高、测量稳定的传感器信号变换电路。它利用CAV424单一或差动电容式信号转换
2、电压输出集成电路，依据液面高度与传感器电容量成单调函数的关系，通过单片机计算水位高度，最后再经电磁阀对进水进行控制，实现了水位测量与控制系统的要求。关键词：单片机；水位检测；电容传感器；ADC0832；CAV424- I -ABSTRACTAutomatic water tower control monitoring system, changed the traditional water tower using electrical conductivity of water, at different heights to install 3 metal rod used to sen
3、se water level change detection method.This design is a combination of todays advanced research results to optimize the water level change signal detection, the water tower water level control system based on single chip microcomputer can keep the water tower water level automatically within a certa
4、in range, and let the water tower has enough supply to meet user needs.In addition this system also has the air tower alarm, automatic processing, user setting upper limit of water overflow tower, LCD screen displays the current water level, etc.So this is a reliable and efficient water level monito
5、ring and control system. This design through a capacitive liquid level sensor installed inside the water tower, the structure of capacitive sensor is a kind of low cost, good repeatability, high sensitivity, measure the stability of the sensor signal conversion circuit.It using single CAV424 or diff
6、erential capacitive signal voltage output integrated circuit, based on the liquid surface height and capacitance sensor into a monotonic function, the relationship between water level through the calculation of single chip microcomputer, and then the electromagnetic valve to control the water, water
7、 level measurement and control system is realized. Key words： microcomputer； power system；liquid level measurement；capacitive sensor；ADC0832；CAV424- II -目 录摘要IABSTRACTII1 前言11.1 选题背景及研究意义11.2.1 水位检测与控制的概念21.2.2 水位检测技术的研究现状21.3 课题主要设计内容及要求31.3.1 课题设计内容31.3.2 课题设计要求32 水位检测与控制系统相关原理42.1水塔工作原理分析42.1.1 水
8、塔工作原理42.1.2 水塔的的水位检测与控制系统52.2 水位检测系统62.2.1 电容式水位传感器的原理62.2.2 CAV424电容式信号转换电压输出集成电路72.3 水位控制系统102.3.1 单片机控制原理102.3.2 电磁阀控制原理103 系统硬件设计123.2 系统电路组成及设计说明123.1 硬件设计工具简介123.3 各部分电路设计133.2.1 电源电路设计133.2.2 MCU主控电路设计143.2.3 显示单元电路设计153.2.4 ADC0832电路设计163.2.5 传感器信号转换电路设计183.2.6 电磁阀控制电路设计194 系统软件设计204.1 软件设计任
9、务204.2 程序算法设计20- III -4.3 软件设计工具简介204.3.1 Keil Vision4程序编译调试软件204.4 软件设计流程224.4.1 主程序流程图224.4.2 单片机程序流程图235 系统测试与结果分析24结论26参考文献27致谢28附录29- IV -1 前言1.1 选题背景及研究意义水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。水塔水位的单片机控制系统水塔水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。
10、水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；在水塔水位达到正常水位的时候自动关闭电机，停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报，以及时排除故障，随时保证水塔的对外的正常供水作用1。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用水位传感器测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常3。因此，这里给出以AT98C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统，该系统能实现水塔水位检测、L
11、CD1602显示当前水位功能以及蜂鸣器鸣笛报警，实现过低警戒水位报警、过低警戒水位处理的系统要求2。随着近代科学技术的发展和新材料新器件的开发，采用传感器研制水位计近年来有较大发展。主要采用的传感器有超声波、光电、压力、接触式、浮于式等几种。超声波式水位计是将换能器向水面发射超声波，测量超声波传播时间，计算出水位。压力式水位计也是不需要水位测并，其基本原理是测量静水压力来实现水深的测量，已采用过波纹管和水银位移式压力传感器等方法。固态压力传感器由于其灵敏度高、体积小、寿命长、且有抗腐蚀性而受到重视，但由于半导体传感器受温度影响大等原因，使其实用受到限制。近年来固态传感器温度自动补偿问题有了进展
12、，固态压阻式水位计已经得到应用3。接触式水位计使用机电的方法用探头跟踪井内水面高低变化测量水位，已在少数领域使用，浮子式水位计，利用水球（或其它浮子） 作敏感器件，避免了温度、湿度等因素的影晌，性能稳定，工作可靠，因而得到长期使用和发展。 单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家
13、用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。虽然单片机的引入使控制系统大大“软化”，但与其它计算机应用问题相比，单片机控制应用中的硬件内容仍然较多，所以说单片机控制应用有软硬件相结合的特点。为此，在单片机的应用设计中需要软、硬件统筹考虑，设计者不但要熟练掌握汇编语言等编程技术，而且还要具备较扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。更重要
14、的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现4。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如，本文所要论述的基于单片机的水塔水位控制系统。 1.2 水位检测与控制相关介绍1.2.1 水位检测与控制的概念一般意义上来说，所谓的水位检测与控制系统就是采用能够测量水位的传感器来获得容器内水位数据，并且依据检测到的数据通过开关或阀门对容器内液位进行控制的一套系统。如今，液位测量技术已经广泛被工业生产各个领域用到，不仅对精度有较高的工业要求，而且需要适应特殊的工业环境需要。不同行业对精度，稳定性
15、，数字化程度有着不同的标准。现如今，各种类型的水位检测手段层出不穷，功能更加完善，各项性能指标也不断提升到更高的水平，更加数字化、更加智能化、更加自动化的水位测量仪器投入使用到了工业生产过程中。1.2.2 水位检测技术的研究现状水位监测最近几年才兴起的，他结合了计算机控制，自动化以及硬件综合的一门科学技术。对于电容式水位测量技术的研究，国外的起步远早于国内在这方面的研究，一些著名的跨国公司如 E+H 公司、美国 Honeywell 公司、DREXELBROOK 公司等，在液位检测方面都有自己一定的研究成果。当前，国外电容式水位测量技术的特点是自动化水平高、测量精度高，使用 Honeywell 协议、HART 协议等智能通信协议，实现了从控制室到现场仪表的智能系统。现如今这些技术产品已应用于煤油、化工、电力、水利、食品、医药、造纸、采矿、汽车等各个行业。如，由美国DREXELBROOK 公司所研制的 DR7100-A1电容式液位计：输出达到+2uA，精确度达到0.05%，耐压，带有人机界面等。水位检测广泛应用于测量和控制领域，各种类型的水位检测装置也不少，根据其工作原理可以简单分为浮子式、超
