水位監(jiān)測報警

水位監(jiān)測報警系統(tǒng)長春大學大學生電子設計競賽電子信息工程學院參賽人員：祝小蜜蘇福龍劉曉慶指導老師：王憲偉水位監(jiān)測報警器【摘要】本水位監(jiān)測報警器使用5V低壓直流電源(也可以用3節(jié)5號電池代替)就可以對5?15厘米的水位進行監(jiān)測，用LED顯示和液晶顯示屏顯示水位，并可以對不再此范圍內(nèi)的水位發(fā)出報警。主要采用8051f020芯片，再加上MSC1602A液晶顯示屏、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻這些器件組成一個簡單而靈敏的監(jiān)測報警電路，操作簡單，接通電源即可工作。因為大部分電路采用數(shù)字電路，所以本水位監(jiān)測報警器還具有耗能低、準確性高的特點?！娟P鍵字】譯碼電路 報警電路 監(jiān)測電路【Abstract】Thewaterlevelalarmmonitoringtheuseof5Vlow-voltageDCpower(canalsousethreebatteriesreplacedonthe5th)willbeableto5to15centimetersofwaterlevelmonitoring,withLEDdisplayanddigitaldisplayofwaterlevel,andthiscannolongerWithinthescopeofawaterlevelalarm.Mainly8051f020chips,coupledwithMSC1602Aliquidcrystalpanel,buzzer,light-emittingdiode,theresistanceofthesedevicescomposedofasimpleandsensitivemonitoringalarmcircuits.Becausethemajorityofcircuitsusingdigitalcircuitry,sothewaterlevelmonitoredalarmsystemalsohaslowenergyconsumption,highaccuracyofthecharacteristics.[Keyword]Decodingcircuitalarmcircuitmonitoringcircuit，r? ■，r? ■刖言隨著自動化技術的發(fā)展，自動化技術以深入到了各領域，為人們的生產(chǎn)生活帶來了許多方便。水位的檢測也可以用自動化來實現(xiàn)。大到可用于水庫、湖泊、池塘水位的檢測，小的可以用于魚缸、鍋爐水位的檢測。我們針對我們設計的水位檢測報警器的功能、原理、設計思路、調(diào)試等方面做了個系統(tǒng)的介紹。由于編者水平有限，差錯在所難免，敬請讀者批評指正。二、總體方案根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)主要由水位信號模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、編碼模塊等模塊構(gòu)成。其系統(tǒng)方案框圖如下圖所示：報警模塊水位信號模塊信號轉(zhuǎn)換模塊編碼模塊水位信號模塊信號轉(zhuǎn)換模塊編碼模塊發(fā)光管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊發(fā)光管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊我們對其中的幾個模塊設計了不同的方案并進行了比較（1）水位信號模塊的選擇方案1：采用開關的方法，在每個水位點放置一個光敏電阻，在水面上放置一個發(fā)光二極，當水上升或下降到某一光敏電阻所在的位置時，此時的電路就會導通，從而就可得到一個信號。優(yōu)點：靈敏度高、得出的時數(shù)字信號容易處理；缺點：分辨率不好提高，分辨率越高觸點越多，越難實現(xiàn)，且不能連續(xù)采集數(shù)據(jù)。方案2:采用電容式采集電容的方法。在水的表面處放一電極板，在水位的底部放一平行電極板。若忽略邊緣效應，平板電容器的電容為SA/6，式中￡為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,6為兩電極之間的距離。當水位的上升或下降時引起 A變化，將引起電容量變化，并可用于測量。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，靈敏度高，可以連續(xù)采集；缺點：輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及連接電路較復雜，對電路的精確度要求高等。