水滿報(bào)警器.doc

水滿報(bào)警器設(shè)計(jì)與仿真一、【設(shè)計(jì)目的】 生活中很多時(shí)候，我們都需要人工控制水位，這樣不僅浪費(fèi)人力，而且人工不能做到實(shí)時(shí)的監(jiān)控和精確的定位，這就需要一個(gè)測(cè)控電路去實(shí)現(xiàn)水位的監(jiān)控和報(bào)警控制。目前大多數(shù)的住宅小區(qū)都是采用人工加水的辦法，即當(dāng)水用完的時(shí)候，就人工開(kāi)啟水泵進(jìn)行加水，十分不方便。以至于水用完之前不知道水已經(jīng)很少了，等到用完了才知道沒(méi)水了，如果是急需用水的情況下，那就十分麻煩，要等到加水之后才有水用；加水過(guò)程當(dāng)中，還需要人時(shí)時(shí)刻刻檢查水位情況，以防止水位超過(guò)最高的水位；以上一系列的問(wèn)題，都在期待一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的高塔水位控制系統(tǒng)的誕生。二、【指標(biāo)要求】實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)傳感器通過(guò)控制，使水罐水位維持在正常的范圍內(nèi)。具有報(bào)警功能，當(dāng)水位超過(guò)上限或下線時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。三、【設(shè)計(jì)的原理】 1、系統(tǒng)框圖單片機(jī)AT89C51水位檢測(cè)裝置穩(wěn)壓電路顯示電路報(bào)警電路水泵控制圖1 水滿報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖水滿報(bào)警系統(tǒng)(圖1)主要是由5個(gè)模塊組成。既水位檢測(cè)裝置，穩(wěn)壓電路，單片機(jī)，顯示電路、報(bào)警電路和水泵控制電路。 水位檢測(cè)傳感器：對(duì)水位情況進(jìn)行檢測(cè)； 穩(wěn)壓電路：對(duì)從水位檢測(cè)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓處理； 單片機(jī)：控制系統(tǒng)，獲取水位信息并作出相應(yīng)； 報(bào)警電路：對(duì)水位進(jìn)行顯示及對(duì)高、低水位報(bào)警； 水泵控制電路：當(dāng)水位過(guò)低時(shí)，用單片機(jī)來(lái)控制水泵的工作。檢測(cè)到的水位信息通過(guò)穩(wěn)壓電路放大后傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制顯示電路，顯示水位信息，當(dāng)水位過(guò)高或過(guò)低時(shí)報(bào)警，并且當(dāng)水位過(guò)低時(shí)控制水泵加水。2、各模塊工作原理的分析與介紹2.1、水位監(jiān)測(cè)器圖2 水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)器如上圖2所示。A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當(dāng)它不導(dǎo)通時(shí)，表示是低水位了。C為中水位控制線，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)，表示水位適中。D為高水位控制線，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)，表示是高水位了，即水滿狀態(tài)。檢測(cè)器選用細(xì)銅絲，因?yàn)榧?xì)銅絲的電阻率比較低，這樣就可以避免由于電阻過(guò)大而使輸出的電平過(guò)低，以致不能很好的驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作；細(xì)銅絲的傳電性能比較好，傳電速率比較快，也可以說(shuō)是靈敏性很好；還有就是細(xì)銅絲經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，便于我們?nèi)〔摹?.2、穩(wěn)壓電路圖3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路（圖3）由兩級(jí)三極管放大電路組成。水位檢測(cè)傳感器將探測(cè)到的信號(hào)送給穩(wěn)壓電路，若是高電平，則R1,R2,Q1,Q2導(dǎo)通，將低電平送給單片機(jī)；若是低電平，則R1,R2,Q1,Q2均不導(dǎo)通，而是通過(guò)R3將高電平送給單片機(jī)。2.3顯示電路圖4 顯示電路圖4所示的顯示電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)表示不同的水位情況。當(dāng)水位是低水位時(shí)，從單片機(jī)的P2.1口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)紅色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當(dāng)水位時(shí)中等水位時(shí)，從單片機(jī)的P2.2口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)綠色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當(dāng)水位是高水位時(shí)，從單片機(jī)的P2.3口輸出一個(gè)低電平，驅(qū)動(dòng)黃色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光。光報(bào)警電路時(shí)采用共陽(yáng)極連接，低電平時(shí)有效。其中R4,R5,R6為上拉電阻起2.4、報(bào)警電路圖5 報(bào)警電路如圖5所示的報(bào)警電路，當(dāng)水位處于低水位時(shí)，單片機(jī)的P2.4口輸出一個(gè)高電平，從而驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲，起到報(bào)警的作用。2.5、水泵自動(dòng)控制圖6 水泵控制電路如圖6所示的水泵控制電路，此電路由繼電器RL1，光電耦合器MOC3021，水泵，電阻R8,R9,R10，R11，三極管Q4等組成。