基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、-1概述液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對容器的介質(zhì)進(jìn)展液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液位控制一般指對*一液位進(jìn)展控制調(diào)節(jié)，使其到達(dá)所要求的控制精度。液體的液位的自動控制,是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù),它是微型計算機(jī)軟件、硬件、自動控制等幾項技術(shù)嚴(yán)密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,微機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢:1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。2)在運(yùn)行中可以隨時方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制

2、值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù),可以方便的改變液位的上限、下限。3) 具有水體控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時性、平安性綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計算機(jī)所需的CPU、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來,性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強(qiáng),利用單片機(jī)控制就能抑制這些缺點(diǎn),因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,使用單片機(jī)控制液體液位是很

3、好的選擇。目前我國在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成績,總結(jié)了很多經(jīng)歷,但是各行業(yè)仍處于開展期,經(jīng)調(diào)查,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法,數(shù)年來這方面的研究的論文較多,著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。在,新型的單片機(jī)測控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)根底較雄厚,在生產(chǎn)過程中需要新型的測控裝置與系統(tǒng),因此在不斷的努力研究與開發(fā)。的工程技術(shù)研究人員更著重的是生產(chǎn)實(shí)際研究,對理論、算法和成果的論文較少;在研制新型的測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就,盡管與其他國家比較尚有差距,但是,的高校、研究院所的最大的特點(diǎn)就是實(shí)際,與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用工程無關(guān)的問題根本不去考慮,主要考慮選取什么材料,測控什么

4、物理量,優(yōu)點(diǎn)是什么,與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。2設(shè)計的根本任務(wù)和要求2.1 根本功能本設(shè)計是采用AT89C51單片機(jī)為核心芯片,及其相關(guān)硬件來實(shí)現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng),在用液位傳感器測液位的同時, CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測液位數(shù)據(jù),實(shí)施報警平安提示,當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時,系統(tǒng)自動翻開泵上水,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時,系統(tǒng)自動關(guān)閉水泵或翻開排水泵。2.2塔水位控制原理單片機(jī)水塔水位控制原理如圖l所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下水位應(yīng)控制在虛線圍之。為此，在水塔的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C。用以反映水位變化

5、的情況。其中，A棒在下限水位B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位(底端靠近水池底部不能過低，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機(jī)帶動水泵供水。單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升當(dāng)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)停頓電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)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(jī)帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)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(dāng)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

6、狀態(tài)。此時應(yīng)啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。2.3 系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用8個按鈕進(jìn)展水位檢測，在現(xiàn)場的3個不同的位置，由下至上測量水體的液位值,。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳到單片機(jī)中,在通過3位七段LED顯示器顯示出液位的三種狀態(tài)及報警平安提示。用LED顯示是因為它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長等特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)展開、關(guān)水泵,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動閥門的電動機(jī)。3控制系統(tǒng)方案設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件方案系統(tǒng)方案設(shè)計液位控制是利用把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C51把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口

7、，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接LED進(jìn)展顯示,實(shí)現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與控制；圖2即是液位控制系統(tǒng)：圖2液位控制系統(tǒng)由上圖可觀察到傳感器通過對液面進(jìn)展測量，輸出模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過AT89C51單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過LED進(jìn)展顯示,通過報警裝置進(jìn)展報警,報警顯示之后再通過對閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對水體的液位進(jìn)展調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動設(shè)備是電動機(jī)。3.2 核心芯片AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓、

8、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3所以。圖3 AT89C5引腳圖3.3系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過8個按鈕進(jìn)展水位檢測的，當(dāng)水位到檢測位置其輸出端口

9、就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個位置為水位上限報警線，即當(dāng)水位高于此位置時，開水閥控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個位置是自動停頓加水線，即當(dāng)水位高于此位置時，控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉加水電磁閥，停頓加水；第三個位置是自動加水線，即當(dāng)水位低于此位置時，控制系統(tǒng)會自動接通加水電磁閥，開場加水；第四個位置是水位下限報警線，即當(dāng)水位低于此位置時，控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障如圖4。圖4 水位控制流程圖4.Proteus設(shè)計與仿真4.1元器件清單7SEG-CAT-GRNLED數(shù)碼管AT89C1單片機(jī)BUTTON按鈕CAP電容CAP-E

10、LEC瓷電容CRYSTAL12兆晶振LED-RED發(fā)光二極管MOTOR-DC電機(jī)RES電阻RESPACK-8排阻4.2基于單片機(jī)水位控制原理圖5圖5水位控制原理圖4.3基于單片機(jī)的水位控制PCB圖6圖6水位控制PCB圖4.4水位檢測的主程序本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡單，整個軟件局部較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序。*include<reg51.h>*define uchar unsigned char*define uint unsigned intsbit MOR=P27;sbit MOT=P26;sbit LED=P20;code

11、 uchar tab=0*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07,0*7f,0*6f;void delay (uint n)while(n-);void LED_SHOW()if(P1=0*fe) P0=tab8;LED=0;MOR=0;MOT=1; if(P1=0*fd) P0=tab7; LED=0;MOR=0;MOT=1; if(P1=0*fb) P0=tab6; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0*f7) P0=tab5; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0*fd) P0=tab4; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0*ef) LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0*df) P0=tab2; LED=0;MOR=1;MOT=0; if(P1=0*bf) P0=tab1; LED=0;MOR=1;MOT=0; if(P1=0*7f) P0=tab0;LED=0;MOR