基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄摘要- 1 -關(guān)鍵詞- 1 -英文摘要- 1 -英語(yǔ)關(guān)鍵詞- 1 -專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng) 摘要：本設(shè)計(jì)是一種基于AT89S52單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、水位控制、自動(dòng)處理、報(bào)警等功能。實(shí)現(xiàn)高、低警戒水位報(bào)警并進(jìn)行水位處理。介紹電路接口原理圖，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖和程序。本系統(tǒng)可以提高整體的工作效率，實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)；水位檢測(cè)；自動(dòng)處理；控制系統(tǒng)A water tower water level control system based on MCUAbstract:A water towe

2、r water level control system is designed based on AT89S52 MCU.This system can realize water level detection, water level control, processing and alarming. The independent detection circuit can realize the elevation, the low warning water level can report to the police and water level process.On the

3、principle of interface circuits, software design is the corresponding flow chart and the corresponding of the main program.This system will save the working time,and also improves the overall efficiency of water towers. Key words：AT89S52 MCU； Water Level detection； Auto-protecting； Control System 1

4、引言隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，水位控制越來(lái)越智能化，控制水位的要求也越來(lái)越高。它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去，水位控制的操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來(lái)了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)則器件損壞，將帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對(duì)水位的控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。1.1 研究背景及意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口密度的不斷增加，水

5、資源的利用率與節(jié)約用水意識(shí)就相對(duì)越發(fā)重要了。水位控制被廣泛地應(yīng)用在日常生活和工業(yè)上，通過(guò)對(duì)水位的控制對(duì)外供水以滿(mǎn)足需要，其水位控制具有普遍性。水資源一直都在人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，突然斷水，不僅會(huì)給人們的生活帶來(lái)大大的不便，而且如果長(zhǎng)時(shí)間缺水，則很有可能造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害甚至更大的損失。因此，供水系統(tǒng)往往是建筑、生產(chǎn)或企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。供水的主要問(wèn)題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)水位到達(dá)水位下限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，給供水；在水位達(dá)到水位上限的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)，停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時(shí)候能夠發(fā)出警報(bào)，以及時(shí)排除故障，隨時(shí)保證的

6、對(duì)外的正常供水作用。 目前，控制水位方法較多，其中較為常用的是由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，使內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。隨著我國(guó)單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，單片機(jī)具備了高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強(qiáng)；低電壓，低功耗；易擴(kuò)展和單片機(jī)生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。所以，基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的發(fā)展空間。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)水位控制具有較高的使用價(jià)值和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。利用水的導(dǎo)電性能實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的測(cè)量，可以有效地保證水位的自動(dòng)控制，能更好地對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)化控制，避免了工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)檢操控，方便了工作人員對(duì)水位的控制，控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好。單片機(jī)具備了不

7、僅體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的的性?xún)r(jià)比，應(yīng)用前景廣闊，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過(guò)微機(jī)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此次設(shè)計(jì)就是采用AT89S52單片機(jī)為核心的一種水位控制系統(tǒng)，具有較高的使用價(jià)值和優(yōu)越性。本系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)相比較大大降低了使用成本，提高了控制運(yùn)行速度。根據(jù)仿真模擬運(yùn)行的結(jié)果表明，該系統(tǒng)能很好的運(yùn)行，將液位控制在給定的范圍內(nèi)，對(duì)過(guò)高和過(guò)低的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)安全警報(bào)，穩(wěn)定性能好，容易操作和控制，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)階段的智能水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常采用的三種手段可實(shí)現(xiàn)上述功能：PLC水位控制系統(tǒng)；

8、單片機(jī)智能水位控制；光纖傳感器在水位檢測(cè)中的應(yīng)用研究?；趩纹瑱C(jī)的成本相對(duì)于其他兩個(gè)控制系統(tǒng)較低，所以當(dāng)前單片機(jī)控制水位的研究占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)位置。單片機(jī)水位控制系統(tǒng)以其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì)，不僅大量使用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并且開(kāi)始慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段，要應(yīng)用到農(nóng)村當(dāng)中，因?yàn)樗某杀締?wèn)題，還是無(wú)法普及各個(gè)地方。比如把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自動(dòng)化控制的水箱，從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè)，對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施的性?xún)r(jià)比較高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低，以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。我國(guó)仍然處于生

