水塔水位测控

1、第1章概述1背景介绍随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪 器和家用电器中得到广泛应用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单 片机往往是作为一个核心部件来使用。水塔水位测制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作，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；在水塔水位达到水位 上限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。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。此外，在一些特殊的环境下，

2、需要知道具体的液位，测量液位的方法有很多， 常用的是用液位变送器来测液位，然后能过数码管显示出来。不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦 断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失， 从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍 然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须进行自 动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压。水塔水位的自动 控制有设计低成本、高实用价值的控制器。该设计采用分立的电路实现超高、低 警戒水位处理，实现自动控制，而达到节能的旷目的，提高了供水系统的质量。1

3、. 2设计要求及意义水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电 站等情况下的水位控制。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。本次课程设计采用单片机进行主控制，利用水的导电性测量水位的变化，把 测量到的水位变化转换成相应的电信号，用单片机对接收到的信号进行数据处 理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。用液位变送器测液位并用数码管 显示出具体的液位。本次课程设计对我有以下意义：通过这次课程设计，加深对MCS51单片机理论方面的理解。掌握单片机的内部模块的应用，如片内外存储器、A/D转换器等。熟悉了七段数码管的使用。掌握液位的测试方法。 了解了接口技术。第

4、2章系统方案的设计1总体设计方案分析课程由两个电路组成：1 .水位控制。水位电路根据输入不同的模拟量，转换为不同的数字量，经 过和设定的值进行比较，通过P1.0和P1.1 口对电机进行控制。同时，由单片机 产生不同的驱动信号，由显示器的五位数码管显示当前水位值。水位控制电路完 成其预定功能后，系统经过一定的预定延时（本设计设定值为8S）之后，继续 进行水位的检测和控制。如此往复循环达到对水塔水位的测控。2.液位测试。用液位变送器来测出具体的液位,液位变送器是对压力变送器 技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原 理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量

5、和传送。然后通过 A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号送入单片机内，来控制数码管来 显示当前的水位.2.2方案选择水位检测电路可以通过两个51单片机的管脚来感知水位的变化，产生不同 的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。输出端可由一个端口来控制电机的运 行状态，进而控制水泵的工作。如图2-1设计的原理方框图。通过水位监测装置将采集的信号输送到单片 机、单片机通过数据处理控制电机的启停，以及故障报警。同是通过译码显示电 路将监测的信号进行水位显示。图2-1水位控制系统原理方框图第3章硬件设计1单片机8051的简要介绍8051引脚的功能描述1 .电源引脚（2根）VCC（40脚）：电源端，接+5

6、V电源。VSS（20脚）：接地端。2.时钟引脚（2根）XTAL1（19脚）:接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时钟电路时，对HMOS 型工艺的单片机，此引脚应接地；对CHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入 端。XTAL2（18脚）：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部时钟时，对HMOS 型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输入端；对CHMOS型而言，此引脚悬空。 3 .控制引脚（4根）RST/VPD（9脚）：复位信号/备用电源输入引脚。当RST引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使8051完成复位操作。 该引脚的第二功能是VPD，即备用电源的输入端，具有掉电保护功能。若在该引 脚接+

7、5V备用电源，在使用中若主电源VCC掉电，可保护片内RAM中的信息不丢 失。ALE/PROG （30脚）：地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。当CPU访 问片外存储器时，ALE输出信号控制锁存P0 口输出的低8位地址，从而实现P0 口数据与低位地址的分时复用。当8051上电正常工作后，自动在ALE端输出频 率为fosc/6的脉冲序列（fosc代表振荡器的频率）。该引脚的第二功能PROG是对8751内部4KB EPROM编程写入时，作为编 程脉冲的输入端。EA/VPP（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端/编程电压输入端。当EA接高电平时，CPU执行片内ROM指令，但当PC值超过0FFFH

8、时， 将自动转去执行片外ROM指令；当EA接低电平时，CPU只执行片外ROM指令。对于8031，由于其无片内ROM，故其EA必须接低电平。该引脚的第二功能VPP是对8751片内EPROM编程写入时，作为21V编 程电压的输入端。PSEN（29脚）：片外ROM读选通信号端。在读片外ROM时，PSEN有效，为低电平，以实现对片外ROM的读操作。4. I/O 引脚（4X8=32 根）P0.0P0.7（3932脚）：P0 口的8位双向I/O 口线。P0 口即可作地址/数据总线使用，又可作通用的I/O 口使用。当CPU访 问片外存储器时，P0 口分时先作低8位地址总线，后作双向数据总线，此时， P0 口

9、就不能再作I/O 口使用了。P1.0P1.7（18脚）：P1 口的8位准双向I/O 口线。P1 口作为通用的I/O 口使用。P2.0P2.7（2128脚）：P2 口的8位准双向I/O 口线。P2 口即可作为通用的I/O 口使用，也可作为片外存储器的高8位地址总线，与P0 口配合，组成16位片外存储器单元地址。P3.0P3.7（1017脚）：P3 口的8位准双向I/O 口线。P3 口除了作为通用的I/O 口使用之外，每个引脚还具有第二功能。8051引脚如图3-1所示:匚 匚 匚 匚 匚 匚匚 匚 PD 。匚 TXD/P3.1 二 INT0/P3.2 二INT1/P3.3 二T0/P3.4 二 T

10、1/P3.5 二 WR/P3.6 二 RD/P3.7匚 匚 匚 匚 匚 匚匚 匚 PD 。匚 TXD/P3.1 二 INT0/P3.2 二INT1/P3.3 二T0/P3.4 二 T1/P3.5 二 WR/P3.6 二 RD/P3.7XTAL2 二XTAL1 lVSSP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 RST/V RXD/P3.00123456 7 89 012 34 56789 11111111112O 98765432109876543 244 33333333332222222 22nnnnnnnnnnnP0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6*0.

