基于80C51單片機(jī)的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、文章編號(hào): 1674-4578( 2013) 04-0015-0280C51基 于單 片 機(jī) 的 水 塔 水 位 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)高琳，荊智慧( 國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠第一研究所，山西 太原030024)摘 要: 本設(shè)計(jì)主要基于單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制、具有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)聲光報(bào)警功能的控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)由 A / D 轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、數(shù)碼顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電機(jī)控制部分等構(gòu)成。同時(shí)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵詞: 單片機(jī); 水位自動(dòng)控制; 繼電器; 自動(dòng)保護(hù)中圖分類號(hào): TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A通常，由于受檢測(cè)點(diǎn)物理體積的影響，水位檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)

2、目有 限，從而影響了后續(xù)電路控制的精度。本設(shè)計(jì)采用新型水位 傳感器，即選用北京英泰德科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的投入式 液位變送器 MPM416W /426W，可以達(dá)到對(duì)水位高度的精 確 檢測(cè)，以利于提高后續(xù)電路控制的精度。其原理是通過壓阻 式壓力傳感器，把與液位深度成正比的液體靜壓力準(zhǔn)確測(cè)量出來，并經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流 ( 或電壓) 信號(hào)輸出，建 立起輸出電信號(hào)與液體深度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體深 度的測(cè)量。同時(shí)其具有以下特點(diǎn):0引言在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，在人們正常生活和生產(chǎn)中 給排水起著越來越重要的作用。一旦給排水出現(xiàn)故障，輕則 給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故 及

3、損失。因此給排水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中 最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一 。因此，建立一個(gè)可靠安全、又易于 維護(hù)的給排水系統(tǒng)顯得尤其重要。給排水控制系統(tǒng)的作用主要是為了保證供水 / 排水系統(tǒng) 的正常運(yùn)行，其基本控制內(nèi)容是對(duì)各給水泵、排水泵、污水泵 及飲用水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)各水箱及污水的水位、 給水系統(tǒng)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)這些監(jiān)測(cè)信 息，控 制 相 應(yīng) 的 水泵啟 / ?；虬茨撤N節(jié)能方式運(yùn)行。本文主要針對(duì)水塔水位 高度的顯示、報(bào)警、電機(jī)控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該控制系統(tǒng)是排水 監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成之一。( 1)使用壽命長(zhǎng)液位變送器膜片采用高技術(shù)激光調(diào)制電路，傳感器外殼采用不銹鋼制作。 ( 2) 安裝

4、方便 僅需將投入式液位變送器探頭投入液體中，引出信號(hào)線同二次儀表連接就可進(jìn)行液位測(cè)量。總設(shè)計(jì)方案水位自動(dòng)控制電路是通過水位傳感器將水位高度轉(zhuǎn)換 為 0 10 V 的直流電壓，再經(jīng)過 A / D 轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換所得的8 路并行數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理來達(dá)到對(duì) 水 位 進(jìn) 行 自 動(dòng)控制的目的。通過對(duì)電壓和水位的轉(zhuǎn)換關(guān)系，最終利用單 片機(jī)進(jìn)行精確的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位高度的顯示、主 / 備電機(jī)和 報(bào)警裝置的控制。水位自動(dòng)控制器 由 6 個(gè) 部 分 組 成，即 水 位 傳 感 器、A / D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、數(shù)碼顯示、電機(jī)控制、報(bào)警控制部分，其總框圖 如圖 1 所示。1( 3)溫度穩(wěn)定性好投入式液位變送器

5、本身在 0 70 內(nèi)實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，在信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中加入了溫度補(bǔ)償電路，消除電路溫漂對(duì)精 度的影響，從而提高精度。2 2 A / D 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)通過對(duì)傳感器的選擇，可知由傳感器輸出的水位高度信 號(hào)是 0 10 V 的直流 電 壓。在 設(shè) 計(jì) 中，可 以 通 過 采 樣、保 持 電路對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)采樣點(diǎn)信 號(hào)。但這種處理方法由于受電路規(guī)模和采樣精度的影響，不 可能對(duì)水位信號(hào)作出精確的處理，近而也無 法 對(duì) 電 機(jī)、水 位 高度顯示和報(bào)警作出精確的控制。因此，本設(shè)計(jì)中采用集成 芯片 ADC0809 對(duì) 0 10 V 的直流電壓進(jìn) 行 處 理?？?以 達(dá) 到: ( 1) 電路