9、產(chǎn)型發(fā)展中國(guó)家，所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中，水箱是比不可少的部件。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。目前市場(chǎng)上在用的水位控制方式主要有以下幾種：（1） 外置水壓式水位控制：其工作原理是利用水箱內(nèi)水的自身壓力轉(zhuǎn)化為力矩,利用自來(lái)水的壓力膨脹,結(jié)合杠桿原理制作而成.可實(shí)現(xiàn)水箱的全自動(dòng)進(jìn)水控制。該控制閥水位調(diào)節(jié)范圍廣，使用水位調(diào)節(jié)范圍是03m; 36m；610m(三種閥)的水位高度；使用調(diào)節(jié)壓力范圍是00.2Mpa。對(duì)自來(lái)水有減壓作用，洗澡時(shí)易調(diào)節(jié)水溫，節(jié)水。（2） 電極式水位控制：使用多個(gè)電極線(xiàn)與水面接觸，探測(cè)水位。最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是成本低廉。（3） 液位變送器+智能

10、控制器方式：屬于模擬量控制，可以實(shí)時(shí)顯示水位數(shù)值，對(duì)于水位失控或設(shè)備故障可以提前預(yù)警。集成了雙泵智能控制，控制系統(tǒng)接線(xiàn)簡(jiǎn)單?？稍O(shè)高、低、超高、超低四點(diǎn)控制，控制點(diǎn)（水面位置）在控制器上設(shè)定，極其方便。智能控制器可與電腦聯(lián)網(wǎng)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視水位及設(shè)備運(yùn)行情況。是從工業(yè)控制系統(tǒng)移植而來(lái)，穩(wěn)定可靠。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上，他們的經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)趨于成熟。我國(guó)在新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在差距。2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1 研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是一種基于AT89S52單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)部分：水位檢測(cè)模塊、水位檢測(cè)范圍、水泵控

11、制水位的工作過(guò)程以及報(bào)警系統(tǒng)的顯示。本系統(tǒng)的工作原理，就是導(dǎo)線(xiàn)測(cè)得水位高度，把信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)接受并且處理信號(hào)，然后把處理完的信號(hào)傳送給繼電器，再通過(guò)繼電器的電平轉(zhuǎn)換，根據(jù)水位來(lái)控制水泵的工作。2.2 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的水位控制，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，構(gòu)造總體方框圖如圖2-1所示。單片機(jī)控制模塊水位控制模塊水位檢測(cè)模塊水位警報(bào)模塊圖2-1 總體系統(tǒng)方框圖根據(jù)水的導(dǎo)電性，當(dāng)水位到達(dá)導(dǎo)線(xiàn)所處的位置時(shí)，低電平信號(hào)送入到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析處理后根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果通過(guò)繼電器對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制，從而進(jìn)行對(duì)水位的控制。2.3 系統(tǒng)要求（1） 電極式傳感器測(cè)量水位范圍。（2） 高水位、低水

12、位報(bào)警。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 水位檢測(cè)模塊常見(jiàn)的水位檢測(cè)方法有很多種，本系統(tǒng)選擇了電極式檢測(cè)方法，因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)單，并且由于實(shí)驗(yàn)的精確度要求不是很高，所以電極式方法完全可以滿(mǎn)足對(duì)水位的檢測(cè)。通過(guò)自制3根線(xiàn)將容器中的液位分成了3個(gè)水位擋(如果想要多增加幾個(gè)的水位監(jiān)測(cè)，可以多增加幾根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)監(jiān)測(cè)更多的水位)，通過(guò)和電源正極的結(jié)合，利用水導(dǎo)電的特性，通過(guò)9012三極管等元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路的電平轉(zhuǎn)換，將液位數(shù)據(jù)輸入P2口，通過(guò)單片機(jī)換算轉(zhuǎn)換成液位數(shù)據(jù)存入一個(gè)存儲(chǔ)器單元，隨時(shí)讀取。水位監(jiān)測(cè)電路如圖3-1所示。圖3-1 水位檢測(cè)電路對(duì)于本系統(tǒng)的水位檢測(cè)是用三根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)控制的，其中最長(zhǎng)的（接近底部）一根導(dǎo)線(xiàn)跟