11、7EA/V ALE/JProGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0XTAL1 LCDTXTAL2P3 口PSEN ALE/ PROGea/Vm lP0 口P1 口P2 口图3-1 8051单片机引脚图3. 2、水位智能检测系统设计原理实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的导电离子，本智能水位检测装置就是利用水的导电性完成的。检 测装置控制图中的虚线表示允许水位变化设定的上下限。在正常情况下，应保持 水位在虚线范围内。为此，在水塔的不同高度安装了 3根金属棒，以感知水位变 化情况。故C点接5V直流电源，这样A、B两点的

12、电压信号位数字信号，不需要 再进行数字信号变换处理，可以直接输入给单片机处理。如下图（3）所示：立检测原理图B棒处于设定下限 水位棒处于设定上限水位,立检测原理图B棒处于设定下限 水位棒处于设定上限水位,C棒接+5V电源，A棒、B棒各通过一个阻值大约为4.7K的电阻与地相连。水塔由电动机带动补水泵供水， 单片机控制电机转动实现对水位的控制。单片机通过不断的采集A、B两点电压 信号来检测水位的变化。控制过程如下：（1）当水塔补水过程中水位达到上限时，由于水的导电作用，A、B棒连通 +5V。因此，A、B两端均为1状态，这是应停止电机和水泵工作，不再给水塔供 水。（2）当A为1，B棒为0时，说明水塔

13、内部有故障要报警，因为A棒是检测 水位上限的，也就是A棒接通5V电源，所以为1。（3）当A为0，B为1时，说明A棒水位下限，A棒直接通过电阻接地，所 以为0，此时要显示提示水位处于A棒下限，准备加水工作。（4）当水位在水位下限时，A、B棒都不能与A棒导电。因此，A、B两端均 为0状态。这时正常起动电机，并接通相关电路开关电源，带动水泵工作，给水 塔供水。（5）当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，B端为1状态。A端为0状态。这时，无论是电机以带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机 没有工作，用水使水位在不断的下降，都应继续维持原来的工作状态。单片机循 环不断地采集水位信号以实现控制系

14、统的性能指标要求。具体控制状态如表3-1：P1.0 （A 端）P1.1（B 端）控制状态00启动电机01显示提示10故障报警11停止电机表3-1水位控制信号与水泵电机控制状态的对应关系表3.3液位测量与LED显示器液位变送器工作原理是当被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作 用在（5元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充 液传送到测量膜片两侧。UQZ-17LX型（浮球）液位变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极 各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换 成与压力成正比的信号。压力变送

15、器和绝对压力变送器的工作原理和差压 变送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定 输入压力值，并转换成液位高度通过LED显示器显示出当前液位的高度.第4章软件设计41水位控制程序一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件保证.同时 还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微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.图4-1为水 位控制设计的具体流程图。故障报警第5章总结随着科学技术的迅猛发展，单片机被广泛应用于

16、人们生活的各个领域，社会 需要大量掌握单片机技术的人才，单片机的使用方法应该是我们熟练掌握的内 容，水塔水位的单片机控制系统水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的 应用。通过这次的课程设计，理念加上实践，我掌握了 MCS51单片机的基本工作原 理和基本编程方法，熟悉了 A/D转换器功能和使用方法，还可以根据需要对单片 机进行扩展。在此过程中我还熟悉了单片机的软硬件开发环境，提高了综合演练 单片机的编程能力，并且亲身体验了单片机的开发成果。此次课程设计之后，我对单片机知识点了解了更多，脑海中能把一个个分离 的知识模块联系成整体，让以后对其进行分析与比较。在单片机课程中的部分知 识学会了融会贯

17、通，也让我深刻认识到“学以致用”的重要性。水位控制程序;开始使LED处于灭状态;水位输入端做读入准备；读入水位检测信号；P1.0=0,转到显示A；P1.0=1,转到准备停止电机；P1.1=0,转到显示B，调用启动电机；调用延时；反回，重新检测；P1.1=1,转到停止电机；否则报警；报警灯闪烁org 0000hljmp mainorg 1000h main:mov p2,#00hmov p3,#00h orl p1,#03h mov a,p1jj:jnb p1.0,xsa jb p1.0,ZBTZ tt:jnb p1.1,xsb dyys:lcall delaySJMP main ZBTZ:JB

18、 P1.1,TZDJ SJMP bjd mov r0,#255 bjd:clr p1.5 lcall delay setb p1.5 lcall delay djnz r0,bjd mov r7,#255bj:clr p1.4 lcall delay cpl p1.4 lcall delay djnz r7,bj；未到255次，继续循环；方波产生开始;返回到延时，等待检测信号;P1.2=0,启动电机；打开电机工作指示灯；P1.2=1，停止电机；关闭电机工作指示灯；水位A棒显示码；再判断P1.1 = 0?；水位B棒显示码；B棒水位下限，启动电机；延时程序入口地址sjmp dyysqddj:clr p1.2clr p1.3sjmp dyystzdj:setb p1.2setb p1.3sjmp jjxsa:MOV P2,#1110111bsjmp ttxsb:mov p3,#1111100bsjmp qddjorg 0030hdelay:mov r1,#25lp1:mov r2,#3lp2:mov r3,#3lp3:djnz r3