874381019基于單片機高層建筑水箱水位的控制論文

1、 論文題目： 基于單片機高層建筑水箱水位的控制 基于單片機高層建筑水箱水位的控制摘 要：本單片機系統(tǒng)設(shè)計的目的是應(yīng)用單片機控制技術(shù)，以at89c51單片機為核心控制高層建筑的水箱的水位，并實現(xiàn)了報警和手動、自動切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合現(xiàn)代小區(qū)生活用水的需要。本文還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。關(guān)鍵詞：單片機；水位；控制；報警隨著現(xiàn)代生活的不斷發(fā)展,城市高層建筑的生活和工作用水往往會因自來水的水壓低而受影響, 為此多數(shù)單位利用浮漂式機械水位控制器或電極式水位控制器控制電動水泵,將水從地面水箱抽到樓(塔) 頂水箱, 從而解決供水問題。但浮漂式機

2、械水位控制器體積大、機械故障多、可靠性差, 電極式水位控制器因電極長期浸泡在水中, 會因生銹腐蝕而經(jīng)常失控。本文從實用性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，設(shè)計了一種水位自動控制裝置。該裝置由at89c51單片機控制,具有水源缺水保護(hù)、斷相保護(hù)和過載保護(hù)功能，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、工作可靠、抗干擾能力強，性價比高的特點，同時在不同程度上克服了其他方法的一些缺點，并提供了自動報警功能，在多種場合下均可采用。1 系統(tǒng)構(gòu)成1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理水箱由兩臺給水泵機組，三個水位傳感器組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其中m1、m2為給水泵機組，lg、lz、ld分別為水位高、水位中、水位低的水位傳感器。當(dāng)水箱水

3、位低（小于50%）時，ld閉合,同時起動m1、m2，當(dāng)水位上升到50%以上70%以下時，lz閉合,停m2，m1繼續(xù)運行到水位上升到90%以上(即lg閉合)時才停止工作。經(jīng)過調(diào)試系統(tǒng)，測得以下數(shù)據(jù)：水位在50%70%之間，兩臺泵運行需要約10分鐘；水位在70%90%之間，一臺泵運行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在70%90%之間。 整個系統(tǒng)由電動機主電路、+ 5v 電源電路和控制電路三部分組成。電動機主電路由三相交流電源開關(guān)(如三相自動開關(guān)) 、交流接觸器常開主觸頭和三相交流異步電動機組成。接觸器的三個常開主觸頭串接在三相交流電源開關(guān)與電動機之間的三根相線上； + 5v 電源電路由變壓器、單

4、相橋式整流器、電容濾波器和三端穩(wěn)壓器(如lm7805) 等組成?？刂齐娐分饕蓡纹瑱Cat89c51、水位監(jiān)測電路、交流負(fù)載驅(qū)動電路和光電報警電路等組成(圖2所示)。圖2 系統(tǒng)框圖1.2 硬件原理圖圖3為水箱水位控制系統(tǒng)的電路圖，其中p1.0p1.2接水位監(jiān)測電路；p1.3為手動與自動模式的轉(zhuǎn)換按鈕，低電平有效；p1.4和p1.5控制水泵電動機電路；p3.0p3.2接水位報警電路，當(dāng)水位到達(dá)相應(yīng)的位置時，發(fā)光二極管亮；p3.4p3.7為手動模式下控制水泵電動機的按鍵電路。圖3 系統(tǒng)電路圖1.3 系統(tǒng)各功能部件說明（1）單片機at89c51at89c51 是控制電路的控制中心, 它通過p1口的p1

5、.0p1.2不斷讀取監(jiān)測電路的狀態(tài), 分析判斷后通過p1 口的p1.4p1.7和p3.0口的p3.0p3.2向輸出電路發(fā)出控制命令, 如報警、開關(guān)水泵等。at89c51 是一種高性能低價格單片機，片內(nèi)有4kb字節(jié)的flash存儲器和256b的ram，用它構(gòu)成的測量、控制系統(tǒng)具有電路簡單、可靠性好、體積小和成本低等優(yōu)點。（2）水位監(jiān)測電路水位監(jiān)測電路由ac 三個水位傳感器和三個5k電阻組成, 水位傳感器及其連線密封在豎立于水箱中的管內(nèi)隨水位的升降進(jìn)行通斷。例如水位傳感器a平時處于斷開狀態(tài), 但當(dāng)隨水位上升到a 處時水位傳感器a就閉合。at89c51 通過p1 口的p1.0p1.2讀取ac三個水位

