水塔水位控制

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1、目录第一章 系统整体设计说明 1第二章 整体设计方案 2第三章 设计系统方框图与工作原理 33.1 工作原理：33.2 系统结构框图: 3第四章 硬件设计及说明 54.1 硬件设计说明: 54.2 水位控制硬件设计： 54.3 故障及水质监测硬件设计： 64.4 水位显示硬件设计原理图： 7第五章 软件设计与说明（包括流程图） 85.1 软件设计： 85.2 软件设计流程图： 9第六章 调试步骤、使用说明 11第七章 设计总结 13参考文献14附录15第一章 系统整体设计说明现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信 息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来 了前所未

2、有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能 检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官， 源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认 识自然、改造自然的有力工具。现代的广义智能检测系统应包括 一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核 心的检测设备。因此，智能检测系统包括了信息获取、信息传送、 信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说， 智能检测系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。口本课题研究的内容是“水塔水位控制系统”。水位控制在日常生 活及工业领域中应用相当广泛，而以往水位的检测是由人工完成 的，值班人员全天候地对水位

3、的变化进行监测，用有线电话及时 把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。 很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很 大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位， 并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所设计的就 是这方面的课题。口水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、 机电控制等。本设计采用单片机进行主控制，在水水塔上安装一 个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的 变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单 片微机对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控 制及故障报警及显示水位等功能

4、。第二章 整体设计方案本设计用 80C51 单片机为核心，由于单片机 I/O 管脚能够使 用的只有 P0 口，而设计的要求是利用引脚输入信号并对信号进行 处理，并且要输出水位显示，故障报警，污水报警，启动停止水 泵等功能，这样一来我们只用单片机的 P1 引脚是远远不够的，（单 片机的 P1,P2 和 P3 的部分引脚不能用来信号的输入输出）因此我 利用8255A对其引脚进行扩展，通过8255A的PC 口进行信号的 输入并利用8255A的PA 口连接两个数码管来显示实际水位，当水 位在不同的位置时利用程序控制将在数码管上显示这段时间的水 位。并利用延时子程序来延时，延时时间1S,每间隔1S系统将

5、进 行一次水位检测，当水位低于下限水位时将通过PC 口输入信号并 由 8255A 将信号送到单片机，通过单片机来控制水泵工作，同样 当水位上升到上限水位时将通过PC 口输入信号并由8255A将信号 送到单片机，通过单片机的 P1.6 口来控制停止水泵工作，当处于 上下线之间是保持原有状态，并且此设计我还设计故障报警和水 质检测，当检测到故障时通过PC 口输入信号并由8255A将信号送 到单片机，再由单片机的P1.5和P1.7 口输出信号到发光二极管， 通过二极管和水质有问题时我通过发光二极管来显示，同时停止 系统工作。水位显示我设计的是动态的，因此在设设计时我要设 计一个延时子程序，延时时间2

6、ms，通过延时子程序经过一段时间 间隔后，再调用显示子程序。通过这种反复调用来实现LED显示 器的动态扫描。第三章 设计系统方框图与工作原理3.1 工作原理：我们可以设置水位的上下限，在正常情况下，应保持水位在 上下限之间。为此，在水塔内的不同高度安装 3 根金属棒，以感 知水位变化情况。其中，A棒处于下限水位，B处于上限水位，G 浮球在上下水位之间，它可以在水面上浮动。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，以达到水 位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导 电作用，G棒连通+5V。因此，A、B两端均为1状态，这时应停 止电机和水泵的工作，不再給水塔供水。当水位降到下限时

7、，A、B棒都不能与G棒导电，因此A、B 两端均为 0 状态。这时，应启动电机，带动水泵工作，給水塔供 水。当水位处于上下限之间时，G棒与A棒导通，因此B棒不能与G 棒导通，A端为1状态，B端为0状态。这时，无论是电机已在带 动水泵給水塔供水，水位在不断上升，或者是电机没有工作，用 水使水位在不断下降，都应继续维持原有的工作状态。为了满足本次课程设计的要求，我们还要显示上下限水位之 间的几个数值，其电路的接法和A棒和B棒一样，都是接一个电 阻然后接地，然后将端口接到单片机上，通过单片机与显示器连 接，以显示不同的水位值。由于本次课程设计不需要动态显示所 以只需要一个显示器即可。3.2 系统结构框

8、图:该方案以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，以实现水塔水位控制的功能。它由硬件部分和软件部分组成。系统设计方案的硬件电路设计框图如下图 1 所示。图1第四章 硬件设计及说明4.1 硬件设计说明:此设计也可以用 PROTEUS 来进行仿真，我们可以在此软件中仿真 有点繁琐，我的硬件仿真是在试验台上进行的，但基本接线与下 图 2 一样，由于试验台上没有水泵，我就用发光二极管来代替水 泵，通过二极管是否发光来显示出水泵是否工作。用 80C51 设计 一个单片机最小控制系统。其中PC0接水位上限传感器；PC1接水 位下限传感器;PC4输出后接光电耦合器，用来检测水的质量，P1.6 输出后通过继