當(dāng)水位在低水位時(shí)，單片機(jī)的P2.0口輸出一個(gè)高電平，使光電耦合器（MOC3021）導(dǎo)通，繼而驅(qū)動(dòng)Q4導(dǎo)通，這樣就使繼電器（RL1）閉合，從而讓220v的交流電接通水泵，讓水泵轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始加水。4、原理圖及軟件設(shè)計(jì)4.1、原理圖(本設(shè)計(jì)所有電路都是在protues 7.8上仿真的)本原理圖分為圖7和圖8兩部分，由復(fù)位電路、振蕩電路、水位的檢測(cè)電路、穩(wěn)壓電路、顯示電路、報(bào)警電路及水泵控制電路構(gòu)成。圖7 單片機(jī)與水位監(jiān)測(cè)電路，穩(wěn)壓電路相連其中穩(wěn)壓電路有3部分，圖中只作了與水位監(jiān)測(cè)器D端（高水位）相連的部分，另外2部分與該部分電路相同，分別接穩(wěn)壓電路的B、C端。圖8 單片機(jī)與顯示電路，報(bào)警電路，水泵控制電路相連注意的是圖7與圖8是通過(guò)P2.0P2.5相連的。4.2、軟件設(shè)計(jì)開(kāi)始程序初始化水位過(guò)高嗎YN黃燈亮蜂鳴器響水泵停止水位過(guò)低嗎YN紅燈亮蜂鳴器響水泵工作水位中等嗎YN綠燈亮蜂鳴器停水泵工作圖9 軟件流程圖如圖9，首先初始化，當(dāng)單片機(jī)接收到來(lái)自水位檢測(cè)傳感器的一個(gè)信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)分析，在單片機(jī)的輸出端口輸出相應(yīng)的信號(hào)，如果是低水位時(shí)，這時(shí)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)并自動(dòng)開(kāi)始加水，紅燈亮，黃燈和綠燈均不亮，并且蜂鳴器報(bào)警；如果是中等水位時(shí)，水泵繼續(xù)工作，這時(shí)綠燈亮，紅燈和黃燈均不亮，蜂鳴器不報(bào)警；如果是高水位時(shí)，水泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)并且停止加水，黃燈亮，紅燈和綠燈均不亮，蜂鳴器不報(bào)警。四、【仿真與仿真結(jié)果分析】部分仿真結(jié)果見(jiàn)圖10，全部結(jié)果見(jiàn)表1。圖10 水滿報(bào)警器仿真結(jié)果表1 仿真結(jié)果警報(bào)顯示水泵紅燈綠燈黃燈高水位中水位低水位注：表示工作，表示不工作五、【元器件清單】元器件清單如表2所示，包括名稱、型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等相關(guān)信息。表2 元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注R1RES21001R2RES22k1R3RES2100k1R4R6RES22k3R7RES210k1R8RES21k1R9RES210k1R10R11RES22k2R12RES210k1C1C2CAP12pF2C3CAP1uF1X1CRYSTAL1D1Led-red1D2Led-green1D3Led-blue1繼電器RL11光電耦合器MOC30211水泵Motor1按鍵Button1六、【總結(jié)及改進(jìn)思路】水位報(bào)警計(jì)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該從選用傳感器的類(lèi)型入手，由于所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)這個(gè)部分的不是很多，故此部分運(yùn)用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。其次在硬件設(shè)計(jì)方面也需要下大工夫，從穩(wěn)壓電路到報(bào)警電路的選型都要慎重，使其性價(jià)比達(dá)到最佳水平。最后就是軟件方面的設(shè)計(jì)，對(duì)于編程是非常復(fù)雜的，對(duì)于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法有順序結(jié)構(gòu)程序、分支結(jié)構(gòu)程序和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序等。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行調(diào)用子程序，使其運(yùn)行方式一目了然。編程時(shí)先畫(huà)出了流程圖，使得編程事半功倍。關(guān)于改進(jìn)方面，有水位監(jiān)測(cè)器過(guò)于簡(jiǎn)單，達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)控水箱水位的目的，只能粗略的估計(jì)出水箱的水位。雖然達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，但是不能運(yùn)用于高精的需求的設(shè)備，估測(cè)需要進(jìn)一步改進(jìn)。關(guān)于改進(jìn)，我們可以采用專門(mén)的水位監(jiān)測(cè)儀器，將檢測(cè)到的水位信息通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)，從而更進(jìn)一步、更精確的控制水位?！靖戒洝縊RG0000HLJMPSTARTSTART:SETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2RESTART:MOVA,P1ANLA,#00000011HCJNEA,#00H,LOOP1;低水位，紅燈亮，蜂鳴器報(bào)警，水泵抽水SETBP2.4SETBP2.3SETBP2.2SETBP2.0CLRP2.1LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP1:CJNEA,#03H,LOOP2;中水位，綠燈亮，蜂鳴器不報(bào)警，水泵繼續(xù)抽水SETBP2.1SETBP2.3SETBP2.0CLRP2.2CLR P2.4LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP2:CJNEA,#07H,RESTART;高水位，黃燈亮，蜂鳴器不報(bào)警，水泵停止抽水SETBP2.1SETBP2.2CLRP2.0CLRP2.3CLRP2.4LCALLDELAY