基于單片機的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計

1、編號： 云南銅業(yè)高級技工學校畢業(yè)設計（論文）題 目：基于單片機的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計指導教師：專 業(yè)：機電一體化化班級：技師3班姓 名：學號：年 月 日基于單片機的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計【摘要】：水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機控制實現(xiàn)自動運行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電壓，測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常。因此，這里給出以Atmel公司的AT89C5l單片機為核心器件的

2、水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計，實現(xiàn)水位的檢測控制、電機故障檢測、處理和報警等功能，并在Pmteus軟件環(huán)境下實際仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。關鍵詞：單片機 水位 控制 仿真1.引言在人們的日常生活中，水塔水位大都未能實現(xiàn)自動控制，水塔中水位的高低常由水電管理人員進行控制。不僅浪費人力又會造成不必要的資源浪費，這在一些不注意節(jié)約用水的單位顯得尤為突出。為了解決經(jīng)常停水和有效的避免水資源的浪費，節(jié)約能源。設計了一個適用于一般水塔水位的檢測控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心控制部件，該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合一般單位用水系統(tǒng)控制的需要。2.

3、水塔水位控制原理單片機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，水位應控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，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。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，由于水的導電作用，使B、C棒均與+5V電源連通。因此b、c兩端的電壓都為+5V，即為“1”狀態(tài)。此時應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

4、棒導通，而C棒不能與A棒導通，b端為“1”狀態(tài)，c端為“0”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棒導通，b、c均為“0”狀態(tài)，此時應啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。圖1水塔水位控制原理圖3.電路設計水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測接口電路、報警接口電路、存儲器擴展接口電路、復位電路、時鐘振蕩等部分組成，如圖2所示。圖3為系統(tǒng)硬件電路。圖2水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構調(diào)整圖圖3系統(tǒng)硬件電路31 水位檢測接口電路為了便于實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的撥碼開關模擬b、c端的

5、狀態(tài)(1、0)，正電極接+5 V電源，每個負電極分別通過47 kQ的電阻(尺1，R2)接地。將單片機的P10端口接開關1，P11端口接開關2。假設被水淹沒的負電極都為高電平，此時開關置1；露在水面的負電極都為低電平，開關此時置為0。單片機通過負電極重復采集檢測水位，當缺水時(此時兩個開關均置0)，電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平(此時開關1置1，開關2置0)；當水位過高時，檢測信號為高電平(此時開關l和2都置1)，單片機檢測到P10和P11為高電平后，立即停機。32 報警接口電路為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴重后果，在超出、低于警戒界水位時，報警信號

6、直接從高、低警界水位電極獲得。單片機P17端口為啟動電機命令輸出端口，P17=0為低電平，經(jīng)過非門后與電機的另一端接地導通，啟動電機工作；P17=l為高電平，反之，電機停止工作。電機故障報警由單片機控制，電機故障報警信號由P10和P11輸人當P15為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位，單片機控制系統(tǒng)使電機停止轉(zhuǎn)動，向水塔內(nèi)供水工作也停止。33 存儲器擴展接口電路為了便于系統(tǒng)擴展，存放大容量應用程序，系統(tǒng)設計擴展一片程序存儲器，用于存放源程序代碼。74LS373用于鎖存地址，單片機的P00P07通過復用方式分別接鎖存器74LS373的DOD7和存儲器2732的D0D7端，地址鎖存信號線ALE

7、接鎖存器的OE端，通過軟件設置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出端OQ0O7與存儲器地址線A0A7相連，剩余的3根地址線A8A11接P20P22單片機選通引腳麗接存儲器OE端，因只擴展一片存儲器，片選端CE接地。4系統(tǒng)軟件設計當水塔水位處于上、下限之間時，P10=l，P11=0，此時無論電機是在帶動水泵給水塔供水使水位不斷上升還是電機沒有工作使水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位低于下限時，P10=0，P11=0，此時啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號與輸出控制操作關系如表1所列，圖4為水塔水位控制程序流程。表1水位檢測信號與輸出控制操作關系圖4水塔水位控制程序流程5實驗仿真結(jié)果根據(jù)所設計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應的程序在Proteus軟件環(huán)境下實際仿真，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能成功實現(xiàn)了水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已成功運用于某實驗水冷卻系統(tǒng)。6結(jié)語該系統(tǒng)設計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設計的，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗水冷卻系統(tǒng)得到成功實踐，實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。進一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