水滿報警器.doc

水滿報警器設計與仿真一、【設計目的】 生活中很多時候，我們都需要人工控制水位，這樣不僅浪費人力，而且人工不能做到實時的監(jiān)控和精確的定位，這就需要一個測控電路去實現水位的監(jiān)控和報警控制。目前大多數的住宅小區(qū)都是采用人工加水的辦法，即當水用完的時候，就人工開啟水泵進行加水，十分不方便。以至于水用完之前不知道水已經很少了，等到用完了才知道沒水了，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；加水過程當中，還需要人時時刻刻檢查水位情況，以防止水位超過最高的水位；以上一系列的問題，都在期待一種簡單、經濟的高塔水位控制系統的誕生。二、【指標要求】實現水位檢測傳感器通過控制，使水罐水位維持在正常的范圍內。具有報警功能，當水位超過上限或下線時，能及時報警。三、【設計的原理】 1、系統框圖單片機AT89C51水位檢測裝置穩(wěn)壓電路顯示電路報警電路水泵控制圖1 水滿報警器系統的設計框圖水滿報警系統(圖1)主要是由5個模塊組成。既水位檢測裝置，穩(wěn)壓電路，單片機，顯示電路、報警電路和水泵控制電路。 水位檢測傳感器：對水位情況進行檢測； 穩(wěn)壓電路：對從水位檢測傳感器輸出的信號進行穩(wěn)壓處理； 單片機：控制系統，獲取水位信息并作出相應； 報警電路：對水位進行顯示及對高、低水位報警； 水泵控制電路：當水位過低時，用單片機來控制水泵的工作。檢測到的水位信息通過穩(wěn)壓電路放大后傳給單片機，單片機控制顯示電路，顯示水位信息，當水位過高或過低時報警，并且當水位過低時控制水泵加水。2、各模塊工作原理的分析與介紹2.1、水位監(jiān)測器圖2 水位檢測電路水位檢測器如上圖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，當它不導通時，表示是低水位了。C為中水位控制線，當它導通時，表示水位適中。D為高水位控制線，當它導通時，表示是高水位了，即水滿狀態(tài)。檢測器選用細銅絲，因為細銅絲的電阻率比較低，這樣就可以避免由于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能很好的驅動單片機工作；細銅絲的傳電性能比較好，傳電速率比較快，也可以說是靈敏性很好；還有就是細銅絲經濟實惠，便于我們取材。2.2、穩(wěn)壓電路圖3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路（圖3）由兩級三極管放大電路組成。水位檢測傳感器將探測到的信號送給穩(wěn)壓電路，若是高電平，則R1,R2,Q1,Q2導通，將低電平送給單片機；若是低電平，則R1,R2,Q1,Q2均不導通，而是通過R3將高電平送給單片機。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)光二極管來表示不同的水位情況。當水位是低水位時，從單片機的P2.1口輸出一個低電平，驅動紅色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當水位時中等水位時，從單片機的P2.2口輸出一個低電平，驅動綠色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當水位是高水位時，從單片機的P2.3口輸出一個低電平，驅動黃色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光。光報警電路時采用共陽極連接，低電平時有效。其中R4,R5,R6為上拉電阻起2.4、報警電路圖5 報警電路如圖5所示的報警電路，當水位處于低水位時，單片機的P2.4口輸出一個高電平，從而驅動三極管導通，使蜂鳴器發(fā)聲，起到報警的作用。2.5、水泵自動控制圖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。當水位在低水位時，單片機的P2.0口輸出一個高電平，使光電耦合器（MOC3021）導通，繼而驅動Q4導通，這樣就使繼電器（RL1）閉合，從而讓220v的交流電接通水泵，讓水泵轉動開始加水。4、原理圖及軟件設計4.1、原理圖(本設計所有電路都是在protues 7.8上仿真的)本原理圖分為圖7和圖8兩部分，由復位電路、振蕩電路、水位的檢測電路、穩(wěn)壓電路、顯示電路、報警電路及水泵控制電路構成。圖7 單片機與水位監(jiān)測電路，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 單片機與顯示電路，報警電路，水泵控制電路相連注意的是圖7與圖8是通過P2.0P2.5相連的。4.2、軟件設計開始程序初始化水位過高嗎YN黃燈亮蜂鳴器響水泵停止水位過低嗎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，當單片機接收到來自水位檢測傳感器的一個信號，然后經過分析，在單片機的輸出端口輸出相應的信號，如果是低水位時，這時水泵轉動并自動開始加水，紅燈亮，黃燈和綠燈均不亮，并且蜂鳴器報警；如果是中等水位時，水泵繼續(xù)工作，這時綠燈亮，紅燈和黃燈均不亮，蜂鳴器不報警；如果是高水位時，水泵停止轉動并且停止加水，黃燈亮，紅燈和綠燈均不亮，蜂鳴器不報警。四、【仿真與仿真結果分析】部分仿真結果見圖10，全部結果見表1。圖10 水滿報警器仿真結果表1 仿真結果警報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、規(guī)格、數量等相關信息。表2 元件清單元件序號型號主要參數數量備注R1RES21001R2RES22k1R3RES2100k1R4R6RES22k3R7RES210k1R8RES21k1R9RES210k1R10R11RES22k2R12RES210k1C1C2CAP12pF2C3CAP1uF1X1CRYSTAL1D1Led-red1D2Led-green1D3Led-blue1繼電器RL11光電耦合器MOC30211水泵Motor1按鍵Button1六、【總結及改進思路】水位報警計的設計首先應該從選用傳感器的類型入手，由于所學知識設計這個部分的不是很多，故此部分運用簡單的設計。其次在硬件設計方面也需要下大工夫，從穩(wěn)壓電路到報警電路的選型都要慎重，使其性價比達到最佳水平。最后就是軟件方面的設計，對于編程是非常復雜的，對于結構化程序設計的方法有順序結構程序、分支結構程序和循環(huán)結構程序等。本設計采用模塊化設計，然后進行調用子程序，使其運行方式一目了然。編程時先畫出了流程圖，使得編程事半功倍。關于改進方面，有水位監(jiān)測器過于簡單，達不到實時監(jiān)控水箱水位的目的，只能粗略的估計出水箱的水位。雖然達到了實驗目的，但是不能運用于高精的需求的設備，估測需要進一步改進。關于改進，我們可以采用專門的水位監(jiān)測儀器，將檢測到的水位信息通過模數轉換器，轉換成單片機可以處理的數據，從而更進一步、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，蜂鳴器不報警，水泵停止抽水SETBP2.1SETBP2.2CLRP2.0CLRP2.3CLRP2.4LCALLDELAY