13、地連接。當(dāng)另外兩跟導(dǎo)線(xiàn)接觸到水后，由于水的導(dǎo)電性，使得這兩根導(dǎo)線(xiàn)也變成低電平，從而使三極管9012導(dǎo)通，P2.3和P2.5也變成低電平。當(dāng)?shù)碗娖絺鹘o單片機(jī)后，單片機(jī)把信號(hào)傳給p2.7引腳，控制電機(jī)運(yùn)行給注水。當(dāng)兩根導(dǎo)線(xiàn)不接觸水的時(shí)候，輸出則是高電平，電機(jī)停止工作。在正常情況下，水位應(yīng)該控制在合理的范圍之內(nèi)?？梢栽谛钏萜鲀?nèi)標(biāo)刻出水位的不同階段，然后根據(jù)本課題利用的是電極式檢測(cè)法，在各個(gè)水位階段安裝電極傳感器來(lái)檢測(cè)水位?？梢愿鶕?jù)水位到達(dá)不同的階段從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊本設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)、時(shí)鐘晶振電路、復(fù)位電路組成。時(shí)鐘晶振采用是12MHz高精度的晶

14、振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。3.2.1 AT89S52單片機(jī)的介紹AT89S52是AT89C51的升級(jí)版本，比AT89C51的容量要大很多，所以選擇使用AT89S52芯片來(lái)代替AT89C51芯片。AT89S52單片機(jī)具有40個(gè)引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線(xiàn)編程閃存。該器件采用ATM

15、EL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線(xiàn)編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)SPI串行口改寫(xiě)或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫(xiě)。通過(guò)把通用的8位CPU與可在線(xiàn)下載的Flash集成在一個(gè)芯片上，AT89S52便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，且成本較低。    最常見(jiàn)的PDIP封裝AT89S52的引腳排列見(jiàn)圖3-2。圖3-2 AT89S52AT89S52主要功能特性：· 兼容MCS-51指令系統(tǒng) · 4k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）ISP flash rom

16、83; 32個(gè)雙向I/O口 · 4.5-5.5v工作電壓· 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 · 時(shí)鐘頻率0-33mhz· 全雙工UART串行中斷口線(xiàn) · 128x8bit內(nèi)部RAM· 2個(gè)外部中斷源 · 低功耗空閑和省電模式· 中斷喚醒省電模式 · 3級(jí)加密位· 看門(mén)狗（WDT）電路 · 軟件設(shè)置空閑和省電功能· 靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程 · 雙數(shù)據(jù)寄存器指針按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。1.多功能I

17、/O口AT89S52共有四個(gè)8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O線(xiàn)。每根線(xiàn)可以單獨(dú)用作輸入或輸出。2.RST  復(fù)位輸入端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗定時(shí)器（Watchdog）溢出后，該引腳會(huì)保持98個(gè)振蕩周期的高電平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。3.ALE/PROG  地址鎖存允許信號(hào)。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，

18、這個(gè)輸出信號(hào)用于鎖存低字節(jié)地址。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號(hào)，可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在需要時(shí)，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時(shí)ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì)ALE屏蔽位置“1”并不起作用。4.PSEN  程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來(lái)自外部存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期PSEN被激活2次。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中，PS

19、EN的2次激活會(huì)被跳過(guò)。5.EA/Vpp  外部存取允許信號(hào)。為了確保單片機(jī)從地址為0000HFFFFH的外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則EA在復(fù)位時(shí)被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)，EA應(yīng)接到Vcc。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。6.XTAL1  振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 7.XTAL2  振蕩器的反相放大器輸出。3.2.2 復(fù)位電路基本的復(fù)位方式有手動(dòng)復(fù)位跟上電復(fù)位，本系統(tǒng)使用手動(dòng)復(fù)位方式。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平，一般采用的辦法是在

