水满报警器.doc

水满报警器设计与仿真一、【设计目的】 生活中很多时候，我们都需要人工控制水位，这样不仅浪费人力，而且人工不能做到实时的监控和精确的定位，这就需要一个测控电路去实现水位的监控和报警控制。目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不方便。以至于水用完之前不知道水已经很少了，等到用完了才知道没水了，如果是急需用水的情况下，那就十分麻烦，要等到加水之后才有水用；加水过程当中，还需要人时时刻刻检查水位情况，以防止水位超过最高的水位；以上一系列的问题，都在期待一种简单、经济的高塔水位控制系统的诞生。二、【指标要求】实现水位检测传感器通过控制，使水罐水位维持在正常的范围内。具有报警功能，当水位超过上限或下线时，能及时报警。三、【设计的原理】 1、系统框图单片机AT89C51水位检测装置稳压电路显示电路报警电路水泵控制图1 水满报警器系统的设计框图水满报警系统(图1)主要是由5个模块组成。既水位检测装置，稳压电路，单片机，显示电路、报警电路和水泵控制电路。 水位检测传感器：对水位情况进行检测； 稳压电路：对从水位检测传感器输出的信号进行稳压处理； 单片机：控制系统，获取水位信息并作出相应； 报警电路：对水位进行显示及对高、低水位报警； 水泵控制电路：当水位过低时，用单片机来控制水泵的工作。检测到的水位信息通过稳压电路放大后传给单片机，单片机控制显示电路，显示水位信息，当水位过高或过低时报警，并且当水位过低时控制水泵加水。2、各模块工作原理的分析与介绍2.1、水位监测器图2 水位检测电路水位检测器如上图2所示。A为接+5V电源的线与水一直保持连通，B线为低水位控制线，当它不导通时，表示是低水位了。C为中水位控制线，当它导通时，表示水位适中。D为高水位控制线，当它导通时，表示是高水位了，即水满状态。检测器选用细铜丝，因为细铜丝的电阻率比较低，这样就可以避免由于电阻过大而使输出的电平过低，以致不能很好的驱动单片机工作；细铜丝的传电性能比较好，传电速率比较快，也可以说是灵敏性很好；还有就是细铜丝经济实惠，便于我们取材。2.2、稳压电路图3 稳压电路稳压电路（图3）由两级三极管放大电路组成。水位检测传感器将探测到的信号送给稳压电路，若是高电平，则R1,R2,Q1,Q2导通，将低电平送给单片机；若是低电平，则R1,R2,Q1,Q2均不导通，而是通过R3将高电平送给单片机。2.3显示电路图4 显示电路图4所示的显示电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。当水位是低水位时，从单片机的P2.1口输出一个低电平，驱动红色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光；当水位时中等水位时，从单片机的P2.2口输出一个低电平，驱动绿色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光；当水位是高水位时，从单片机的P2.3口输出一个低电平，驱动黄色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光。光报警电路时采用共阳极连接，低电平时有效。其中R4,R5,R6为上拉电阻起2.4、报警电路图5 报警电路如图5所示的报警电路，当水位处于低水位时，单片机的P2.4口输出一个高电平，从而驱动三极管导通，使蜂鸣器发声，起到报警的作用。2.5、水泵自动控制图6 水泵控制电路如图6所示的水泵控制电路，此电路由继电器RL1，光电耦合器MOC3021，水泵，电阻R8,R9,R10，R11，三极管Q4等组成。当水位在低水位时，单片机的P2.0口输出一个高电平，使光电耦合器（MOC3021）导通，继而驱动Q4导通，这样就使继电器（RL1）闭合，从而让220v的交流电接通水泵，让水泵转动开始加水。4、原理图及软件设计4.1、原理图(本设计所有电路都是在protues 7.8上仿真的)本原理图分为图7和图8两部分，由复位电路、振荡电路、水位的检测电路、稳压电路、显示电路、报警电路及水泵控制电路构成。图7 单片机与水位监测电路，稳压电路相连其中稳压电路有3部分，图中只作了与水位监测器D端（高水位）相连的部分，另外2部分与该部分电路相同，分别接稳压电路的B、C端。图8 单片机与显示电路，报警电路，水泵控制电路相连注意的是图7与图8是通过P2.0P2.5相连的。4.2、软件设计开始程序初始化水位过高吗YN黄灯亮蜂鸣器响水泵停止水位过低吗YN红灯亮蜂鸣器响水泵工作水位中等吗YN绿灯亮蜂鸣器停水泵工作图9 软件流程图如图9，首先初始化，当单片机接收到来自水位检测传感器的一个信号，然后经过分析，在单片机的输出端口输出相应的信号，如果是低水位时，这时水泵转动并自动开始加水，红灯亮，黄灯和绿灯均不亮，并且蜂鸣器报警；如果是中等水位时，水泵继续工作，这时绿灯亮，红灯和黄灯均不亮，蜂鸣器不报警；如果是高水位时，水泵停止转动并且停止加水，黄灯亮，红灯和绿灯均不亮，蜂鸣器不报警。四、【仿真与仿真结果分析】部分仿真结果见图10，全部结果见表1。图10 水满报警器仿真结果表1 仿真结果警报显示水泵红灯绿灯黄灯高水位中水位低水位注：表示工作，表示不工作五、【元器件清单】元器件清单如表2所示，包括名称、型号、规格、数量等相关信息。表2 元件清单元件序号型号主要参数数量备注R1RES21001R2RES22k1R3RES2100k1R4R6RES22k3R7RES210k1R8RES21k1R9RES210k1R10R11RES22k2R12RES210k1C1C2CAP12pF2C3CAP1uF1X1CRYSTAL1D1Led-red1D2Led-green1D3Led-blue1继电器RL11光电耦合器MOC30211水泵Motor1按键Button1六、【总结及改进思路】水位报警计的设计首先应该从选用传感器的类型入手，由于所学知识设计这个部分的不是很多，故此部分运用简单的设计。其次在硬件设计方面也需要下大工夫，从稳压电路到报警电路的选型都要慎重，使其性价比达到最佳水平。最后就是软件方面的设计，对于编程是非常复杂的，对于结构化程序设计的方法有顺序结构程序、分支结构程序和循环结构程序等。本设计采用模块化设计，然后进行调用子程序，使其运行方式一目了然。编程时先画出了流程图，使得编程事半功倍。关于改进方面，有水位监测器过于简单，达不到实时监控水箱水位的目的，只能粗略的估计出水箱的水位。虽然达到了实验目的，但是不能运用于高精的需求的设备，估测需要进一步改进。关于改进，我们可以采用专门的水位监测仪器，将检测到的水位信息通过模数转换器，转换成单片机可以处理的数据，从而更进一步、更精确的控制水位。【附录】ORG0000HLJMPSTARTSTART:SETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2RESTART:MOVA,P1ANLA,#00000011HCJNEA,#00H,LOOP1;低水位，红灯亮，蜂鸣器报警，水泵抽水SETBP2.4SETBP2.3SETBP2.2SETBP2.0CLRP2.1LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP1:CJNEA,#03H,LOOP2;中水位，绿灯亮，蜂鸣器不报警，水泵继续抽水SETBP2.1SETBP2.3SETBP2.0CLRP2.2CLR P2.4LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP2:CJNEA,#07H,RESTART;高水位，黄灯亮，蜂鸣器不报警，水泵停止抽水SETBP2.1SETBP2.2CLRP2.0CLRP2.3CLRP2.4LCALLDELAY