基于8051单片机的水箱水位控制系统的设计

1、摘 要随着生活水平的不断提高，人们追求舒适、便利的居住环境的要求也越来越高。人们居住环境中不可或缺的是水，发明创造了大量的器具来使用水以求方便人们的生活。比如，城市楼顶蓄水池和农村居民自建房顶蓄水箱等等。但是人们在使用水的过程中伴随着也会出现许多难以处理的问题，其中水箱水位的控制尤为突出。科研中发现单片机具有多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格的显著特点。所以利用单片机对水箱水位进行控制可以极大的减少投入，具有很高的经济价值与实用性。本设计水箱水位控制系统由主控制芯片、检测电路、手动电路、指示灯电路、时钟电路、报警装置和供水装置构成，其中主控制芯片是at89c2051，电路通过水位传感器采集

2、水位高度送入at89c2051进行处理，当水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，并报警，水泵机停止转动，停止向水箱送水；当水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，并报警，水泵机开始转动，开始向水箱送水；当水箱水位处于上下水位之间的时候，绿灯亮，维持原有工作状态；当水箱水位处于混乱中时，水泵机停止转动，红灯亮，并报警。电路可实现自动与手动的转换，全自动模式下，系统自动判断水位的状况，选择不同的工作状态。在手动的模式下，水泵机的运行控制可由人工自己操作。利用单片机实现水箱控制，对于提高劳动生产率和产品质量，节约能源等都有着积极意义。关键词：单片机；水箱；水位控制abstractas the standa

3、rd of living has continued to improve, and the quest for comfortable and convenient living environment there are increasingly high requirements. it is in the living environment is an integral part of the water, and invent a lot of utensils to use water to make it easier for people's lives. for e

4、xample, a city on the roof top tanks and rural self-built roof tanks, and so on. but it was in use in the process of water will also be accompanied by a number, it is difficult to deal with the problem of the control level in the reservoir, which is particularly striking. research has found that sin

5、gle-chip multi-purpose, high-performance, low-voltage, low power, low-price. therefore, using a single chip to control level in the reservoir can greatly reduce inputs and has a high economic value and utility. the tank water level control system design from the main control chip, test the circuit,

6、circuit, manually indicator circuit, clock circuits, alarm and water units, with the main control chip is at c 2051 89, circuit-level water level sensors to capture high-feed at c 89 2051, when upper level in the reservoir water level is higher than the yellow light comes on, alarm, a water pump, an

7、d the stopped, the water tank to stop; when the water tank level drops below the low water level, when the blue light comes on, and pump alarms, begin to turn the water tank, and began to deliver water level in the reservoir, the water level is up and down between the green light comes on when the o

8、riginal work, and when the level in the reservoir is in a state of chaos, pump stops, red light is on, and alarm. circuits for automatic and manual conversion, full automatic mode, the system automatically determines the water level in the work and select a different state. in manual mode, the pump

9、can be run manually control your own actions. using a single chip to control water tank, and for improving the productivity and quality of the product, energy conservation, and others have a positive significance.key words: single chip microcomputer; water tank; water tank of control目 录第1章 绪 论11.1 水

10、箱水位单片机控制系统概述11.2 本设计任务和主要内容1第2章 总体方案设计22.1 设计方框图22.2 硬件设计原理图2第3章 系统硬件各主电路设计43.1检测电路43.1.1 光电三极管53.2水泵电动机供水电路53.3报警电路63.4控制电路73.5手动模式控制电路73.6指示电路83.7时钟电路9第4章 系统的软件设计104.1 系统主程序设计104.2 自动模式子程序设计104.3 手动模式子程序设计124.4 延时5s子程序设计14结 论15参考文献16致 谢1716第1章 绪 论1.1 水箱水位单片机控制系统概述水箱是工矿企业、民用住宅等公共供水系统不可缺少的组成部分。现实生活中

11、家用太阳能热水器方便、节能、无污染，应用广泛,但是由于储水，排水的不当，造成了水资源的浪费，也会造成另外某些不必要的损失。为了减少这些损失，水箱水位的控制成了值得关注的问题。单片机是现代计算机和电子技术的新兴领域。单片机的单芯片的微小体积和极低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。单片机具有多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格的显著特点。所以利用单片机对水箱进行控制可以极大的减少投入，具有很高的经济价值与实用性。利用单片机实现水箱控制，对于提高劳

12、动生产率和产品质量，节约能源等都有着积极意义1。1.2 本设计任务和主要内容本次设计的系统能够监测出水箱的水位，根据相应的要求对水箱的水位进行自动或者手动控制。系统以8051单片机作为主控制芯片，通过水泵为水箱上水和放水，通过按键对系统水位上、下限进行调整。 1.在水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，并出现报警现象，水泵机停止转动，停止向水箱送水。 2.在水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，并出现报警现象，水泵机开始转动，开始向水箱送水。3.在水箱水位处于上下水位之间的时候，绿灯亮，维持原有工作状态。4. 在水箱水位处于混乱中时，水泵机停止转动，红灯亮，并出现报警现象。手动/自动模式转换控制如

