水塔水位控制器

1、單片機原理與應(yīng)用討論課水塔水位控制器班 級：10級卓工機電成 員：葉綿庶 劉毅指導(dǎo)老師：王洪波主要內(nèi)容一、水位開關(guān)的類型二、設(shè)計方案三、使用操作說明研究的背景與意義傳統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或者增壓設(shè)備，用水泵高出實際用水高度的揚程來提升水位高度，以保證又足夠的用水量。控制精度低、能耗大單片機利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，用水位的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求成本低，安裝方便，靈敏性好?，F(xiàn)有的二級供水方式，既先用水泵從水井中抽到蓄水池中供用戶使用，要求蓄水池的水位必須保持一定的高度，還需要防止水的溢出?？墒乾F(xiàn)在市售的都是傳統(tǒng)的水位控制器，多以浮球式、觸點式

2、為主，可靠性不好，有著無法改進的致命缺點，如：無水位顯示，無電機保護，可靠性不高，控制精度改進度不大，壽命不長相對于機械式水位控制器，電子式的水位控制器有著無可比擬的優(yōu)點：添加水位顯示電路、電機保護電路、強制性手動開、關(guān)機電路可以達到水位顯示、簡單的電機保護、水位自動控制，控制精度是傳統(tǒng)機械式水位控制器的幾何倍。本控制器采用了高效率、高穩(wěn)定性、低功耗的TA89S51單片機，具有水位顯示、抽水時間顯示、并有故障檢測功能。集高效、高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、高性價比、良好的人機交流界面、操作簡便、顯示直觀以及低功耗等功能于一體的智能水塔水位控制器。水塔水位控制器的類型1、通過浮球開關(guān)來控制水位。 基

3、本上有兩種方式：一種是浮球開關(guān)帶著一個大的金屬球，浸在水中時浮力大，可以控制兩個水位，比如水滿了，浮球因為浮力而上升，帶動球閥運動，使閥門關(guān)閉，停止進水，當水少了，浮球下降，閥門打開，又再進水，如此循環(huán)。這種方式較多應(yīng)用在煮開水器和衛(wèi)生間的沖水器上。 還有一種是帶干簧管的微型浮球開關(guān)，由外面的帶有磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合，從而控制水位，多數(shù)應(yīng)用在清水的水位控制，易受污物影響，不適用在污水上。 第二種是電纜式浮球開關(guān)，該裝置通過一彈性電線與水泵連接，可用于水塔、水池水位高低的自動控制和缺水保護，允許接的用電器是220V,10A左右，平衡錘或彈性電線的某一固定點到浮筒間的電線長度，決定水位的

4、高低。這種水位開關(guān)價格便宜，對于一些要求不太嚴格的場合適用，有一定耐污能力。但存在這樣的問題：浮球易受外界雜物影響其穩(wěn)定性，特別是纖維狀的雜物纏繞而有失誤，同一小水箱里不宜使用多個，否則會相纏繞。使用壽命相對短些，而且多數(shù)直接接220V,存在一定的安全隱患，終有一天因為電線破損而漏電電人。所以電纜式浮球開關(guān)一般有這樣的警告：電源線是本裝置的完整部分，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)電線受損，本裝置應(yīng)被替換，不準對電線進行修理。2、通過非接觸式的水位開關(guān)來控制例：超聲波液位控制器。液位控制器的探頭產(chǎn)生高頻超聲波脈沖耦合到容器外壁。這個脈沖會在容器壁和液體中傳播，還會被容器內(nèi)表面反射回來。通過對這種反射特性的檢測和計算，

5、就可以判斷出液位是否達到了液位控制器安裝的位置。液位控制器輸出繼電器信號，來完成對液位的監(jiān)控。主要用于監(jiān)測儲罐液面，實現(xiàn)上下限報警或監(jiān)測管道中是否有液體存在，儲罐材質(zhì)可以是各類金屬、金屬或不發(fā)泡塑料。這種方式不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性、反射系數(shù)、壓力、溫度、沉淀等因素的影響，所以適用于醫(yī)藥，石油，化工，電力，食品等行業(yè)的各類液體液位工程控制，對于有毒的、強腐蝕危險品液體的檢測，該產(chǎn)品更是理想的選擇，但在有泡沫的情況下也易出現(xiàn)誤動作。3、水位繼電器。本產(chǎn)品采用集成電路，并結(jié)合高層樓宇上、下水池的水位分級提升進行設(shè)計，具有上下水池聯(lián)合控制、水池排水及缺水保護等功能，可實現(xiàn)水箱補水、排水，并有效

