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1、水塔智能水位控制系统设计摘 要水塔水位的控制系统是我国供水系统较为常用的，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定的范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而智能控制系统的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，方便生活的水塔水位控制的理想装置。本设计介绍的是一种由AT89C51单片机为主控元件的电压传感器的水塔水位测量系统。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。测量时首先由安装在塔底的压力传感器感应被测水位高度
2、并将其转换成电信号，经过信号调理电路进行滤波、放大，输出相应的直流电压信号，然后输入到串行的A/D转换器中进行模-数转换，模-数转换以后得到的数字信号直接送入单片机，经过单片机分析处理后根据相应的结果通过继电器对水泵电机进行控制，从而进行对水位的控制，于此同时将测量结果显示出来。关键词:单片机;压力传感器;水位控制Water towers intelligent water level control system designAbstract Water towers water level control system is relatively commonly used in the
3、Chinese water supply system; the main problem of the water towers water supply is the water level in the water tower should always remain within a certain range, to avoid the “empty tower”, “overflow” tower phenomenon. Traditional control mode exist the shortcoming of control precision low, energy c
4、onsumption big, and the cost of intelligent control system is low, easy installation, and good sensitivity, it is the ideal device to save water, to facilitate the life of the water towers water level control. This design introduces is AT89C51 microcontroller as a master component of the voltage sen
5、sor of the water towers water level measurement system. The pressure sensor is generally composed by the elastic sensing element and displacement sensitive components. The role of the elastic sensing element is to make tested pressure in a certain area and converted to displacement or strain, then t
6、he displacement sensitive components or strain gauge is converted to a certain relationship with the pressure of the electrical signals. First the pressure sensor installed in the bottom of the sensor measured the height of water level measurements and converted into electrical signals, after the si
7、gnal conditioning circuit filtering，amplification, output DC voltage signal, the enter the serial A/D converter for analog-digital conversion, after analog-digital conversion, the digital signal directly into the microcontroller, after microprocessor analysis processing according to the results thro
8、ugh a relay to control the pump motor, thus control of water level, at the same time the measurement results are displayed.Key words: SCM; pressure sensor; water level control目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1水塔水位的产生背景11.2水塔水位的研究现状11.3单片机的发展趋势及应用31.4设计中水泵的工作方式31.5本次设计的内容4第2章 方案论证52.1 采样模块62.1.1 继电器开关式62.1.