20、RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿(mǎn)足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路由單片機(jī)AT89S52的RST引腳和電容、電阻串聯(lián)構(gòu)成。其電路原理圖如圖3-3所示。圖3-3 復(fù)位電路原理圖AT89S52單片機(jī)的第9腳（RST）為復(fù)位引腳與電容和電阻中間相連。系統(tǒng)上電后，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，只要RST引腳上出現(xiàn)大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間的高電平即可引起單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。3.2.3 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路一般由晶振和電容組成。本次設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路我選用的是晶振電路。在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱(chēng)叫晶體振蕩器

21、，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。時(shí)鐘電路如圖3-4所示。圖

22、3-4 時(shí)鐘電路原理圖3.3 水位控制模塊水位控制電路是通過(guò)繼電器來(lái)控制水泵的運(yùn)行的，根據(jù)檢測(cè)到的水位處于哪個(gè)階段，通過(guò)單片機(jī)處理后由P2.7口傳送給水位控制電路，以此來(lái)進(jìn)行水位的控制。選擇繼電器控制水泵的原因是因?yàn)槔^電器可以通過(guò)小電流控制大電流的特點(diǎn)，由于水泵的運(yùn)行需要大電流，而直流電源無(wú)法提供大功率，因此需要使用交流供電。并且繼電器不僅是一種可以自動(dòng)控制的電器，而且對(duì)系統(tǒng)線(xiàn)路還起到了保護(hù)作用。采集完水位信息之后，通過(guò)單片機(jī)的P2口把信息送入給單片機(jī)處理加工，沒(méi)水，滿(mǎn)水或者系統(tǒng)出錯(cuò)，水泵都會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，使系統(tǒng)的水位保持在一定的范圍內(nèi)。水位控制電路如圖3-5所示。圖3-5 水位控制電路當(dāng)水

23、位低于上水位限時(shí)，繼電器電平轉(zhuǎn)換控制水泵運(yùn)作，D2燈亮。當(dāng)水位高于水位上限時(shí)，繼電器控制水泵停止工作，D2燈暗。3.3.1 繼電器的介紹繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中主要來(lái)做自動(dòng)控制作用，系統(tǒng)采用+5V的直流電來(lái)控制220V的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用，因?yàn)樵谶@里是以一種弱電來(lái)控制強(qiáng)電，所以安裝和使用的過(guò)程當(dāng)中一定要注意用電安全注意事項(xiàng)。 磁式繼電器一般由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合

24、。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。 常用的繼電器可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及干簧繼電器等。 （1） 熱繼電器是一種通過(guò)電流簡(jiǎn)介反應(yīng)被控電器發(fā)熱狀態(tài)的防護(hù)器件。 （2） 干簧繼電器是一種新型密封觸點(diǎn)的繼電器，它既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電，兼有普通電磁繼電器的觸點(diǎn)

25、和磁路系統(tǒng)的雙重作用，具備快速動(dòng)作、靈敏度高、穩(wěn)定可靠和消耗功率低等優(yōu)點(diǎn)。 （3）時(shí)間繼電器是在電路中對(duì)動(dòng)作時(shí)間起控制作用的繼電器。 （4）中間繼電器具有觸點(diǎn)多、觸點(diǎn)電流大和動(dòng)作靈敏等特點(diǎn)，常用于某一電器與被控電路之間，以擴(kuò)大電器的控制觸點(diǎn)數(shù)量和容量。 （5）電流繼電器和電壓繼電器屬于常用的電磁繼電器之一。如果繼電器是按通入線(xiàn)圈的電流的大小而動(dòng)作的，就是電流繼電器，電流繼電器是串聯(lián)在負(fù)載中使用的，其線(xiàn)圈匝數(shù)少、內(nèi)阻低，可以保護(hù)線(xiàn)路不因電流過(guò)大而收到損壞；如果繼電器是按照施加到線(xiàn)圈上的電壓大小來(lái)動(dòng)作的，就是電壓繼電器，電壓繼電器與負(fù)載電路并聯(lián)工作，所以線(xiàn)圈匝數(shù)較多、