6、傳感器的狀態(tài)。由圖可知, 當(dāng)某個水位傳感器閉合或斷開時, 相應(yīng)的i/ o 口線就要動作。at89c51 根據(jù)p1.0 p1.2的值, 作出相應(yīng)的處理。本設(shè)計采用的是lm系列水位傳感器，它采用了316l不銹鋼膜片及pvc塑料螺紋頭相結(jié)合，可測量水、其他液體及氣體液位。該傳感器可適用于需要高性能、小尺寸的壓力和真空系統(tǒng)。傳感器標(biāo)準(zhǔn)輸出為0.54.5v，供電為5v。圖4 水位傳感器（3）交流負(fù)載驅(qū)動電路 水箱的控制器由at89c51系統(tǒng)構(gòu)成，由于接觸器線圈、蜂鳴器等交流負(fù)載的控制均需一定的驅(qū)動功率, 同時為了安全及防止交流干擾，應(yīng)把強弱電隔離。moc2a60 -5是擔(dān)當(dāng)此任的理想器件。moc2a60

7、-5 是美國motorola公司近幾年研制的零交叉雙向晶閘管輸出功率光電隔離器(如圖5所示)，輸入端為一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管, 輸出端由零交叉雙向晶閘管驅(qū)動器及一個功率雙向晶閘管組成, 輸入與輸出間采用光耦合，隔離電壓可達(dá)3750v。當(dāng)輸入端vl 正向?qū)?電流為550ma) , 且輸出端的交流電壓過零時, 功率雙向晶閘管導(dǎo)通。它能直接驅(qū)動交流20 280v、0.012a 的負(fù)載(功率因數(shù)為0.31) 。由moc2a60-5 工作原理可知: 當(dāng)p1.4和p1.5 輸出為0 時, 交流接觸器線圈加電, 接觸器的常開主觸頭閉合, 水泵電動機m1和m2工作 , 自來水流入水箱。 當(dāng)p1.4和p1.

8、5輸出為1 時, 交流接觸器線圈失電，水泵電動機停止工作,停止自來水的流入。r (39) 、c (0.01f) 吸收過電壓保護(hù)輸出端的功率雙向晶閘管。輸入端與vl 串接330 電阻, 將正向輸入電流限制在10ma 左右。 圖5 moc2a60-5結(jié)構(gòu)圖（4）水位報警電路當(dāng)水位高與90%的時候，由傳感器發(fā)送信號，lg閉合，系統(tǒng)水位高報警；當(dāng)水位低于75%的時候，由傳感器發(fā)送信號，lz閉合，系統(tǒng)水位高報警；當(dāng)水位低與50%的時候，由傳感器發(fā)送信號，ld閉合，系統(tǒng)水位低報警（部分電路如圖6所示）。圖6 報警電路圖（5）按鍵輸入電路on/off手動與自動轉(zhuǎn)換按鈕與p1.3連接，若沒按下切換按鈕，則進(jìn)入

9、全自動模式，系統(tǒng)自動判斷水位的狀況，選擇不同的工作狀態(tài)。若按下切換按鈕，則進(jìn)入手動的模式，兩臺給水泵的運行控制可由人工自己操作。按鍵輸入端rc電路用于消除按鍵抖動（如圖7所示）。圖7 按鍵電路圖（6）穩(wěn)壓電源電路lm7805集成穩(wěn)壓器的電路如圖8所示。由于r1、r2電阻網(wǎng)絡(luò)的作用，使得輸出電壓被提高，提高的幅度取決于rp與r1的比值。調(diào)節(jié)電位器r2，即可一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)rp=0時，輸出電壓uo等于7805穩(wěn)壓器輸出電壓；當(dāng)rp逐步增大時，uo也隨之逐步提高。ic采用集成穩(wěn)壓器7805，c1、c2分別為輸入端和輸出端濾波電容。調(diào)節(jié)輸出電壓到5v,用于單片機、水位監(jiān)測電路、交流負(fù)載驅(qū)動電

10、路和報警電路的電源。圖8 電源電路（7）給水泵電機主控回路電機主電路采用2個交流接觸器分別控制2臺水泵電機，并使用了熱繼電器，使該回路具有欠壓、失壓和過載保護(hù)。圖9 水泵主電路2 單片機引腳分配表根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，單片機的引腳分配表如表1所示。表1 單片機的引腳分配表p1.0水位低輸入信號p3.0水位低報警輸出信號p1.1水位中輸入信號p3.1水位中報警輸出信號p1.2水位高輸入信號p3.2水位高報警輸出信號p1.3手動與自動轉(zhuǎn)換輸入信號p3.4手動起動m1輸入信號，低電頻有效動作p1.4m1起動km1控制輸出信號p3.5手動起動m2輸入信號，低電頻有效動作p1.5m2起動km2控制輸出信號