13、下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况；在手动的模式下，水泵机的运行控制可由人工操作。第2章 总体方案设计检测电路 at89c2051 单片机报警装置供水装置时钟电路手动电路指示电路2.1 设计方框图图2.1 系统电路总体方框图2.2 硬件设计原理图图2.2 水箱水位控制系统的总电路图水箱水位控制系统由检测电路、手动电路、时钟电路、指示电路、报警装置和供水装置构成。水箱水位控制的电路如图2.2。检测电路得到的是频率随水位变化的调频脉冲，它反映了贮水池水位的高度，对其进行信号处理，便能实现对水位的控制及故障报警等功能。1.在水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，并出现报警现象，水泵机停止转动，停

14、止向水箱送水。2.在水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，并出现报警现象，水泵机开始转动，开始向水箱送水。3.在水箱水位处于上下水位之间的时候，绿灯亮，维持原有工作状态。4. 在水箱水位处于混乱中时，水泵机停止转动，红灯亮，并出现报警现象。第3章 系统硬件各主电路设计3.1检测电路图3.1 检测电路利用p1.2和p1.3连接的导体检测水箱的水位，当水接触到导体的时候相应的p1端口会出现高电平，否则出现低电平。水位的高低可以通过p1.2和p1.3的电平判断出来，然后数据输入到单片机中，使单片机执行相应的程序来控制水箱的工作状态，从而实现对水箱水位的控制2。开始时水箱无水时，p1.2为低电平输入水泵

15、机启动补水；水位上升到下限检测金属棒时，+24v电源通过水介质连通下限水位检测金属棒，p1.2输入为高电平，水泵机继续补水，当水位上升到上限水位检测棒时，p1.3输入由低电平变为高电平，这时水泵停止补水工作，当水位下降而脱开下限水位检测棒时，p1.2输入由高电平变为低电平，水泵机再起动补水，依次往复，循环工作3。p1.2p1.3水位状态电动机状态报警现象00低于下限 运转有01混乱（转入手动模式）停止有10处于上、下限之间维持无11高于上限停止有表3.1检测电路有无报警现象对应关系3.1.1 光电三极管图3.1.1 光电三极管当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件

16、受到光照后产生电流，ce导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，ce不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0” 4。3.2水泵电动机供水电路图3.2 供水电路当水位的信号被采集到at89c2051，然后输出相应的控制信号，以控制水泵电动机的工作，形成反馈控制系统5。水泵电动机供水电路主要由光电耦合器和继电器线圈构成，如图3.2所示。当p1.4端口为低电平时，发光二极管亮，其光线使光敏三极管产生电信号输出，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动继电器j线圈产生电，继电器触头相应动作，电动

17、机正常工作6。当p1.4端口为高电平的时候,发光二极管不亮，因此水泵电动机也不转，停止供水。继电器j两端并联续流二极管，目的是为继电器j在通断时产生的感应电动势提供续流回路，以防止晶体管被击穿7。3.3报警电路图3.3报警电路报警信号由p1.5输出，当p1.5输出为低电位时，发光二极管发光，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动蜂鸣器响，让人们能够很容易发现水箱出现的问题8。当水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，出现报警现象。当水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，出现报警现象。当出现p1.2为低电平而p1.3为高电平的状态输入时即出现下限位金属棒没有检测到水箱内有水而上限位金属棒却检测到水位已经到

18、达上限位的状态情况，说明检测环节出现故障9。出现以上情况时，p1.5输入低电平驱动蜂鸣器响报警。3.4控制电路图3.4 控制电路本系统采用单片机at89c2051，内部集成了flash存储器；两个电容为30pf瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路，晶振频率为12.000mhz10。3.5手动模式控制电路图3.5 手动控制电路利用p1.0和p1.1是由手动来控制高低电平，当开关按下接通开关的时候，相应的p1端口会出现高电平，否则出现低电平。当水箱在自动模式下出现故障或者时自行控制水箱水位时，可由手动电路转入手动模式，可以通过p1.0和p1.1的高低电平直接将数据输入到单片机中，使单片机执行相应程序

19、来控制水位的高低，达到排除故障或者控制水位的目的。表2.2 手动模式下对应关系p1.0p1.1水位状态电动机状态报警现象00低于下限 运转有01转入自动模式停止有10处于上、下限之间维持无11高于上限停止有3.6指示电路图3.6 指示电路指示电路由相应程序控制，当水箱水位高于水位上限的时候，p3.4口为低电平，黄灯亮；当水箱水位低于水位下限的时候，p3.3口为低电平，蓝灯亮；当水箱水位处于上下水位之间的时候，p3.2口为低电平，绿灯亮；当水箱水位处于混乱中时，p3.5口为低电平，红灯亮11。3.7时钟电路图3.7 时钟电路时钟电路 mcs-51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，xtal