26、阻抗較高。故本次對(duì)于水泵電機(jī)的控制選用的是電流繼電器。3.4 水位報(bào)警模塊 本系統(tǒng)的水位報(bào)警電路采用了簡(jiǎn)單的指示燈報(bào)警，系統(tǒng)故障報(bào)警和水泵的水位信息報(bào)警，以便及時(shí)掌握水泵水位控制系統(tǒng)的工作狀況。每一個(gè)二極管都已經(jīng)設(shè)定為特定的水位階段，每當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定階段時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管就發(fā)光顯示，二極管由單片機(jī)的P1口控制。對(duì)于水位信息的報(bào)警，為了防止水位過(guò)高而導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，以及水位過(guò)低而導(dǎo)致供水不足的現(xiàn)象發(fā)生。在報(bào)警系統(tǒng)這個(gè)模塊中設(shè)置了水位上限指示燈跟水位下限指示燈。采用不同顏色的發(fā)光二極管，黃色代表水位下限指示燈，綠色代表水位上限指示燈。報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是首先把上、下限報(bào)警值分別確定下來(lái)，然后取本次

27、采樣值Xi先與上限值進(jìn)行比較，如果大于上限報(bào)警值，單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào)，使繼電器斷開(kāi)，水泵電機(jī)停止向內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī)P1.2輸出低電平，使綠燈亮，進(jìn)行上限報(bào)警；如果采樣值Xi小于上限報(bào)警值，則繼續(xù)講采樣值Xi與下限報(bào)警值想比較，若小于下限報(bào)警值，單片機(jī)送出低電平信號(hào)，這時(shí)繼電器吸合，水泵電機(jī)開(kāi)始向內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī)P1.1輸出低電平，使黃燈亮，進(jìn)行下限報(bào)警。當(dāng)水位檢測(cè)系統(tǒng)出故障的時(shí)候三個(gè)燈閃動(dòng)。水位報(bào)警電路如圖3-6所示。圖3-6 水位報(bào)警電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 水位控制主程序給系統(tǒng)設(shè)定水位的基本上下限值，當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)，P2.3=0，P2.5=1，此時(shí)無(wú)論電機(jī)是在帶動(dòng)水泵

28、給供水使水位不斷上升，還是電機(jī)沒(méi)有工作使水位不斷下降， 都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時(shí)，P2.3=1，P2.5=1，此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給供水。水位控制主程序流程如圖4-1所示。開(kāi)始準(zhǔn)備檢測(cè)狀態(tài)位 P2.3=1? YP2.7=0啟動(dòng)P2.5=1? N Y P2.5=0? N故障 NP2.7=1,停機(jī) YP2.7=1,停機(jī)延時(shí)10s等待，維修 圖4-1 水位控制主程序流程上、下限水位信號(hào)分別由p2.5、p2.3輸入，電機(jī)的控制信號(hào)由p2.7輸出。操作并記錄下4組水位檢測(cè)信號(hào)與輸出控制操作關(guān)系，狀態(tài)如下表4-1所示 表4-1 水位檢測(cè)信號(hào)與輸出控制操作關(guān)系P2.3(b低水位)P2

29、.5(c高水位) P2.7 輸出控制操作 110電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)010保持轉(zhuǎn)動(dòng)101三個(gè)燈閃（故障）001電機(jī)停止4.2 中斷報(bào)警程序當(dāng)測(cè)量水位的下限不存在時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。這時(shí)就申請(qǐng)了中斷，在中斷中報(bào)警，告訴工作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖4-2為中斷報(bào)警程序流程圖。 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 檢查水位上限報(bào)警并處理超上限? Y 下限報(bào)警并處理超下限? 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回圖4-2 中斷報(bào)警程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試及誤差分析5.1 硬件調(diào)試硬件電路制作應(yīng)避免出現(xiàn)虛焊或焊接短路的情況，電路的設(shè)計(jì)在理論上完全行得通，接線(xiàn)原則是從全局出發(fā)，逐個(gè)模塊一一連接調(diào)試，最后進(jìn)行總體調(diào)試。逐個(gè)模塊接線(xiàn)再調(diào)試，可以為總體調(diào)試省去很多時(shí)間，并