6、防止水池水位過高溢出或溢出空轉(zhuǎn)損壞。效果還可以，這種方式怕水垢，水垢厚了就就容易誤判。4、通過電子式水位開關(guān)和搭配的水位控制器(BZ201、BZ202)來控制， 電子式水位開關(guān)原理是通過電子探頭對水位進行檢測，再由水位檢測專用芯片對檢測到的信號進行處理,當被測液體到達動作點時，芯片輸出高或低電平信號，再配合水位控制器，從而實現(xiàn)對液位的控制。不需浮球和干簧管,外部無機械動作,耐污耐用,不怕漂浮物影響，任意角度安裝,該種水位控制器有較強的耐污能力和較強的防波浪功能，適宜長時間浸在水中,工作電壓是直流5-24V，很安全。這種方式較實用，耐污，壽命長，安全。 最大的優(yōu)點是:安全耐用、穩(wěn)定可靠、耐污耐水

7、垢能力強、接線簡單、安裝非常方便。基于單片機的全自動水塔水位控制器。該系統(tǒng)為一個液位控制系統(tǒng)。組成部分：控制部分和執(zhí)行部分組成?？刂撇糠郑簡纹瑱C最小系統(tǒng)模塊、鍵盤模塊、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、電源模塊等。執(zhí)行部分：主要由水泵裝置組成。整個系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集運算，對液位參數(shù)的設(shè)置，對采集數(shù)據(jù)的顯示和水泵裝置的控制。液位控制系統(tǒng)控制部分單片機鍵盤模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器顯示模塊電源模塊執(zhí)行部分水泵水塔水位控制原理圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。正常情況下，水位控制在虛線范圍之內(nèi)。在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C。用以反映水位變化的情況。A棒在下限水位B棒在

8、上、下限水位之間，C棒在上限水位，水塔由電機帶動水泵供水。單片機控制電機轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升當水位上升到上限水位時，由于水的導(dǎo)電作用。使B、C棒均與+5 V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5 V即為。l”狀態(tài)，此時應(yīng)停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當水位處于上、下限之間時。B棒和A棒導(dǎo)通而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“r狀態(tài)。C端為“O”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)。此時應(yīng)啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水主板主板: 主要是由主要是由TA89

9、S51、24c04存儲芯片和一些存儲芯片和一些外圍電路構(gòu)成外圍電路構(gòu)成P0.0P0.7數(shù)碼管驅(qū)動P1.0P1.2按鍵控制輸入端P1.3P1.5指示燈輸出端P1.6P1.7接24C204第5、6腳P2.0P2.4數(shù)碼管位選信號輸出P2.5P2.7傳感器信號輸入P3.7接光耦第2腳第1、2、3、4、7腳接地第8腳接電源第1腳5v電源第2腳P3.7第3腳懸空第4腳三極管Q5基極第5腳12v電源第6腳懸空TA89S51各引腳功能如下：24C204各引腳功能：光耦各引腳功能主要芯片資料應(yīng)用說明主要芯片資料應(yīng)用說明輸入、輸出接口電路P0、P1、P2、P3口的鎖存器、驅(qū)動器及串行口控制等組成并行/串行接口電

10、路，完成片機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。兩個16位定時/計數(shù)電路構(gòu)成定時器/計數(shù)器接口。中斷電路為5個中斷源提供中斷邏輯控制信號。AT89S51工作極限參數(shù)：引腳說明TA89S51單片機的外形結(jié)構(gòu)為40條引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖:水位傳感器定義定義:能將被測點水位參量實時地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電量信號的儀器。概述概述:LC-SW1型水位傳感器由全密封隔離膜充油傳感器和內(nèi)置高性能微處理器構(gòu)成，可對傳感器的非線性、溫度漂移等進行全范圍內(nèi)的數(shù)字化修正處理，并有HART通信協(xié)議輸出和模擬輸出。具有精度高、穩(wěn)定性極好的特點.應(yīng)用應(yīng)用:廣泛用于水廠、煉油廠、化工廠、玻璃廠、污水處理廠、高樓供水系統(tǒng)、水庫、河