方案3：采用水位傳感器，由水位傳感器所傳來的電壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D采集就可顯示當前水位，此方案的電路簡單，且精度高，但是水位傳感器比較昂貴，一個水位傳感器至少150元，所以我們放棄此方案。方案4：采用電位器采集電壓的方法。在水面上放一重物經(jīng)過滑輪再放一重物，當水位上升或下降時帶動滑輪，是電位器的電壓改變，從而可采集一個水位的信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換就可在MSC1602A的液晶顯示屏上顯示出當時的水位。優(yōu)點：靈敏度高，得出的水位信號容易采集，并且是連續(xù)采集的；缺點：由于物體之間有摩擦力，所以有一定小的誤差?？紤]到分辨率要求、信號處理的連續(xù)性及對電路的要求，排除干擾因素，我們采用方案3。（2）信號轉(zhuǎn)換模塊的選擇方案1：使用CD4066雙向模擬開關，把微弱的水位信號引到CD4066的控制端，CD4066的輸入端都接電源，這樣就能把微弱的水位信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電位信號。優(yōu)點：工作穩(wěn)定，便于集成化。；缺點：成本高。。優(yōu)點：成本低；缺點：工作不夠穩(wěn)定，使用數(shù)量多。方案2：使用8051f020芯片，其本身就帶有A/D采集模塊，采出的靈敏度高，分辨率為0.01V，且采出的信號穩(wěn)定。優(yōu)點：使用方便可靠，且為集成化的電路。缺點：成本高。信號轉(zhuǎn)換模塊的工作影響的各個模塊的正常工作及方便可靠性我們采用方案2。（3）編碼模塊和液晶顯示模塊的選擇方案1：使用兩個74HC573芯片鎖存器直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示。優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單；缺點：要編碼的信號不夠16個，造成浪費。方案2：使用MSC1602A顯示屏，可以顯示水位的精確位置，直接由程序來驅(qū)動，使用時方便。優(yōu)點：電路可靠，穩(wěn)定；缺點:電路較復雜。由于在顯示方面可以精確顯示，因此我們采用了方案2.三、工作原理三、工作原理80上面是電壓的采集的原理圖，圖中AD0.0-IN接入電位器的輸出端，以獲取不同水位的信號，將信號引到新華龍芯片的AIN0.0口，在芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換部分進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當水位上升或下降時帶動電位器的轉(zhuǎn)動，使電位器輸出電壓改變，從而得知當前的水位。此電路是把水位的高度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱拇笮〉脑?。隨著水位的升高，把經(jīng)過電位器出來后的電位信號，以驅(qū)動發(fā)光二極管顯示當前水位，水上升到那，對應的發(fā)光二極管就發(fā)光。將5厘米或15厘米水位的對位信號由8051f020的一個腳引出，使得5厘米或15厘米的水位信號所對應的信號經(jīng)過三極管放大之后驅(qū)動蜂鳴器報警，且讓此驅(qū)動信號經(jīng)發(fā)光二極管來實現(xiàn)發(fā)光的功能。MSC160A2液晶顯示模塊的信號也是來自8051f020，直接由電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號來驅(qū)動，分為十位、個位、小數(shù)位的顯示，其各自位的顯示由程序直接控制。電路設計（l）水位信號模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊

01534701CCAADDEDR25TMSTCKTDITDORSTCP1-CP1+CP0-CP0+AGNDAV+VREFAGNDAV+VREFDVREF0VREF1AIN0.0AIN0.1AIN0.2AIN0.3AIN0.4AIN0.5AIN0.6AIN0.75432PPPP32/01111AAAA4位2NNiAiN10PP98AA/011NN826722J?1＜呼234501234NPPPPPFppG0/230E34D1111AAAAAAAAmiUm89)12AA11AAAC8051F020/2PPPPPP223333III///pppppp"kk'，5flrrrrrr765432////./,/AAAAAA/()7654////Q/AADDDDmmmmmmmm7654?：7-?