30、且只要每個(gè)模塊都能正常運(yùn)行，總的電路就不會(huì)出現(xiàn)太大問(wèn)題。調(diào)試前的直觀檢查：（1） 連線(xiàn)是否正確。在通電之前應(yīng)先檢查一下電路的連線(xiàn)是否正確，包括錯(cuò)線(xiàn)，少線(xiàn)和多線(xiàn)的情況。檢查的方法有：按照電路圖檢查安裝的線(xiàn)路，這種方法的特點(diǎn)是，根據(jù)電路圖來(lái)確定，按一定的順序進(jìn)行檢查安裝好的電路，由此，可容易查出錯(cuò)線(xiàn)和少線(xiàn)的情況。另外一種方法就是按照實(shí)際線(xiàn)路來(lái)對(duì)照原理電路進(jìn)行查線(xiàn)，這是一種以元件為中心行進(jìn)查線(xiàn)的方法。把每個(gè)元件引腳的連線(xiàn)一次查清，檢查每個(gè)接線(xiàn)處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線(xiàn)和少線(xiàn)，還容易查出多線(xiàn)的情況。（2） 元器件安裝時(shí)的情況。檢查元器件引腳之間有無(wú)短路，連接處有無(wú)接觸不良，二極管和

31、電容等是否連接有誤。（3） 電源端對(duì)地是否存在短路，在通電錢(qián)，斷開(kāi)一根電源線(xiàn)，用萬(wàn)用表檢查電源對(duì)地端是否存在短路。5.2 軟件調(diào)試本系統(tǒng)采用Keil軟件對(duì)編寫(xiě)的軟件程序進(jìn)行編譯調(diào)試，因?yàn)镃語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可讀性強(qiáng)、編譯效率高的優(yōu)點(diǎn)，所以本次程序編寫(xiě)選擇使用的是C語(yǔ)言。軟件調(diào)試由兩個(gè)部分組成，首先，確定程序中錯(cuò)誤的確切性質(zhì)和位置；然后。對(duì)程序代碼進(jìn)行分析，確定問(wèn)題的原因，并設(shè)法改變這個(gè)錯(cuò)誤。具體步驟組成方法如下：（1） 從錯(cuò)誤的硬件表現(xiàn)，確定出程序中出錯(cuò)的位置。（2） 分析有關(guān)程序代碼，找出錯(cuò)誤的內(nèi)在原因。（3） 修改程序代碼，排除錯(cuò)誤。（4） 重新燒入代碼，檢測(cè)硬件表現(xiàn)是否正常。（5） 如果

32、所做的修改無(wú)效，則撤銷(xiāo)這次改動(dòng)，重新修改其他代碼，直到排除錯(cuò)誤代碼。5.3 誤差分析電極式液位檢測(cè)方法，在向二次儀表發(fā)出高低位的液位信號(hào)從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出運(yùn)行，停止的指令途中。誤差的產(chǎn)生，主要來(lái)源于水位檢測(cè)模塊這個(gè)部分。以下是對(duì)幾個(gè)誤差因素的分析。（1） 蓄水容器的震蕩。由于外界因素的影響，不管是蓄水容器或者水的本身都會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)性。這個(gè)時(shí)候，由于檢測(cè)傳感器是固定不變的，而液體卻在不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，往往會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)出現(xiàn)很大程度的誤差。（2） 液面泡沫的產(chǎn)生。由于液體表面會(huì)產(chǎn)生一定的泡沫量，所以往往在檢測(cè)過(guò)程中，液位并未到達(dá)實(shí)際的水位階段時(shí)，液體所產(chǎn)生的泡沫經(jīng)過(guò)導(dǎo)電從而使系統(tǒng)錯(cuò)誤判斷液位已經(jīng)達(dá)到

