基于单片机水塔的水位控制系统仿真模型研究.doc

基于单片机水塔的水位控制系统仿真模型研究王 琪（南京化工职业技术学院自动控制系江苏南京，210048）摘要：为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采用单片机技术，设计出一套实用水位自动控制方案，文章阐述了自动化装置在水塔水位控制系统中的应用，方案在硬件基础上配合软件实现了高、低警戒水位报警、人工给水的工作方式，完成水塔水位控制系统的设计。关键 字：水塔水位；水位调控；控制系统Abstract: In order to achieve the purpose of energy conservation and improve the quality of the water supply system, considerde the single-chip technology, a set of practical automatic water level program is designed. The application of automation device in the water level control system is introduced. The program based on the hardware and coordinated with the software to achieve the high and low water level warning alarm, manual water supply and complete the design of water-level cotrol system for water tower.Key words: Water towers ; Water level control ; Automatic control ; Debug ; Alarm中图分类号：TP272文献标识码：B文章编号：1001-9227(2010)01-0010-040前 言在社会经济飞速发展的今天，水在人们日常生活和种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真 等，完整的开发流程是 C 编译工具在产生代码的准确性和 效率方面达到了较高水平，而且可以附加灵活的控制选 项，在开发大型项目时非常理想。生产中起着越来越重要的作用。一旦断水，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。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要 的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的 水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。自来水设备中增高水压的装置 水塔。是一种高 耸的塔状建筑物，顶端有一个大水箱，箱内储水，利用重 力学原理产生压差，水塔越高，水的压力越大，也就能把 水送到更高的建筑物上。水塔的作用：一是蓄水，在供水 量不足之时，起着调节补充的作用。二是利用水塔的高 势，自动送水，使自来水有一定的水压扬程。水塔的一个 主要优点是，市政当局采用的抽水机只需满足平均用水需 求即可，它不必具备满足高峰用水需求的功率。采用Proteus 和Keil C51 仿软件对水塔水位控制系统 进行仿真，可有效地模拟真实控制系统。Proteus 是组合 了高级原理布图、混合模式SPICE 仿真、PCB 设计以及自动 布线来实现一个完整的电子设计系统。用户可以对基于微 控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚 至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外 设模型来对设计进行交互仿真；Keil C51 uVision2 集成 开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH 开发的基于80C51 内核的微处理器软件开发平台，内嵌多1水塔水位控制系统的硬件电路设计水塔水位控制系统的单片机选用 AT89C51 芯片，在Proteus 平台下进行硬件仿真。硬件电路设计分为水位检测、水位显示、报警、电机控制、电机工作指示灯、振荡电 路和复位电路几个部分。1.1 水位检测电路水位检测部分是用单片机P1.0 P1.6 连接的七个按 钮分别代表人工加水、水位1、水位2、水位3、水位4、水位5 和水满。水位检测电路如图1 所示。图1 水位检测电路1.2 水位显示电路采用一片LED 显示器进行显示，由单片机P0.0P0.7 口输出段码，进行水位显示数字0 6 分别代表人工加水、图6 振荡电路图2 水位显示电路1.3 报警电路结合水位检测部分，报警电路采用了单片机的P2.2 和 P2.7 接口来实现水位的报警。当水满或到达水位 5 时，即 P1.0 或P1.1 接通，则水满报警，即P2.2 接通，黄灯亮；当 到达水位2 或水位1 时，即P1.4 或P1.5 接通，则水少报警， 即P2.7 接通，绿灯亮。报警电路如图3 所示。图7 复位电路1.7水塔水位控制系统整体电路（见图8）图3 报警电路1.4 电机控制电路人工加水时，电机正常工作。为确保水塔内不能没有 水，所以在设计当中，当到达水位1 的时候就开始供水，电 机工作。电机控制部分，采用了三极管放大和二极管正向导 通的作用和继电器的吸合作用来控制电机的工作，由单片 机P1.7 口进行控制。电机控制电路如图4 所示。