1、辽宁工程技术大学课程设计单片机原理及接口技术课程设计题目： 水位控制系统 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 时 间： 辽宁工程技术大学课程设计课程设计成绩评定表学期 2011-2012 姓名专业 电力自动化 班级课程名称单片机原理及接口技术设计题目水位控制系统评语成绩指导教师设计时间2011 年 12 月 28 日备注辽宁工程技术大学课程设计目 录摘 要.10 引 言.21、几种方案的比较31.1 简单的机械式控制方式 31.2 复杂控制器控制方案.3 1.3 通过水位变化上下限的控制方式32、水塔水位控制原理 .43、电路设计53.1 水位检测接口电路.53.2 报警接口电路63.3
2、 存储器扩展接口电路 64、系统软件设计74.1 流程图.74.2 程序75、结语.96、参考文献.10辽宁工程技术大学课程设计摘要经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用 Proteus 软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。关键词
3、：单片机；水位检测；控制系统；仿真辽宁工程技术大学课程设计0 引言水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以 Atmel 公司的 AT89C5l 单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能，并在Proteus 软件环境下实际仿真。实验结果表明，
4、该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展。辽宁工程技术大学课程设计1 设计方案比较说明系对于水位进行控制的设计方式有很多，而应用较多的主要有 3 种，三种方式的实现如下：1.1 简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。1.2 复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD 变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行 PID 运
5、算，得出调节参量；经由 DA 变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水塔水位的目的。1.3 通过水位变化上下限的控制方式。这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的 3 根金属棒 ABC，以感知水位的变化情况。其中，A 棒处于下限水位，C 棒处于上限水位，B 棒在上下限水位之间。A 棒接+5V 电源，B 棒C 棒各通过一个电阻与地相连。 针对上述 3 种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第三种控制方式。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。当水塔水位下降至下限水位时，启动水泵；水塔水位上升至上限水位时，关
6、闭水泵；水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态；供水系统出现故障时，自动报警；故障解除时，水泵恢复正常工作。辽宁工程技术大学课程设计2 水塔水位控制原理单片机水塔水位控制原理如图 l 所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的 3 根金属棒 A、B、C，用以反映水位变化的情况。其中，A 棒在下限水位，B 棒在上、下限水位之间，C 棒在上限水位(底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，由于水的导电作
7、用，使 B、C 棒均与+5 V 连通。因此 b、c 两端的电压都为+5 V即为“1”状态此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限之间时，B 棒和 A 棒导通，而 C 棒不能与 A 棒导通，b 端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C 棒均不能与 A 棒导通，b、c 均为“0”状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。图 1 水塔水位控制原理图辽宁工程技术大学课程设计3 电路设计水塔水位控制系统主要由 CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、报警接
8、口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成，如图 2 所示。图 3 为系统硬件电路。图 2 水塔水位控制原理框图辽宁工程技术大学课程设计图 3 系统硬件电路3.1 水位检测接口电路为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模拟 b、c 端的状态(1、0)，正电极接+5 V 电源，每个负电极分别通过 47 kQ 的电阻(尺 1，R2)接地。将单片机的 P10 端口接开关 1，P11 端口接开关 2。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置 1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为 0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置 0)，电机必须带动水泵抽水
9、；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平(此时开关 1 置 1，开关 2 置 0)；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关 l 和 2都置 1)，单片机检测到 P10 和 P11 为高电平后，立即停机。3.2 报警接口电路为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。单片机 P17 端口为启动电机命令输出端口，P17=0 为低电平，经过非门后与电机的另一端接地导通，启动电机工作；P17=l 为高电平，反之，电机停止工作。电机故障报警由单片机控制，电机故障报警信号由 P10 和 P11 输人当 P15 为高电辽宁工程技术大
10、学课程设计平时蜂鸣器报警。水位超过高警戒水位，单片机控制系统使电机停止转动，向水塔内供水工作也停止。3.3 存储器扩展接口电路为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器，用于存放源程序代码。74LS373 用于锁存地址，单片机的 P00P07 通过复用方式分别接锁存器 74LS373 的 DOD7 和存储器 2732 的 D0D7 端，地址锁存信号线 ALE 接锁存器的 OE 端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输，锁存器的输出端 OQ0O7 与存储器地址线 A0A7 相连，剩余的 3 根地址线 A8A11接 P20P22单片机选通引脚丽接存储器 OE 端，因只扩展一片
11、存储器，片选端 CE 接地。4 系统软件设计4.1 流程图 当水塔水位处于上、下限之间时，P10=l，P11=0，此时无论电机是在带动水泵给水塔供水使水位不断上升还是电机没有工作使水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位低于下限时，P10=0，P11=0，此时启动电机转动，带动水泵给水塔供水。水位检测信号与输出控制操作关系如表 1 所列，图 4 为水塔水位控制程序流程。辽宁工程技术大学课程设计图 4 水塔水位控制程序流程表 1 水位检测信号与输出控制操作关系4.2 程序ORG 0030HLOOP: ORL R1 #03H ;为检查水位状态准备MOV A P1JNB ACC.0 ONE ；
12、P1.0=0 则转JB ACC.1 TWO ； P1.1=1 则转BACK: ACALL D10S ；延时 10sAJMP LOOPONE: JNB ACC.1 THREE ；P1.1=0 则转辽宁工程技术大学课程设计CLR 95H ；0P1.5,启动报警装置SETB 97H ；1P1.7,停止电机工作FOUR: SJMP FOURTHREE: CLR 97H ；启动电机AJMP BACKTWO: SETB 97H ；停止电机工作AJMP BACK延时子程序 D10S（延时 10s）:ORG 0100HD10S: MOV R3 #19HLOOP: MOV R1 #85HLOOP1: MOV R
13、2 #0FAHLOOP2: DJNZ R2 LOOP2DJNZ R1 LOOP1DJNZ R3 LOOP3RET 5 结束语该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充分利用单片机强大控制功能和方便通信接口，该检测控制系统在实验室某实验水冷却系统得到成功实践，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，提高了实验的自动控制能力。进一步优化系统软硬件设计，可为实时实现远端控制，因此，该系统在农村水塔，城市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。辽宁工程技术大学课程设计通过本次的设计，我对水位控制和检测有了进一步的认识。相信在以后的实践和工作中我会做的更好。6 参考文献1单片机原理及接口技术李朝青主编 北京航空航天大学出版社，20052单片机原理及应用张毅刚编 辽宁工程技术大学课程设计高等教育出版社 20013单片机应用程序设计技术 周航慈主编北京航空航天大学出版社 20024单片机实用技术问答 谢宜仁 主编 人民邮电出版社 2002