20、i和xtal2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时，在c1和c2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器， 振荡频率的选择范围为1.2-12mhz12。在使用外部时钟时，xtal2用来输入外部时钟信号而xtali接地13。第4章 系统的软件设计4.1 系统主程序设计 org 0000h ajmp main org 0060h main: mov p1, #ffh ；p1，p3口初始化置114 mov p3, #ffh jnb p3.5, aut ；若手动在自动位置，跳到自动模式子程序 ajmp men ；否则转到手动模式子程序 end主程序框架图

21、如下:图 4.1 系统主程序流程图4.2 自动模式子程序设计aut: mov a,p1 ;读p1口内容到a jb acc.6,go setb p1.4 ;按键没有按下时,停机ajmp aut ;转aut,继续查询15go: jb acc.2,a1 ;水位在下限之上时,转a1 jnb acc.3,a2 ;水位超下限升至上,转a2clr p1.5 ;水位为下限但指示上限时,故障报警setb p1.4 ;水泵电动机停机a4: sjmp men ;故障处理clr p3.5 ;红灯亮back: acall delay ;调用5s延时子程序 ajmp aut ;转aut继续循环a1: jb acc.3,a

22、3 ;水位升至上限,转a3 clr 3.4 ；黄灯亮setb p1.4 ;水泵电动机停机 ajmp back ;转backa3: setb p1.4 ;水泵电动机停机 ajmp back ;转backa2: clr p1.4 ;水泵电动机转动 clr 3.2 ；绿灯亮ajmp back ;转back16自动模式子程序流程图如下:图4.2 自动模式子程序流程图4.3 手动模式子程序设计men: nopmov a,p1 ;读p1口内容到ajb acc.2,a1 ;水位在下限之上时,转a1 jnb acc.3,a2 ;水位超下限升至上,转a2clr p1.5 ;水位为下限但指示上限时,故障报警set

23、b p1.4 ;水泵电动机停机17a4: sjmp aut ;跳转到自动模式clr p3.5 ;红灯亮back: acall delay ;调用5s延时子程序 ajmp men ;转aut继续循环18a1: jb acc.3,a3 ;水位升至上限,转a3 clr 3.4 ；黄灯亮setb p1.4 ;水泵电动机停机 ajmp back ;转backa3: setb p1.4 ;水泵电动机停机 ajmp back ;转backa2: clr p1.4 ;水泵电动机转动 clr 3.2 ；绿灯亮19ajmp back ;转back手动处理子程序流程图如下:图4.3 手动模式子程序流程图4.4 延时

24、5s子程序设计延时5s主程序20:delay: mov r1, #50h l1: mov r2, #200h l2: mov r3, #248h l3: djnz r3, l3 djnz r2, l2djnz r1, l1ret 结 论本设计详细介绍了水箱水位控制系统的设计方案，功能及设计过程中所做的改进。该系统以单片机at89c2051为核心部件，基本实现了预期效果，通过传感器实现了水箱水位信号的采集、由单片机at89c2051对采集数据进行处理，当水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，系统报警，水泵动机停止转动，停止向水箱送水。当水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，系统报警，水泵动机开始转动

25、，开始向水箱送水，水箱供水装置由光电耦合器和继电器线圈构成，发光二极管亮，其光线使光敏三极管产生电信号输出，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动继电器线圈产生电，继电器触头相应动作，电动机给水箱供水。当在水箱水位处于上下限水位之间的时侯，维持原有工作状态。最后一种情况水箱水位处于混乱中时，红灯亮，水泵动机停止转动，系统报警。其中报警电路是光电耦合的，当发光二极管发光，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动蜂鸣器响，实现报警现象，并由人工转入手动模式，达到解除故障的目的。亦可以通过手动电路直接人工控制状态。该设计能有效地进行水箱水位自动控制，减少了劳动力，减少了用电量，降低了成本。设计了水箱水位自动工

26、作模式运行稳定，抗干扰能力强。该控制器具有小巧、经济、可靠、实用和节能降耗的特点，能在多种不同环境中运行，保证了该系统的可靠性。可以完善本设计的思路有，水箱水位在过过高溢出如何处理、如何在液晶屏上显示当前水位、水泵供水的速度的控制、设计更多的报警功能等。参考文献1 姚勇，李忠勤.水箱水位的模拟控制装置(j).煤炭技术，2004，122 武庆生，仇梅.单片机原理与应用（m）.电子科技大学出版，1998,123 behzad razavi,design of analog cmos integrated circuitsm. 20014 李丹，王新第,杜维.光电耦合器的实用技巧(j).自动化仪表，2003，6 5 刘瑞新.单片机原理及应用教程（m）.机械工业出版社，2003,76v. yu. teplov,a.v.anisimov.thermostatting system using a single-chip microcomputer and thermoelectric modules based on the peltier effectj ,2002 7yeager brent,how to troubleshoot your