毕业设计（论文）-基于单片机的液位设计控制器设计.doc

绪论 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能控制器广泛应用于电子产品中。并且目前，我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，既在楼顶或者另外建设的高塔上面间隔储水池以保证用户水压的稳定。目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，既当水用完的时候，就人工开启水泵加水，十分不方便。所以这一切问题的存在，都在呼吁用一种简单经济的高塔水位监测报警系统的诞生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制系统，依据用水亮的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质量。此装置成本低，安装方便，灵敏性好，节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理性装置。 本次设计基于单片机的液位设计控制器设计，利用单片机设计为核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时监测水箱液位的高度，并且与开始预设定制进行比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设值。监测值若高于上限值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；监测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵上水。现场实时现实测量值，从而实现对水箱液位监测。 - 17 -Introduction With the rapid development of the microelectronics industry, microprocessor controlled intelligent controller is widely used in electronic products. And the current residential area in China building tap water supply system using tower water supply, both in the roof or another building towers above Interval tanks in order to ensure the stability of the user of water pressure. Most of the residential area and are based on artificial water way, both when the water runs out, you open the manual water pump add water is very inconvenient. So all this there is a problem, are calling for a cheap and easy tower water level monitoring alarm system was born. The traditional control method, control accuracy and low energy consumption and the shortcomings of the automatic control system to automatically adjust the operating parameters of the system according to the water bright changes to maintain constant pressure to meet the water requirements, thereby improving the quality of the water supply system. This device is low cost, easy installation, good sensitivity, water conservation, rational device for the convenience of the family and the unit control the water tower water level. This design - microcontroller-based level design of the controller design, the use of single-chip design as the core, to design a system to monitor the water level in the water supply tank. Monitor the characteristics of the object, requiring a high degree of real-time monitoring of tank level, and start default custom solid state relays witching controlled by microcomputer level adjustment, and ultimately reach the level of the default. If the monitored values higher than the upper limit, require alarm,disconnect the relay to control the pump to stop the add water; monitored values below the lower limit value to the alarm, open relays, control pumps in add water.Site real-time real measured values, in order to achieve the right tank level monitoring. 1、总体设计方案 1.1 设计功能及要求 1、利用单片机和传感器构建一套完整的水位自动控制系统。要求既能实现水位自动控制又能显示实际水位便于用户监视。在水塔中经常要根据水面的高低进行水位的自动控制同时进行水位压力的检测和控制。本液位器具有水位检测、报警、自动上水和排水上水用电机正转模拟下水用电机反转模拟、压力检测功能。 2、该系统以89S52单片机为水塔水位控制系统的核心用传感器采集水压模拟信号然后将模拟信号送入A/D转换器换算出某一时刻水塔水位的实际高度然后拿它与标定水位进行比较要求实时检测水箱的液位高度并与开始预设定值做比较由单片机控制开关的开断进行液位的调整最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时要求报警断开继电器控制水泵停止上水检测值若低于下限设定值要求报警开启继电器控制水泵开始上水。现场实时显示测量值从而实现对水箱液位的监控。如此重复“测量、比较、开启”这三步直至实测水位与标定水位的偏差落入给定的精度范围之内。落入给定精度范围之后将两个水泵同时关停。 电路焊接好后接通电源改变液位使检测点变化当液位在A点以下时红灯连续亮并且发出频率较高的报警声显示00电机正转当A液位B时显示0A电机正转当B液位C时显示0B电机不转液位在C点及以上时绿灯连续亮并且发出报警声显示0C电机反转。 图2 AT89S52引脚图3.芯片介绍1AT89S52引脚如图2所示。引脚功能说明：（1）输入/输出引脚（I/O口线）P0.0P0.7:P0口8位双向I/O口，占3932脚；P1.0P1.7:P1口8位准双向I/O口，占18脚；P2.0P2.7:P2口8位准双向I/O口，占2128脚；P3.0P3.7:P3口8位准双向I/O口，占1017脚；（2）控制口线(29脚)：外部程序存储器读选通信号。ALE/(30脚)：地址锁存允许/编程信号。/VPP(31脚)：外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。RST/VPD(9脚)：RST是复位信号输入端,VPD是备用电源输入端。（3）电源及其它Vcc(40脚)：电源端+5V。GND(20脚)：接地端。XTALl、XTAL2(1918脚)：时钟电路引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚端外接石英晶体和微调电容。当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。ADC0809 ACDC0809位8路A/D转换集成芯片。可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100us左右。ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图3。IN0IN7：模拟量输入通道信号单极性，电压范围0-5V，若信号过小还需进行放大。ADDA、ADDB、ADDC：地址线A为低位地址，C为高位地址。其地址状态与通道对应关系见表1。 ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清“0”；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。D7D0：数据输出线。OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。CLK：时钟信号。ADC 0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供。通常使用频率为500kHz的时钟信号。EOC：转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。Vcc：5V电源。Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为5V（Vref（）5V，Vref（一）=0V）。3集成电路74HC24574HC245是一种三态输出的8总线收发驱动器，无锁存功能。图3是74HC245的引脚图和功能表。它的G端和DIR端是控制端，当它的G端为低电平时，如果DIR为高电平，则74HC245将A端数据传送至B端；如果DIR为低电平，则74HC245将B端数据传送至A端。在其他情况下不传送数据，并输出高阻态。4集成电路LM324LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图4所示。它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。11脚接负电源，4脚接正电源。 5、控制系统中标定水位用键盘输入用十进制数码显示。本液位器具有水位检测、报警、自动上水和排水、压力检测功能。该控制器主要由89S52单片机0809A/D转换器A、B、C三点水位检测电路压力检测电路、数码显示电路、键盘和电源电路组成。 6、可根据需要设定液位控制高度同时具备报警、高度显示等功能 液位自动控制系统工作流程如下将压力传感器传送来的电流信号经过前级放大和A/D转换进入单片机经单片机计算处理(与用户的设定值作比较)。将输出数字量进行DA转换送给电动执行机构。 5、基于单片机的水位自动控制系统的软件设计 本论文是以单片机为核心设计水塔水位控制系统包括硬件电路的设计和控制系统程序的设计。通过此系统使水塔水位保持在要求的高度 1.2 设计方案 1.2.1硬件设计方案 1基于单片机的通用水位自动控制系统的硬件设计系统硬件部分的设计采用模块化的设计方法根据功能的不同把系统划分为如下模块(图2)。 （1）硬件设计 液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。 工作原理基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心由键盘、数码显示、AD转换、传感器电源和控制部分等组成。工作过程如下水箱(水塔)液位发生变化时引起连接在水箱(水塔)底部的压力传感器压力传感器的压力受到水的压力即把变化量转化成电压信号该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为05 V标准信号送入AD转换器AD转换器把模拟信号变成数字信号量由单片机进行实时数据采集并进行处理根据设定要求控制输出同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度可任意控制水位高度。 2.硬件设计 2.1 液位检测电路 2.2 单片机最小系统 2.3 LED显示电路 2.4 按键电路 2.5 报警电路 2.6 电源电路 2.7 PCB板图如下 1.2.2软件设计方案 1设计框图 （2）原理通过软件设计将将模拟信号送入A/D转换器换算出某一时刻水塔水位的实际高度然后拿它与标定水位进行比较要求实时检测水箱的液位高度并与开始预设定值做比较由单片机控制开关的开断进行液位的调整最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时要求报警断开继电器控制水泵停止上水检测值若低于下限设定值要求报警开启继电器控制水泵开始上水。现场实时显示测量值从而实