水位控制器

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1、摘要摘要:水塔水位自动控制器主要用途是配合水泵，根据水塔水位高低的变化 来启动及停止。它给人们的生活提供了很大便利，适用于工农业及民用自动供水。 本电路包括水位检测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路，显示电路和电源 电路5部分。水位测量电路的功能是利用水的导电性检测水位的变化，水位范围 测量电路的功能是利用比较器的原理实现水位范围的确定，应根据水塔水量来调 节中水位探头及高水位探头之间的距离，应调节在水塔水满后，而水泵不应离水 工作为宜，同时利用迟滞比较器的迟滞特性避免跳闸现象。水泵开关电路的功能 是完成控制电路和水泵是否工作，显示电路的功能是显示水泵是否在工作。电源 电路则为以上电路提供直

2、流电源。以此电路设计成的水塔水位控制器能够在实 际生活中发挥很大作用，广泛用于居民用水、农业灌溉等。它便捷实用的操作为 日常生活提供了极大的便利。一、设计要求1、控制器能准确测量出水箱内的水位，能够实现水位的分段显示；2、当池中水位低于设定点的20%时水泵自动抽水；3、当水位到达高于设定点80%时水泵自动停止。二、设计目的实现当池中水位低于设定点20%时水泵自动抽水，当水位到达设定点80%时 水泵自动停止。在020%时注水时显示绿灯亮，在80%100%排水时显示蓝灯亮。 电机启动（表示电机通电的红色LED点亮）。三、方案设计与论证3.1总体方案电路图如下3.2设计思路选用较为常用的，由单片机控

3、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，采用软 件程序控制水位。在程序里设置FLAG1标志位，标志位为1代表排水阶段，为0 代表注水阶段，如图是其水位电路模型P3.1, P3.2分别接上限(水位在80%处)开关水位SW1,下限(水位在20% 处)开关SW2, SW1和SW2状态的采样，采用20mS定时中断来查询。仿真刚开始 时，上下限水位都未达到，两个开关闭上，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭, 到达下限水位时(P3.1=0 P3.2=1)，保持原来状态，到达上限水位时3.1=1 P3.2=1)，电机停止，红灯灭，绿灯灭，蓝灯亮

4、，FLAG1置1，接下来是排水， 当未达到下限水位时(P3.1=0 P3.2=1)，保持原状态，到达下限水位时(P3.1=0 P3.2=0)，需要注水，FLAG1清零，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭。3.3.元器件的选择水位控制系统选用（80C31）、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩 展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成，见附录一。附录二为系统硬件电 路。由于所采用的信号是频率随水位变化而变的脉冲信号（开关量），因此电路 设计中省去了 A/D转换部分，这不仅降低了硬件电路的成本，而且由于采用数字 脉冲信号通信，提高了系统的抗干扰能力、稳定性和精度。输入的可变脉冲信号 送到80C3

5、1的P10和P11脚电平，当接收到信号时，输入脉冲使其输出高电平， 而无信号输入时，无触发脉冲，此时翻转为低电平。程序控制80C31周期性地对 P31和P32脚电平进行采样，达到控制的目的。实验中是以MCS51系列弹片机 8031作CPU。其中8031的时钟频率为6MHz。由于8031没有内部ROM,因此需外 扩展程序存储器。本系统采用2764EPROM扩展8K程序存储器，对应地址空间为 0000H1FFFH。3.4.原件清单名称数量电容22P2晶振6MHZ1直流电机17407374LS042电解电容10u1BUTTON开关3680欧姆电阻3LED灯310K电阻15V直流电压源180C3112

6、732174LS3731三、整体原理图1、水塔水位控制系统1）水位检测接口电路为了便于实现水位检测功能，将单片机的P3.1端口接上限开关KEY1, P3.2 端口接下限开关KEY2。水位到达下限，此时下限开关置1,绿灯亮；否则为0， 绿灯灭；同样，水位到达上限，此时上限开关置1,蓝灯亮；否则为0,蓝灯灭。 单片机检测水位，当缺水时（此时两个开关均置0）,电机必须带动水泵抽水；若 水位在正常范围内时，下限开关KEY2置1，上限开关KY1置0；当水位过高时， 单片机检测到P1.0和P1.1为高电平后，立即停止电动机工作。考虑到实际情况, 在水位上升过程中，下限开关必先于上限开关按下，所以下限开关K

7、EY2置0, 上限开关KY1置1情况不存在。，故检查水位上升时只需检查上限开关是否按下 就可以知道水位是否到达正常值2）存储器扩展接口电路为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片8KB的程序 存储器，用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P0. 0P0. 7 通过分时复用方式分别接锁存器74LS373的DOD7和存储器2732的Q0Q7端, 地址锁存信号线ALE接锁存器的OE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传 输，锁存器的输出端Q0Q7与存储器地址线A0A7相连，剩余的4根地址线A 8A11接P2. 0P2. 3。单片机选通引脚接存储器OE端，因只扩展一片存