9、2 压力传感器72.2 模数转换72.2.1 AD转换器的分类72.2.2 串并行AD转换器的选取72.2.3 AD转换器芯片型号的选取82.3 控制模块82.3.1 继电器的介绍82.3 显示模块102.3.1 LED显示器102.3.2 LCD显示器10第3章 硬件方案设计123.1 单片机AT89C51123.1.1 主要特性133.1.2 管脚说明143.2 压力传感器183.2.1 技术参数183.2.2 特点193.2.3 工作原理与电路图203.3 A/D转换器TLC0834203.3.1 TLC0834主要特点203.3.2 工作特点213.3.3 引脚功能223.4 LCD显
10、示器233.4.1 1602显示器主要技术参数243.4.2 1602LCD特性243.4.3引脚功能243.5 继电器输出253.6 报警263.7 电子狗及复位273.7.1 X25045引脚图273.7.2复位电路283.7.3 单片机与电子狗、复位电路图283.8稳压电源293.8.1 稳压电源工作原理293.8.2 LM7805303.9时钟电路31第4章 软件方案设计334.1 水塔水位控制主程序334.2 中断报警程序344.3 看门狗程序35第5章 总结37参考文献38致 谢39附 录40 VI第1章 绪论1.1水塔水位的产生背景从古至今，洗衣做饭、灌溉农田，水资源一直都在人们
11、日常生活和生产中起着至关重要的作用，突然断水，不仅会给人们的生活带来大大的不便，而且如果长时间缺水，则很有可能造成严重的自然灾害甚至更大的损失。因此，供水系统往往是建筑、生产或企业中最重要的基础设备之一。然而，随着社会经济的飞速发展，人口密度的不断增加，水资源的利用率与节约用水意识就相对越发重要了。在工业与民用建筑中，水塔是一种比较常见而又特殊的建筑，水塔是用于储水和配水的高耸结构，用来保持和调节给水网中的水量和水压，如果水塔的施工质量不好，轻则会造成渗漏水浪费水资源，重则报废不能使用。针对水塔的工作过程和性质，水塔水位的检测与控制是其重中之重，用水者使用水会导致水塔水位的下降，为了保证用户的
12、用水需求不会造成断水现象，水塔内应始终存有足够量的储水，这时需将水塔内设置一个水位下限值，当水塔内水位达到下限值时就需要向水塔内注水；但同时水塔内的水位又不能使水溢出水塔造成水资源浪费，这时候又需要给水塔设置一个水位上限，当水位达到水塔上限值时应立即停止向水塔注水。在这个不断循环的过程中，如果通过人工监测水位控制水塔内水量会浪费大量的人力资源，因此，在现代水塔供水系统中采用智能水位控制是不可避免的趋势。1.2水塔水位的研究现状在水塔供水系统中，水塔必须满足两个前提：第一，保证水塔内水量，不能造成缺水现象；第二，保证水塔内蓄水不溢塔，造成水资源浪费。而现阶段的水塔智能控制系统设计中采用三种手段可
13、实现上述功能：（1）PLC水塔水位控制系统：设计在蓄水池和水塔分别各自采用一个液位传感器，以为量取其各自的高低水位。他们传输的数据传往PLC（可编程逻辑控制器），然后经由PLC进行数据处理、比较，最后输出控制水泵和电磁阀。系统通过PLC启动后，当水池液位低于水池传感器下线液位时，电磁阀打开，开始往水池里注水，过5S以后，若水池液位没有超过水池传感器下线液位时，则系统发出警报。待水位开始上升并被相应的液位传感器检测到时自动熄灭报警。若系统正常，此时水池传感器下限液位向PLC输入一个固定值，表示现在水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位时，电磁阀关闭停止向水池注水；当水塔水位低于水塔下限时，则水
14、塔传感器下限水位检测不到有水，水泵开始工作，向水塔供水，当10S以后，若水塔液位没有超过水塔传感器下线液位时，则发出警报。（2）单片机智能水塔水位控制：该系统中，单片机是控制的核心模块，分析处理传感器检测的数据，接收或发送数据等，除此之外，该系统还包括了以差压传感器为主的信号采集模块，以水泵为主的注水启停驱动模块，及报警、显示模块等。首先通过传感器实时检测水塔水位，然后把水位数据传送到水塔处的单片机，单片机把数据与所设定的水位上下限作比较，如果水位低于下限，则启动抽水机抽水，保证水塔的水足够，如果水位达到了上限，则及时停止抽水，防止“溢塔”而浪费水，并且水位的上下限随时可以根据实际情况由拨码开
15、关进行调整；同时该单片机控制无线发送器把水位数据发送到中央控制室的单片机处显示，实现实时监测目的。（3）光纤传感器在水塔水位检测中的应用研究：该方案的检测系统分别由中央控制式的中央监控单元和现场采集单(或数据采集单元)组成。现场采集单元对水塔的水位信号进行数据的实时采集，同时完成数据统计、存贮；中央监控单元可以定期或不定期地从现场采集单元获取数据并完成图像监测、数据统计、报表、打印及数据库管理。而中央监控单元和现场采集单元之间通过CAN总线连接在一起，在这个网络中，中央监控单元处于主控位置，而现场采集单元可以随时响应中央监控单元的命令。其现场采集单元由单片机8C552及采集、存储、显示、遥控和通信模块组成，每个现场采集单元可与光纤液位传感器及光纤液位报警器等16个设备相接。之所以应用CAN总线网络结构是由于CAN网络具有方便灵活、突出特性，抗干扰性、可靠性、实时性等特点。所有的光纤液位传感器及光纤液位报警器都可以通过一对双绞线串接在一起，节省了空间、简化了布线。1.3单片机的发展趋势及应用单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外