：its￥ nnnnA13m/A5/PA14m/A6/PA15m/A7/PAD0/D0/PAD1/D1/PAD2/D2/P01534701CCAADDEDR25TMSTCKTDITDORSTCP1-CP1+CP0-CP0+AGNDAV+VREFAGNDAV+VREFDVREF0VREF1AIN0.0AIN0.1AIN0.2AIN0.3AIN0.4AIN0.5AIN0.6AIN0.75432PPPP32/01111AAAA4位2NNiAiN10PP98AA/011NN826722J?1＜呼234501234NPPPPPFppG0/230E34D1111AAAAAAAAmiUm89)12AA11AAAC8051F020/2PPPPPP223333III///pppppp"kk'，5flrrrrrr765432////./,/AAAAAA/()7654////Q/AADDDDmmmmmmmm7654?：7-?：its￥ nnnnA13m/A5/PA14m/A6/PA15m/A7/PAD0/D0/PAD1/D1/PAD2/D2/PAD3/D3/PAD4/D4/PAD5/D5/PAD6/D6/P75_74情，至,唔＞，6j￡L._h_AD7/D7/PVDD64DG1P0.0P0.1P0.2P0.3U0.4ALE/P0RD/P0.WR/P0.AD0/D0/PAD1/D1/P：AD2/D2/P：AD3/D3/P：iNir-636261受58IVDDC6104P4.03—1阿IP4.1LEDD3P4.2K?如?P4.3n'厘?P4.4T1LEDD6P4.5N13:LEDD7 .P4.6R1LEDD8200,fes—200■R3=H200■R4——200^5=H200200■R7——200P4.7■R8=HvCcAAAWAC8051F020/2LED200左下角的模塊是水位采集的電壓部分，由一個放大器和電阻組成，用來放大電位器所采集過來的電壓，由AIN0.0口引入8051f020的A/D轉(zhuǎn)換部分進行轉(zhuǎn)換；R1?R11是上拉電阻，是發(fā)光二極管的限流電阻；當水位上升到一定位置是，其相應發(fā)光二極管的輸入口給一個低電平，則此發(fā)光二極管發(fā)光，顯示當前的水位，而其他的二極管不發(fā)光。（2）液晶顯示模塊、報警模塊

VCCLEDAD5/D5/P3.5VCCLEDAD5/D5/P3.5此圖是發(fā)光報警模塊，由發(fā)光二極管，三極管及蜂鳴器組成，用來發(fā)光報警。當水位低于5厘米或高于15厘米時，AD4/D4/P3.4引腳給低電平，驅(qū)動蜂鳴器報警，AD5/D5/3.5引腳給高電平，驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。LCD1602CON16/nmm345，i|[~^~~paF~U10K 430DL1/nmm345，i|[~^~~paF~U10K 430DL17tpcL

SP€L+5此圖是MSC1602A液晶顯示部分，顯示屏直接插入底座就可顯示水位，此顯示也是由程序來驅(qū)動，它可精確顯示當前的水位，含十位、個位、小數(shù)位。四、系統(tǒng)調(diào)試1、調(diào)試工具：（1）萬用表（2）5V直流電源(3)水槽2、調(diào)試環(huán)境：(1)地點：實驗室(2)室溫：28℃3、測試過程：我們首先將水位調(diào)在5cm一下，讓可以浮動的重物放在水槽中，再使用5V和12V電源接通電路，此時我們聽到“嘀”的報警聲，紅色報警燈亮，1?11個水位顯示燈不亮，顯示屏顯示4.52cm，符合預計的要求。接著我們往水槽里加水，結(jié)果到顯示屏顯示隨水位的增加而增加，水位顯示到5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15時，相應的燈亮，并且只有一個燈亮，并且到15cm及大于15cm時，蜂鳴器報警并發(fā)光，這些都符合我們的預計要求。我們又用測量尺測量一下實際水位，這是我們看到顯示的水位和實際的水位不一致。8cm一下的實際水位比顯示的水位高，8cm以上的實際水位比現(xiàn)實水位低，于是我們所有的測試數(shù)據(jù)都要重新測。于是我們分析了原因：一是由于水位低時的浮力小，所以重物上升的高度就小，則帶動電位器轉(zhuǎn)動的距離就小，水位逐漸升高時，浮力就越大，相應電位器轉(zhuǎn)動的距離就越大，所以電位器的轉(zhuǎn)動不是按一定得轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的，因此會出現(xiàn)此問題。二是由于下拉的重物與容器有一定的摩擦力，其摩擦力不同，在8cm一下，下拉重物與容器沒接觸，所以沒有摩擦力，在8cm以上，下拉重物與容器接觸了，有一定得摩擦力。找出這些原因后我們又開始重新測數(shù)據(jù)，每隔1cm距離我們做一次測量，給顯示值不同的參數(shù)來減小誤差，最終我們把誤差減小到了0.07cm左右，是符合我們要求的范圍的。關于摩擦力，我們讓下拉重物在測量的全過程中和容器一直不接觸，所以在測量