9、电器控制水泵工作；P1.5输出后接LED,当出现故 障是LED发亮；P1.7输出后接LED，当水出现浑浊时LED发亮。4.2 水位控制硬件设计：用导电片、导线等设计一个水塔水位传感器。其中 A 电极置 于水位2m 处经4.7K下拉电阻接8255A的PC1 口，B电极置于 水位12m处经4.7K下拉电阻接8255A的PC0 口，C电极置于水位 4m处经4.7K下拉电阻接8255A的PC2 口，D电极置水位6m处经 4.7K下拉电阻接8255A的PC4 口，E电极置于水位8m处经4.7K 下拉电阻接8255A的PC5 口并将它们全部接地。再设计一个导电 浮球G并在浮球上接+5V电压。设计一个单片机

10、至水泵的控制电路。 要求单片机与水泵之间要用光电耦合器和继电器控制，计算出 LED 限流电阻，接好继电器的续流二极管。硬件仿真图如下：PDHh.EC PD.WAD1 PDZfADE PEJMK 旧 PD.AD+ PDSfADS PDjSfADS PD.TiAP?pzh.ibP2.Ke PZZfAC PZA11 PZ.AIZ PZSfA 口 PZJ9AU P2.7/ASpinFj-iiP3.irpPUTTTT Pl.TEI PJiTIP3.STiTF： Pl.TiW卫33z315R3+333至3ZZ?$;三；_s_ *svIS+4.3 故障及水质监测硬件设计：利用光电传感器测出水的浑浊度并转换成

11、电压与标准水质所得电压做与比较，通过 PC3 口接入单片机。利用发光二极管来显示。硬件仿真图如下：LI1pnnH.ra pn.wADi PniADG pna.H.ra PD.4iAD+ PDiiH.K PD.&.H.re PD.TWP?PZU.SP2Ai(G PZif.Hl FZJAII P2.4A1Z FZSA 口 P2J9AH FZ.T/AIFpsn-Fj-ii P3.1HXD PSZiTffTO PiaTflTTPliTIPI.SThK pi.T/mr3SH33a 13i332S3Z77答ZT S-7T -3-亠三_5_pp ppppp p-_4-pp=i一1EFF 一圣 PPM1*话！

12、17口TTTrTn:AN3uc4.4 水位显示硬件设计原理图：利用单片机与 8255A 连接，将显示水位信号通过 8255A 的 PA口送到数码管进行显示。而我们通过单片机的P1.0和P1.1来控制两个 LED 管硬件仿真图如下：第五章 软件设计与说明（包括流程图）口5.1 软件设计：一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件 作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是单 片机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软 件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的 工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。 因此充分利用其内部丰富的硬

13、件资源和软件资源，采用 MCS51 汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。这个系统程序由 主控程序、延时子程序，显示子程序组成。其中主控程序是核心。 由它控制着整个系统程序的运行和跳转。流程图如图5 所示。包 括系统初始化，数据处理，故障报警等。口软件设计的具体步骤如下：口 当水位低于A时，由于极棒A和G、B和G之间被空气 绝缘， PC1 和 PC0 得到低电平，全置0，单片机控制电路使 P3.0 置零，继电器吸合，启动水泵向水塔灌水；口 当水位高于A低于B时，PC1置1, PCO置0,继电器常 开触电自保，因此升到A以上时，继电器并不立即释放，电极仍 然供水； 当水位达到 B 时， PC

14、0 、 PC1 均置 1，单片机控制电路使P3.0置1,继电器释放，水泵停止工作；口 用水过程中，水位降到B以下，PC0置0, PC1置1,维 持原状，电机不工作，直到降到A以下，如此循环往复。 系统出现故障时，由 P1.8 置零，输出报警信号，驱动一支发光二极管D1进行光报警。 用水过程中，当光电传感器检测到水质有问题时，此时由 P1.7 口置零，输出报警信号，驱动一支发光二极管D2进行光报警。 若水泵工作则停止工作。5.2 软件设计流程图：流程图1：下图2主要实现的是控制水泵是否工作，故障检测 水质检测的功能。图2如下图 3是显示水位的子程序设计流程图，我们可以通过下 面的子程序来显示水位

15、，此时若水位低于A导电片下我将其LED 显示水位为00,这是水泵工作，若水位低于C导电片下我将其LED 显示水位为 02，若水位低于 D 导电片下我将其 LED 显示水位为 04,若水位低于E导电片下我将其LED显示水位为06,若水位低 于 B 导电片下我将其 LED 显示水位为 08，若水位高于和等于 B 导电片时我将其LED显示水位为12,停止水泵工作。图3第六章 调试步骤、使用说明1）硬件的调试机器故障排除 硬件的调试在上电后的工作是不是正常，主要包括不插单片 机的调试和插上单片机的检测。2） 无单片机的调试 无单片机调试主要检查电路工作是否正常，调试数码管是否 点亮，显示数据是否正确，具体步骤如下：A：打开电源，将输出电压调到5伏，然后关闭电源。B：将电路板的火线与电源正极相连，地线与负极相连。C：打开电源，用万用表检测电路板是否有输出电压，如果有 就是好的，没有就要检测是否有短路。D：电路检查完后，关闭电源，用一根导线与电源负极相连， 然后打开电源，用导线的另一端逐个与PO、P2 口的管脚接触，看 数码