基于单片机的水塔水位检测控制系统.doc

云南铜业高级技工学校毕业设计报告（论文）福建师范大学数学与计算机科学学院题 目：基于单片机的水塔水位检测控制系统仿真设计指导教师：专 业：电子信息科学与技术班级：8班姓 名：学号：年 月 日基于单片机的水塔水位检测控制系统仿真设计【摘要】：水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。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，应采用电压控制水位。首先通过实时检测测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以STC公司的STC89C5l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理等功能，并在Pmteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。关键词：单片机 水位 控制 仿真1.引言在人们的日常生活中，水塔水位大都未能实现自动控制，水塔中水位的高低常由水电管理人员进行控制。不仅浪费人力又会造成不必要的资源浪费，这在一些不注意节约用水的单位显得尤为突出。为了解决经常停水和有效的避免水资源的浪费，节约能源。设计了一个适用于一般水塔水位的检测控制系统。本系统以STC89C51单片机为核心控制部件，该系统操作方便、性能良好，比较符合一般单位用水系统控制的需要。2.水塔水位控制原理单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的金属棒A、B、C，(B代表四根)用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位(底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用，使B、C棒均与+5V电源连通。因此b、c两端的电压都为+5V，即为“1”状态。此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限之间时，B棒和A棒导通，而C棒不能与A棒导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。（在此课程中用按键来代表金属棒）图1水塔水位控制原理图3.电路设计水塔水位控制系统主要由CPU(STC89C51)、水位检测接口电路、复位电路、时钟振荡、水泵驱动电路、水位显示电路等部分组成，如图2所示。图3为系统硬件电路。图2水塔水位控制系统结构调整图图3系统硬件电路31 水位检测接口电路为了便于实现水位检测功能，用六个按键模拟a、b、c端的状态(1、0)并将状态反过来。将单片机的P22至P2.7端口接六个按键。P22是低水位检测，P2.7是高水位检测，P22-P26正常水位检测。4系统软件设计当水位处于低水位的时候，低水传感器检测到低水位时，会产生一个低电平，送入单片机的P2.2口，单片机经过分析，在P1口输出一组信号，驱动数码管显示当前水位，P3.1输出一高电平通过三极管来驱动水泵进行抽水工作，P3.0输出一高电平驱动红色LED，指示当前水泵有在进行抽水工作，当水位处于正常范围内时，水泵加水，红色LED亮；当水位在高水位区时，高水位传感器检测到高水位时，会产生一个低电平，送入单片机的P2.7口，单片机经过分析，在P1口输出一组信号，驱动数码管显示当前水位，P3.1输出高电平，使三极管截止，从而使水泵停止工作，P3.0口输出高平，红色LED灭。当需要手动加水时，按下手动加水键，水泵启动进行加水，红色LED亮，当水位处于各水位状态时（高水位除外）数码管显示各水位，水泵抽水，LED亮，当水位处于高水位时，高水低传感器检测到高水位时，经单片机分析，水泵停止抽水，LED灭。在手动抽水或自动抽水的过程中，如需要停止加水时，按下停止加水键，水泵停止加水。表1水位检测信号与输出控制操作关系P22P23P24P25P26P27P21P20输出控制动作显示01111111水泵抽水110111111保持上一状态211011111保持上一状态311101111保持上一状态411110111保持上一状态511111011水泵停止抽水6*01水泵抽水显示当前水位*10水泵停止抽水显示当前水位图4水塔水位控制程序流程5实验仿真结果根据所设计系统的软件流程图，编写相应的程序在Proteus软件环境下实际仿真，实验结果表明，该系统能成功实现了水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。通过制作PCB板子，该系统已成功运用于某实验水冷却系统。6结语该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充分利用单片机强大控制功能和方便通信接口，该检测控制系统在实验室某实验水冷却系统得到成功实践，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，提高了实验的自动控制能力。进一步优化系统软硬件设计，可为实时实现