11、p3.6手動停m1輸入信號，低電頻有效動作p1.6m1開關(guān)狀態(tài)輸入信號p3.7手動停m2輸入信號，低電頻有效動作p1.7m2開關(guān)狀態(tài)輸入信號3 軟件設(shè)計手動方式是利用交流接觸器控制，可以在環(huán)境比較惡劣條件下工作，自動方式是利用單片機來控制。手動和自動的切換可專門設(shè)計一個轉(zhuǎn)換開關(guān)在控制面板上（如圖10）。自動運行方式由單片機來控制兩臺水泵電機自動運行。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動時，系統(tǒng)根據(jù)水箱內(nèi)液位傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好的程序：當(dāng)水箱中無水或水位在低水位時，m1、m2兩臺水泵同時開啟，對水箱進(jìn)行加水；當(dāng)水位到達(dá)中水位時，m2水泵先停止，m1水泵繼續(xù)運行；當(dāng)水位到達(dá)高水位時，m1水泵停止，報警器開

12、始報警（如圖11）。手動運行方式由用戶來控制交流接觸器使兩臺水泵電機運行。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動時，按下按鈕s1，m1水泵運行向水箱注水。當(dāng)用戶用水使水箱水位較低時，電機m1和m2同時工作，使水量大幅上升，保持液位的高度（如圖12）。圖10 選擇方式流程圖圖11 自動運行方式流程圖圖12 手動運行方式流程圖根據(jù)系統(tǒng)控制要求，程序如下：org 0000hsjmp mainorg 0060hmain：mov p1, #1fh ； p1和p3口初始化置1mov p3，#0ffhjb p1.3 ，aut ；若按下切換按鈕，跳到自動模式子程序sjmp men ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序sjmp mainend

13、自動控制子程序aut：jnb p1.2 , lg ；水位是否高jb p1.1 , lz ；水位是否中clr p3.1 ；水位中報警jb p1.0 , ld ；水位是否低clr p3.0 ；水位低報警jnb p1.6 , y1 ；m1電機是否啟動clr p1.4 ；啟動m1電機y1： jnb p1.7 , y2 ；m2電機是否啟動 clr p1.5 ；啟動m2電機y2： lcall dy60s ；延時1分鐘 sjmp aut ；返回自動模式ld ：jnb p1.6 ,y3 ；單獨運行m1clr p1.4y3： jb p1.7 ,y2 ；m2電機是否停止 setb p1.5 ；停止m2電機sjmp

14、 y2lg： clr p3.2 ；水位高報警 setb p1.4 ；停止m1 setb p1.5 ；停止m2lz: sjmp main ；返回主程序手動控制子程序：men：jnb p1.2 , main ；水位是否高lcall keycjne a ,#0fh ,nn 是否有鍵按下；sjmp mennn： jnb acc.4 ,hm1 ；手動起動m1按鍵是否按下jnb acc.5, hm2 ；手動起動m2按鍵是否按下jnb acc.6 ,dm1 ；手動停止m1按鍵是否按下jnb acc.7 ,dm2 ；手動起動m2按鍵是否按下sjmp menhm1：jnb p1.6 ,men ；m1電機是否起動

15、clr p1.4 ；啟動m1電機sjmp menhm2：jnb p1.7, men ；m2電機是否起動clr p1.5 ；啟動m2電機sjmp mendm1：jb p1.6, men ；m1電機是否停止setb p1.4 ；停止m1電機sjmp mendm2：jb p1.7, men ；m2電機是否停止setb p1.5 ；停止m2電機sjmp menret延時10ms子程序 org 0150hdy10ms： mov r1, #10del2： mov r2, #125del1： nopnopdjnz r2, del1djnz r1, del2ret延時60s子程序org 0200hdy60s：

16、mov r3, #100del3：lcall dy10ms djnz r3, del3ret 有無鍵合子程序：key：mov a ,p3 ；讀鍵值，鍵閉合相應(yīng)位為0 cpl a ；取反，鍵閉合相應(yīng)位為1 anl a ，#0foh ；屏蔽低4位，保留有鍵值信息的高4位 jz gret ；全0，無鍵閉合，返回lcall 10ms ；非全0，有鍵閉合，延時10ms，軟件去抖動mov a ,p3 ；重讀鍵值，鍵閉合相應(yīng)位為0cpl a ；取反，鍵閉合相應(yīng)位為1anl a ，#0f0h ；屏蔽低4位，保留有鍵值信息的高4位jz gret ；非全0，有鍵閉合，延時10ms，軟件去抖動retgret：sjmp men ；無鍵閉合，返回4 結(jié)束語由以上的設(shè)計可以看出，運用單片機設(shè)計的高層建筑水箱水位系