水位监控系统的设计定稿

水位监控系统的设计作者:XXX2009级专(1)班指导老师:XXX[摘要]本文通过单片机应用系统开发方法，应用单片机控制技术设计了一款简单实用、经济的水位监控系统。并进行了水位控制系统PROTEUS仿真。设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电控制强电的技术。[关键字]单片机控制；报警电路；监测电路WaterLevelMonitoringSystemAuthor:ZhangyanpingTeacher:Yangjianping[Abstract]Inthispaper,single-chipmicrocomputerapplicationsystemsdevelopmentmethodologies,single-chipcontroltechnologyapplicationsdesignedasimple,practicalandeconomiclevelcontrolsystem.AndcarriedoutasimulationofwaterlevelcontrolsystemPROTEUS.Theprocessofdesigningthemainuseofsensortechnology,single-chiptechnology,opticaltechnology,andweakcontrolofthepolicepowerofthetechnologystrong. [Keywords]MCUcontrol;alarmcircuit;monitoringcircuit目录1.引言32.设计要求与方案32.1设计要求32.2设计方案32.3方案论证43.系统组成与工作原理43.1系统组成43.2系统工作原理54.单元电路设计54.1传感器的选用64.2稳压电路的设计64.3单片机控制处理电路74.4光报警显示系统74.5继电器控制水泵加水电路84.5.1继电器控制电路的原理图84.5.2光电耦合器简介94.5.3继电器简介95.程序流程与汇编程序106.系统仿真126.1程序编译与加载126.2系统仿真126.3仿真结果分析177.结束语17参考文献17致谢181.引言水位监控系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，现在兴建的许多房子都要实现自来水供水，所以许多家庭的楼顶都砌了一个高塔用来存储用水，然后对整个房子的用水进行供应。由于水用完只前，不知道水已经很少，待用完后才知晓，如果是急需水的情况下，那就十分麻烦要等加水后才有水用；加水的过程当中，还需要人时刻检查水位情况，以防止水量超过最高水位线。为了解决这一问题，我们设计了简单高塔水位控制系统。在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。2.设计要求与方案2.1设计要求1、根本要求1〕方案设计与论证：在广泛收集资料，认真研究的根底上，提出高塔水位控制系统的方案，并在PROTEUS环境中进行仿真。2〕程序设计：对系统进行整体规划，完成程序设计与模拟调试2、扩展要求设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。3、设备模块电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。2.2设计方案本方案采用单片机80C52作为我们的控制芯片,主要工作过程是当高塔中的水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,然后单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮;当水位在正常范围内时,水泵加水,绿灯亮,;当水位在高水位时,单片机不能驱动水泵加水,黄灯亮。图1方案框图2.3方案论证方案中使用了单片机处理，单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,由于80C52单片机有四端口32引脚能够非常方便地设计显示系统。3.系统组成与工作原理3.1系统组成本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。主电气原理图如下。图2系统原理图3.2系统工作原理当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通，进入稳压电路后，经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，单片机经过分析，在P3.1口输出一低电平，驱动红灯亮，P3.0出来一个信号使光电耦合器GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P3.2引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P3.0端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。4.单元电路设计4.1传感器的选用在现代科技领域中，传感器得到了广泛应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速反映。本设计当中采用的水位探测传感器简单易做，其外形轮廓如下：图3水位探测传感器外观图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，当水位到达低水位的时候它不导通，水在正常范围内时，它导通。C线为高水位控制线，当它导通时，表示水已经为高水位。4.2稳压电路的设计稳压电路如下：图4稳压电路本电路的主要作用是使从传感器输出的电平能够稳定地输入单片机中，主要由三极官的两极放大稳定电路组成，其工作过程是水位探测传感器把探测到的电信号送给R12,如果送入的是高电平那么R11、Q5、D3、Q4导通把低于1.4V的低电平稳定地送给单片机。如果是低电平送给R12那么R11、Q5、D3、Q4均不能导通二是R13导通将把高于1.4V的高电平稳定的送给单片机。4.3单片机控制处理电路我们选用AT89C52作为我们的控制芯片其引脚图如下：图5AT89C52引脚图〔1〕80C52是INTEL公司MCS-52系列单片机中最根本的产品，它采用NTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-52的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。〔2〕我们采用AT89C52作为控制芯片,由于其内部有EPROM，容量已经够用，所以无需进行存储器的扩展。本设计当中，我们主要采用了P1.0、P1.1的灵活的I/O端口作用作为我们的低水位和高水位信号输入口，单片机通过软件的控制不断检测这个端口的输入电平，一旦发现那么执行相应的控制程序，输出不同的信号给P2.3、P2.2、P2.1来告知水位情况即红、黄、绿分别表示水位在低水位状态，高水位状态，正常水位状态。然后，根据不同的水位决定是否通过P2.0口驱动水泵加水还是停止加水。