基于单片机的水塔水位控制系统方案

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1、 摘 要水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机STC89C52进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并采用C语言编写控制程序，从而实现电机的调速。最后，使用带字库的LCD1602液晶屏显示当前水位状态以与电动机的转速。该系统实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以与正常水位处理、手动按键调整PWM(Pulse Width Modulation)电机调速等功能。本系统适应

2、在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。关键词：单片机控制；水位检测；LCD1602显示；PWM电机调速ABSTRACTThe water tower is commonly seen in daily life and industrial as application of storage device. The system is based on single-chip microcomputer control system help to keep water towersin certain water level and a

3、ccording to the automatic level of control to supply the needs of water. Water level sensor is used for towers on the examination detect signal and transfer the signal to STC89C52, through the adjustment of the time to increase or narrow the duty ratio, and using C language program, so as to realize

4、 the compilation control of motor speed. Finally, current levels and motor speed are shown with 1602 LCD screen in this system. This system realizes the buzzer low level alarm, low whistle warning level automatic processing, normal level alarm or normal water buzzer sirens and manual buttons Pulse W

5、idth Modulation. This system realizes the automatic control in different water situation of water to save the working time, speed, and also improves the overall efficiency of water towers.Key Words：SCM control; Water detection; LCD1602 display; PWM motor speed;目录1引 言11.1课题简介12系统的整体方案设计32.1功能要求32.2设计

6、要求32.3系统基本方案选择和论证32.3.1单片机芯片的选择方案论证42.3.2显示模块选择方案论证43系统的硬件设计53.1电路设计框图53.2MCU主控芯片简介53.2.1主控制器芯片STC89C52概述53.2.2芯片下载程序73.3液晶屏1602的简单介绍73.3.1液晶屏1602的简要概述73.3.2液晶屏1602的使用具体83.4系统功能电路123.4.1最小工作系统原理123.4.2蜂鸣器报警电路原理143.4.3电机驱动电路原理143.4.4按键功能电路原理153.4.5液晶1602显示功能电路图153.5系统总体原理图设计164系统的软件设计174.1编程语言介绍174.1

7、.1C语言简介174.1.2C语言的特点174.1.3C源程序的结构特点184.2PWM调速控制概述194.2.1PWM脉宽调制简介194.2.2PWM调节的具体过程194.3系统程序的设计204.3.1程序设计步骤204.3.2软件的安全冗余设置214.3.3程序流程图214.4程序源代码235调试245.1调试过程245.2电路检测245.2.1调试步骤245.2.2调试遇到的问题与解决方案245.3功能实现25结论26参考文献27附录一系统原理图28附录二程序源代码29致35 / 1 引 言1.1 课题简介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

8、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与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。水塔供水的主要问题是塔水位应始终保持在一定围，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，以与时排除故障，随时保证水塔的对外的正常供水作用。在工业和我们的日常生活中，对水位的监测是非常必要的。大到对江河，水库等的水位，特别在洪灾或者旱灾的时候，需要与时得到第一手数据

9、；小到对水箱，热水器水位等家用贮水容器的监测，可以减少很多危险和不必要的损1。现举一例：在煤矿的开采过程中，会产生大量的水。为了保证煤矿的安全和开采煤矿的正常进行，应将这些水通过水仓安全排放，因此不仅应控制水仓水位在一定的围之，同时要保持一定的上下限，超过了限度则报警，从而给其排水2。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围浮动，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STC89C52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

10、CD1602显示当前水位功能以与蜂鸣器鸣笛报警，手动按键调整PWM电机调速功能，实现过低警戒水位报警、过低警戒水位处理的系统要求。80年代以来，我国又发展了以自记遥测为主的水位测量技术。它主要是建立自记水位计，实现水位自动采集、存储、远传。同期，还发展了无人立尺观测技术，这种技术采用激光测距仪与经纬仪接口配套组成的一套设备，利用激光测距仪无须反射棱镜测定距离（测距精度：05m）的性能，配以经纬仪测角测定目标高程的一种测量方法。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4。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

11、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，固态压阻式水位计已经得到应用5。接触式水位计使用机电的方法用探头跟踪井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。 我国使用的自记水位计，最常见的

12、为浮子式水位计。近年来，由于土建工程费用不断上涨，无需水位量的压力式水位计随着现代技术的发展和进步也日趋稳定和成熟，致使人们越来越重视使用压力式水位计。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6。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。

13、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

14、，正在用单片机通过软件方法来实现7。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。2 系统的整体方案设计2.1 功能要求实际供水过程中要确保水位在允许的围浮动，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。因此，这里给出以STC89C52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、LCD1602显示当前水位功能以与蜂鸣器鸣笛报警，手动按键调整PWM电机调速功能，实现过低和正常警戒水位报警、过低和正常警戒水位处理的系统要求。2.2 设计要求按下电源按钮后，灯会闪烁几下，然后是常亮状态，蜂

15、鸣器会响。电机不会转的，此时系统在待机状态，且为正常状态。要先选择好电机的抽水速度是哪个档位，共有4个档位。档位越高，速度越快。在电机转的时候，按下选择档位，电机立马会停止的，这个是一个软件安全冗余的设计理念。电机在水位模拟传感器端口（低水位）按下后，说明水位太低，电机转动，此时蜂鸣器会响一下，灯会闪烁几下，以此表示报警，并且液晶也会显示水位太低。当水位模拟传感器端口（正常水位）按下后，说明水位已经到正常状态，电机停转，此时蜂鸣器也会响一下，灯一样会闪烁，以此表示报警，且液晶屏也会显示水位正常。而PWM速度调整就是档位的选择，必须在电机停止的状态下去选择电机输出的速度。2.3 系统基本方案选择和论证 此系统可以采用多种的方式设计，能采用液罐液压检测的方式来做，这样在不同的水位时因为有不同的压力值，所以我们可以根据不同的压力值来确定到底水位在某个状态，但是这样的系统设计理念用处比较狭窄，因为这样的设计理念的前提必须是一个液压的封闭系统，这样才能有精确的压力值传送，保证系统的稳定性。但是目前很多用到的水塔水位控制系统都不是封闭的水罐，所以这个方案有一定局限性。 而采用特殊的水位传感器，就可以克服上述的困难。因为液位检测器可以很精确的检测到液位系统，同样达到预期的目的，且系统的应用面很广，而且系统的安全性能很好，因此我们采取检测液位作为系统的设计思想。