11、道、海洋等對供水池、配水池、水處理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對各種液體靜態(tài)、動態(tài)液位的測量和控制。原理原理:容器內(nèi)的水位傳感器，將感受到的水位信號傳送到控制器，控制器內(nèi)的計算機將實測的水位信號與設(shè)定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動閥發(fā)出開關(guān)的指令，保證容器達到設(shè)定水位。電源部分采用了常用的三端穩(wěn)壓電路。通過變壓器將220v的市電降成12v的交流電，經(jīng)過D1D4橋堆和2200UF電容進行整流、濾波，通過0.1uf電容濾出高次諧波，得到了波形叫平穩(wěn)的13.2v左右的直流電，通過7812后得到了非常平穩(wěn)的12v直流電；再經(jīng)過一次相同的穩(wěn)壓過程得到了紋波系數(shù)更小的5

12、v直流電。穩(wěn)壓電路的設(shè)計 1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Jun-2007Sheet of File:E:水 i最 后 的 電 源 .ddbDrawn By:Vin1GND2Vout37812+12V2200uf2200uf0.1uf0.1uf0.1uf470ufVin1GND2Vout3780510012123J2CON3D3DIODED1DIODED4DIODED2DIODED5LEDR7RES2此電路采用的是共陽極的，所以只有當單片機給發(fā)光二極管為低電平時才能推動發(fā)光二極管點亮。其中R14、R15、R16為上拉電阻起限壓控流

13、作用 D10YELLOWD9GREEDD8REDR161KR141KR151K+5VP1.4P1.3P1.2光報警顯示電路 該電路由繼電器RL1和閉合開關(guān)、光電耦合器、水泵R7、R8、R9、R10以及D7、Q3等組成。當水位在低水位時單片機給P1.1送一個高電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動Q3導(dǎo)致繼電器閉合從而讓220V的交流電接通使水泵加水 U3GDOUHEJUMP RELAY-SPDT123K1CON3R91KR82KR72KR1010KD7Q3NPN+5V+5V繼電器控制水泵加水電路 電源電路雖然簡單，但需要功能可靠，所用采用兩個三端集成穩(wěn)壓器7812、7805，可以方便的實現(xiàn)此功能

14、。D4D2C50.1uFC60.1uFC70.01uF123J1CON3Vin1GND2Vout3U27805Vin1GND2Vout3U17812C41000uFV1VSIND3D1GND5V12V電源電路 程序框圖及說明程序框圖及說明水塔水位狀態(tài)指示滿水位滿水位: :紅紅燈燈亮、無音頻信號亮、無音頻信號水位開關(guān)的設(shè)計水位開關(guān)的設(shè)計 三個水位開關(guān)由三個電子式水位開關(guān)組成。 分別安裝在水塔的高，中，低部位。 最高是停止抽水，最低是啟動抽水，中間是起時間報警保護水泵作用。潛水泵的選擇潛水泵的選擇 水泵為單相水泵。 潛水泵安裝在水源內(nèi)部設(shè)計按鍵部分設(shè)計按鍵部分 復(fù)位按鍵，維護按鍵，模式按鍵，功能按

15、鍵，電源開關(guān)。 復(fù)位按鍵設(shè)計在內(nèi)部。維護按鍵，模式按鍵，功能按鍵，電源開關(guān)按都安裝在外部。數(shù)碼管顯示設(shè)計數(shù)碼管顯示設(shè)計 抽水時間和次數(shù)，由一個四位數(shù)碼管顯示。報警器的設(shè)計：報警器的設(shè)計： 當電機出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，欠壓，失壓，水源缺水以及路出現(xiàn)故障時，進行自動報警并且自動控制電機停止運轉(zhuǎn)。 當紅、黃、綠紅、黃、綠三燈同時亮起時顯示水位已滿，紅燈閃爍表示高水位警告顯示，紅燈亮表示高水位正常顯示，黃燈亮表示中水位顯示，綠燈亮表示低水位正常顯示，綠燈閃爍表示低水位警告，紅黃綠三燈同時閃爍表示水源缺水報警。狀態(tài)指示燈設(shè)計：紅燈閃爍紅燈閃爍高水位警告高水位警告三盞燈常亮三盞燈常亮水滿水滿紅燈常亮紅燈常亮高水位正常高水位正常黃燈常亮黃燈常亮中水位顯示中水