4.4光报警显示系统本电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，其他两灯不亮表示是低水位状态，此时需要启动水泵加水；绿灯亮，其他两灯不亮表示在正常的水位线内；黄灯发亮，其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三灯闪烁表示系统出现故障。图6光报警电路原理图此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16为上拉电阻起限压控流作用。4.5继电器控制水泵加水电路4.5.1继电器控制电路的原理图该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R7、R8、R9、R10Y以及D2、Q3等组成。当水位在低水位时单片机给P2.0送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q3导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水。图7继电器控制水泵加水电路4.5.2光电耦合器简介光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两局部组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，在本设计当中发光源为发光二极管，受光器为光敏三极管。本设计当中我们采用光电耦合器组成开关电路的作用，能够很好地将单片机信号稳定地送给继电器驱动继电器闭合。4.5.3继电器简介继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在我们设计当中主要来做自动控制作用，我们采用+5V的直流电来控制220V的交流电，以到达控制水泵的作用，因为是在这里是以一种弱电来控制强电所以安装和使用的过程当中我们一定要注意用电平安考前须知。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点〔常开触点〕吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点〔常闭触点〕吸合。这样吸合、释放，从而到达了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”程序流程开始开始重新扫描初始化重新扫描初始化重新扫描重新扫描Y延时0.5秒P3.0=0P3.1=0P3.2=1P3.3=1Y延时0.5秒P3.0=0P3.1=0P3.2=1P3.3=1水泵抽水，红灯亮(P1)=#00H?NY(P1)=#01H?NY(P1)=#01H?P3.0=0，P3.1=1P3.2=1，P3.3=0P3.0=0，P3.1=1P3.2=1，P3.3=0水泵抽水，绿灯亮NYNYP3.0=1、P3.1、P3.2、P3.3同时变为0或1P3.0=1、P3.1、P3.2、P3.3同时变为0或1水泵停止抽水，灯闪烁(P1)=#02H?NN(P1)=#03H?YP3.0=1，P3.1=1(P1)=#03H?YP3.0=1，P3.1=1P3.2=0，P3.3=1水泵停止抽水，黄灯亮NN图8程序流程5.1汇编程序程序如下：ORG0000HLJMPSTARTSTART:SETBP1.0SETBP1.1RESTART:MOVA,P1ANLA,#00000011BCJNEA,#00H,LOOP1;在低水位之下，开启电动机，亮红灯SETBP3.2SETBP3.3CLRP3.0CLRP3.1LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP1:CJNEA,#01H,LOOP2;当超过低水位，并且未到达高水位时，保持电动机转动，亮绿灯SETBP3.2SETBP3.1CLRP3.0CLRP3.3LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP2:CJNEA,#02H,LOOP3;系统故障〔到达高水位，却没到达低水位〕红，黄，绿灯均闪烁SETBP3.0CLRP3.3CLRP3.2CLRP3.1LCALLDELAYSETBP3.3SETBP3.2SETBP3.1LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP3:CJNEA,#03H,RESTART;当到达高水位时，停止电动机，亮黄灯SETBP3.1SETBP3.0SETBP3.3CLRP3.2LCALLDELAYLJMPRESTARTDELAY:MOVR0,#250DELAY3:MOVR1,#200DELAY2:MOVR2,#5DELAY1:DJNZR2,DELAY1DJNZR1,DELAY2DJNZR0,DELAY3RETEND6.系统仿真6.1程序编译与加载点菜单Source→Add/RemovesourceFiles”在出现的对话框中，选择ASEM51编辑器，将上面的汇编源程序添加，点菜单Source→BuildALL编译汇编源程序，生成目标代码文件。在编辑环境左击单片机然后右击，将编译生成的HEX文件加载到芯片中，设单片机的时钟工作频率为12MHZ。6.2系统仿真点全速运行按键，可得到图6-1—6-4所示的仿真结果,处于低水位和正常状态,水泵处于运行状态；处于高水位和系统故障状态时，水泵不运行。图9低水位状态仿真结果图10正常水位仿真结果图11高水位状态仿真结果图12故障状态仿真结果6.3仿真结果分析PROTEUS环境,运行高塔水位控制系统,我们发现,当水位处于低水位区时,红灯亮,水泵处于运行状态,随着水位的上升,水泵仍处于运行状态,当水位到达高位时,黄灯亮,水泵停止运行。当用户使用,水位不断下降,水泵重新启动,重复以上过程。上述仿真说明，本设计到达了预期的设计目标，实现了水位自动控制。结束语以往，人们由于自己的楼顶水塔的水位不清楚，，加水不方便儿感到苦恼，现在我们顺应大家的需要研制了这款简单经济实用的高塔水位监控系统，相信能够给广阔的老百姓的生活带来方便，以后大家就不用亲自跑到楼顶加水了。本系统主要由水位探测传感器，单片机控制系统，水位显示系统，继电器驱动电路，水泵加水系统组成，系统简单，安装方便，建议广阔用户尝试使用，我相信大家在用了之后一定会感到满意的。本系统采工作过程是当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，单片机经过分析，在P3.3口输出一低电平，驱动红灯亮，P3.0出来的一个信号使光点耦合器GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；但水位处于正常范围内时，水泵加水，绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P3.2引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P3.0端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水，当系统出现故障时，三灯闪烁。参考文献[1]赵贞图.传感器集成电路手册[M].化学工业出版社，2002年4月，第1版.[2]何希才.传感器及其应用实例[M].机