33、實(shí)際的水位階段。（3） 電極污染。長(zhǎng)時(shí)間的使用電極，在電極表面會(huì)附著污染物（鐵銹或者鹽份等等），很容易導(dǎo)致電極導(dǎo)電性能降低，從而喪失檢測(cè)水位的功能。（4） 檢測(cè)電路模塊未采取隔離干擾措施。對(duì)于水位檢測(cè)模塊在檢測(cè)水位的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生的干擾，在信號(hào)送入單片機(jī)之前需要采取隔離措施，因?yàn)橐好鎮(zhèn)魉偷絾纹瑱C(jī)還有一段距離，途中會(huì)串進(jìn)來(lái)N種干擾信號(hào)，采取隔離措施可以提高系統(tǒng)可靠性。具體方法，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)得水位信號(hào)時(shí)，通過(guò)三極管隔離，三極管發(fā)射極接電源正極并且串聯(lián)一個(gè)10K左右的電阻，基極接地。6 總結(jié)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大控制功能和方便通信接口，實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、自動(dòng)處理和報(bào)警

34、等功能，提高了水位的自動(dòng)控制能力。進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以查找了大量有關(guān)單片機(jī)的資料，最終選用了AT89S52單片機(jī)，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件程序確定水位的上下限值，根據(jù)到達(dá)上下限值用單片機(jī)來(lái)通過(guò)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制水泵電機(jī)的啟停，來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)水位的控制。當(dāng)測(cè)量到的水位高度超過(guò)我們?cè)O(shè)定的報(bào)警上限值時(shí)，進(jìn)行上限報(bào)警，進(jìn)行超上限處理；當(dāng)測(cè)量到的水位高度低于我們?cè)O(shè)定的報(bào)警下限值時(shí)，進(jìn)行下限報(bào)警，進(jìn)行超下限處理。當(dāng)智能水位控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，內(nèi)水位處于循環(huán)狀態(tài)。在硬件設(shè)計(jì)中，還加入了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，時(shí)鐘電路是保證單片機(jī)正常工作的最基本的晶振電路；而復(fù)位電路可以在系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，將系

35、統(tǒng)復(fù)位，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，從而使系統(tǒng)恢復(fù)正常。在軟件的設(shè)計(jì)中，當(dāng)水位正常運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)按照主流程圖所示的流程平穩(wěn)的運(yùn)行。如果一但檢測(cè)的水位達(dá)到報(bào)警的條件，則系統(tǒng)將申請(qǐng)中斷，并進(jìn)入中斷服務(wù)程序，進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警后的處理。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中更重要的是學(xué)習(xí)到的工程設(shè)計(jì)方法。綜上所述，通過(guò)軟、硬件的結(jié)合，構(gòu)成了本次的水位控制。7 致謝在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我首先要感謝學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師,何秀慧老師對(duì)我的指導(dǎo)，在幫助我完成這次設(shè)計(jì)的同時(shí)教會(huì)了我很多的東西，同時(shí)感謝在我遇到困難時(shí)幫助我的同學(xué)們，使我能順利的完成本次的設(shè)計(jì)題目。 從我選擇水位控制系統(tǒng)當(dāng)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，并且到最后把它完成。在做本次設(shè)計(jì)

36、的期間，我不僅對(duì)之前學(xué)到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)加強(qiáng)了鞏固，更重要的是我學(xué)到了更多新的知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的步驟、方法、設(shè)計(jì)思想。 在本次設(shè)計(jì)之初，我拿到了現(xiàn)在所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)，并且了解了所做設(shè)計(jì)的目的、要求以及要完成的工作。開(kāi)題之后我進(jìn)入了資料搜尋階段，不僅經(jīng)常到圖書(shū)館查找資料，而且在網(wǎng)上也搜到很多有用的資料，了解了水位控制系統(tǒng)發(fā)展的狀況以及研究現(xiàn)狀，從中得到了許多對(duì)設(shè)計(jì)有用的東西，并最終確定一套設(shè)計(jì)方案。 最后通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，讓我更加懂得自我學(xué)習(xí)的重要性，以及處理問(wèn)題的多樣性。這次學(xué)習(xí)的方法將會(huì)陪伴我在以后的工作當(dāng)中，令我逐漸變得更好。參考文獻(xiàn)

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