8、储器, 片选端CE接地。74LS373为三态输出的八D透明锁存器，共有54S373和74LS373两种线 路结构型式，其主要电器特性的典型值如下（不同厂家具体值有差别）：型号TPD PD54S373/74S373 7ns 525mW54LS373/74LS373 17ns 120mW373的输出端OOO7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动 负载或总线。当OE为高电平时，Q0Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总 线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时, D被锁存在已建立的数据电平。当

9、LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流 和直流噪声抗扰度被改善400mV。3.）核心芯片AT89C51单片机3.AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称 单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非 易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由 于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在

10、单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种 高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控 制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3所以。2、流程图开始给定吋器0设置模 式+赋初始值水位注入到上限位 标志位FLAG1清零I厂厂卜!fU午TO中斷，卄总 中断,TO开始汁时i”:I I熄灭匕限灯点亮 卜限灯+电机丄动卜T0中断服务流程图、丨一阳防”gi他剁1-胡峡 标占怪可mi是否対 、I? /xptttSttw艾标丄切设置站1熄火卜限灯m 上限m电机停止限吓知I熄虑上限灯，点亮丨 v限m电机启动社陀.四、结论 ：P1.1接的是上限灯，P1.

11、2接的是电动机和代表电动机的红灯，P1.3接 的是下限灯，P3.1接的是上限开关，P3.2接的是下限开关。按照下面顺序仿 真：（1）关闭开关SW1, SW2,表示缺水，开始注水，电机启动，红灯亮， 绿灯亮，蓝灯灭（2）关闭SW1，打开SW2,表示到达下限，状态保持不变（电机启动， 红灯亮，绿灯亮），（3）打开SW1，SW2，表示注水到达上限，电机停止，红灯灭，绿灯灭, 监灯亮，（4）关闭SW1，打开SW2，开始排水，保持状态不变（电机停止，红灯灭，绿灯灭，监灯亮)，(5) 关闭开关SW1, SW2,表示排水排到20%处，开始注水，电机启动， 红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭。五、心得体会：经过这次实验设

12、计，对protues有了进一步了解。在理论与实际的结合 中，对书本的知识有了更加深入的认识。这次的实验实践，让我更熟练的掌握了 keil软件的简单编程方法，对于水位控制的工作原理和使用方法也有 了更深刻的理解。这的实习，使我充分认识到了模电和数电显示生活中的实用 性，都是我们日常生活中很方便的电路系统。由于是自主设计，自己必须翻阅 好多资料，尤其在选用那些不常见的器件时，让我不仅增长了知识,更重要的 是学会了如何运用知道的知识进行创造。培养了自己的一种创新和动手能力。 次此设计增加我们的动手能力和思考能力，以及对电路的审查能力和调试能 力，对错误的审查和改正。在理论的运用中，也提高了我们的工程

13、素质。刚 开始学习使用protues软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己 想出来的一些认为是对的程序l连接到PROTUES时，问题出现了。最后通过 对实际问题分析，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之 处。通过这次实训，使我更加坚信“千里之行，始于足下”这句话，刚开始 拿到题目，觉得很难，只要你勇于思考，勇于探索，最终顺利地完成了此次 实训，使我的动手实践能力也得到很大的提高。设计过程中得到同学的意提 醒，再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的， 只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，所以说学习要善于 向别人请教，学思结合，才能更快的进

14、步。附录一程序:FLAG1 BIT OOh ;水位注入到上限位标志位，水位未到上限位为0,到上限位 为1ORG 0LJMP STARTORG OBHLJMP TSORG 0030HSTART: CLR FLAG1MOV TMOD,#O1HMOV TH0,#0D8H;定时 20msMOV TL0,#0F0HSETB EASETB ET0SETB TR0CLR P1.1；熄灭上限灯SETB P1.3；熄灭下限灯SETB P1.2；电机开始启动SJMP $TS:MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HJB P3.1,MAL ;在规定的时间内，水位到达上限位，则开始正常，开始 排水，否则表

15、示电机发生故障JB FLAG1,XIAJNB P3.2,NEXTCLR P1.1；熄灭上限灯SETB P1.2；电机开始启动SETB P1.3；点亮卜限灯SJMP NEXTMAL:SETB FLAG1;水位注入到上限水位标志位清零，此时说明电机工作正常，水位到达上限位，开始排水CLR Pl.2;电机停止工作SETB P1.1;上限灯亮CLR P1.3；熄灭下限灯LJMP NEXTXIA:JB P3.2,NEXT ;如果水位还没到达下限水位，则表示水位还没下降到需要注水的地步,继续泄水SETB P1.2；电机状态灯亮，表示电机又开始工作SETB P1.3；点亮卜限灯CLR P1.1；熄灭上限灯CLR FLAG1NEXT:RETIEND附录二仿真图C1IIrr-|1 2MHZ CRYSTALJ4：AU5：A7407B0C31LED-GEEN74LS0402肉SLUEHXTAL1CTAL2PQO