图8 水塔水位控制系统整体电路2水塔水位控制系统的程序设计水塔水位控制系统程序在Keil C51 环境中运行，采用C 语言编程。下面为仿真程序的部分源代码：2.1 初始化程序设计sbitsbitshuiman=P10;/水满sw5=P11/水位5sbitsbit sbitshougong=P16;/手工上水dianji=P17;/ 电机控制位state=P37;/ 电机工作指示图4 电机控制电路1.5 电机工作指示灯电路在电路设计中，采用了红灯作为电机工作的指示灯 接在单片机的P3.7 接口上。当到达水位1 时，电机就开始 运行，指示灯红灯亮；显而易见，人工加水时，电机运作， 指示灯红灯亮，指示灯电路如图 5 所示。2.2 延时程序设计void delay02s(void)unsigned char i,j,k; for(i=100;i0;i-) for(j=100;j0;j-) for(k=248;k0;k-);图5 电机工作指示灯电路2.3 水位控制电路程序设计if(shuiman=0&sw5=1&sw4=1&sw3=1&sw2=1&sw1=1)/ 当唯一的一个闭合传感器单元: 水位 6 时发生dianji=1;/关电机dianji=1;/关电机state=1;/ 电机工作指示灯熄灭if(shougong=0)/ 当按手工上水按钮时dianji=0;/开电机state=0;/ 电机工作指示灯打开P0=table6;/ 显示水位深度:6 水已满if(shougong=0)/ 当按手工上水按钮时发生dianji=0;/开电机3 KeilC与Proteus连接调试与结果3.1 Keil的设置单击“Project 菜单/Options for Target”选项或P0=table0;/ 显示0 表示手工上水已有反应2.4 显示电路程序设计/ 在main 函数中定义一个数组,输出LED 显示器段码unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;2.5 报警电路程序设计者点击工具栏的“option for ta rget”按钮口，点击“Debug ”按钮，出现如图9 所示。，弹出窗if(shuiman=1&sw5=1&sw4=1&sw3=1&sw2=0&sw1=1)/ 低水位报警state2=0;/ 低水位报警指示灯开state1=1;/ 满水位报警指示灯关图9 Keil的设置在出现的对话框里 ，右栏上部的下拉菜单里选中 “Proteus VSM Monitor一51 Driver”。并且还要点击一下 “Use ”前面表明选中的小圆点。再点击“Setting”按钮，设置通信接口，在“Host”后 面添上“”，如果使用的不是同一台电脑，则需要 在这里添上另一台电脑的 IP 地址( 另一台电脑也应安装 Proteus)。在“Port”后面添加“8000”。设置好的情形如图10 所示，点击“OK ”按钮即可。最后将工程编译，进入调试 状态，并运行。if(shuiman=0&sw5=1&sw4=1&sw3=1&sw2=1&sw1=1)/ 高水位报警state1=0;/ 满水位报警指示灯开state2=1;/ 低水位报警指示灯关2.6 工作指示灯电机控制部分程序设计if(shuiman=0&sw5=1&sw4=1&sw3=1&sw2=1&sw1=1)/ 满水位时图10 Keil的设置进入Proteus 的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，如图11 所示。此后， 便可实现KeilC 与Proteus 连接调试。图16 水位4图17 水位5图11 Proteus的设置3.3 KeilC与Proteus连接仿真调试单击仿真运行开始按钮，我们能清楚地观察到每一个引脚的电频变化，红色代表高电频，蓝色代表低电频。按下人工加水按钮时，在LED 显示器上显示“0 ”，工作 指示灯红灯亮，电机工作给水塔加水，如图 1 2；按下水位1 按钮时，低水位报警绿灯亮，显示水位为“1 ”，工作指示 灯红灯亮，电机工作给水塔加水，如图13；按下水位2 按钮 时，显示水位为“2 ”，低水位报警，绿灯亮，如图 1 4；按下 水位 3 按钮时，显示水位为“3 ”，水塔控制工作正常运行， 如图1 5；按下水位4 按钮时，显示水位为“4 ”，水塔控制工 作正常运行。如图16；按下水位5 按钮时，显示水位为“5”， 高水位报警黄灯亮，如图 1 7；按下水满按钮时，显示水位 为“6 ”，水满高水位报警黄灯亮。如图 18 。图18 水满4 结 论“基于单片机水塔的水位控制系统仿真模型研究”硬 件与软件的调试已成功完成。文章利用单片机与pronues 软件与 keil 软件的结合运用调试实现了水塔水位的自动 控制与高底水位报警，实现了现实中水塔的无人守值的愿 望。参考文献 夏路易.单片机技术基础教程与实践M.北京:电子工业出版 社,2008朱清慧,张凤蕊,翟天嵩.Proteus 教程- 电子线路设计、制版与 仿真M.北京:清华大学出版社,2008 王为青,程国钢.单片机Keil Cx51 应用开发技术M.北京:人 民邮电出版社,2007 李移伦.单片机原理及应用M.长沙:中南大学出版社,2006 蔡明文,冯先成.单片机课程设计M.武汉:华中科技大学出版 社,2007 沙占友.单片机开发环境Vision2使用指南及USB固件编程与 调试M.北京:北京航空航天大学出版社,2007 罗映红,陶彩霞,陈 明,赵志鹏.基于模式理论的传输线高频串扰预测仿真J.自动化与仪器仪表,2008,112图12 人工加水图13 水位13456图14 水位2图15 水位37file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档