6、簡(jiǎn)潔、明了。( 2) 高轉(zhuǎn)換精度。( 3 ) 高 控 制 精 確。0 10 V的直流電壓信號(hào)經(jīng) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn) 換結(jié)果數(shù)據(jù)送入單片機(jī) 80C51，由單片機(jī)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行解 算處理。80C51 和 ADC 接口通常采用查詢和中斷兩種方式。如 圖 2，采用查詢法傳送數(shù)據(jù)時(shí) 80C51 應(yīng)對(duì) EOC 線查詢它的狀圖 1 總設(shè)計(jì)框圖2系統(tǒng)介紹2 1 傳感器設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的水位 檢 測(cè) 通過設(shè)檢測(cè)點(diǎn)來完成對(duì)水位的檢測(cè)。收稿日期: 2013 05 08; 修回日期: 2013 05 29作者簡(jiǎn)介: 高 琳( 1975- ) ，女，河北石家莊人，工程師，主要從事電子電路設(shè)計(jì)工作。荊智慧( 197

7、1- ) ，男，山西臨猗人，經(jīng)濟(jì)師，主要從事綜合管理工作。山 西 電 子 技 術(shù)2013 年16態(tài): 若查詢到 EOC 變?yōu)楦唠娖?，則給 OE 線送一個(gè)高電平，以便從 D0 D7 線上提取 A / D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。采用中斷方 式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，EOC 線作為 CPU 的中斷請(qǐng)求線。CPU 響 應(yīng)中斷后，應(yīng)在中斷服 務(wù) 程 序 中 使 OE 線 變 為 高 電 平，以 提 取A / D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量1。圖 2 80C51 與 ADC 接口圖80C51 輸出低電平時(shí)，SN75467 相應(yīng)的輸出晶體管導(dǎo)通，接觸單片機(jī)復(fù)位設(shè)計(jì)2 3器線圈中有電流流過，接觸器吸合; 當(dāng) 80C51 輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)

8、器相應(yīng)輸出晶 體 管 截 止，接觸器線圈中無電流流過，接 觸器斷開。圖 5 中二極管用于箝位線圈兩端可能出現(xiàn)的反 電動(dòng)勢(shì)。通常，單片機(jī)的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種?？紤]到，水塔與居民生活密切相關(guān)，當(dāng) 因 特 殊 原 因 導(dǎo) 致 單片機(jī)掉電，需單片機(jī)立即 自 動(dòng) 復(fù) 位 ( 如: 夜間短時(shí)間停電， 導(dǎo)致本系統(tǒng)停止工作) ，故本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位方式。2 4 單片機(jī)起振電路設(shè)計(jì)XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該 反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，也可采用外部時(shí)鐘源驅(qū) 動(dòng)器件?？紤]到設(shè) 計(jì)、使 用 的 方 便，本設(shè)計(jì)采用片內(nèi) 時(shí) 鐘 驅(qū) 動(dòng)，即 XTAL1 和 XTA

9、L2 只 需 外 接 晶 振 ( 配上相應(yīng)的電容 ) ， 便可以給單片機(jī)提供相應(yīng)的時(shí)鐘頻率。石英晶振起振后，在 XTAL2 線上輸出一個(gè) 3 V 左右的正 弦波，以使 80C51 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激 振蕩。通常，OSC 的輸出時(shí)鐘頻率 FOSC 為 0 5 16 MHz，電 容 C1 和 C2 可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) FOSC 的 目的。本設(shè)計(jì)中，晶振采用 12 MHz，C1 和 C2 取 30 pf。其連 接電路如圖 3。圖 4 數(shù)碼顯示電路圖圖 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖圖 3 起振電2 7 報(bào)警電路當(dāng) 80C51 的輸出 管 腳 有 高 電 平 輸 出 時(shí)，S

10、PEAKE 發(fā) 出 報(bào)警聲。驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)計(jì)通常，水塔水位高度由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)中由于 需顯示的位數(shù)較少( 兩位) ，因此，利用驅(qū)動(dòng)芯片 7448 直接驅(qū) 動(dòng)共陰極的半導(dǎo)體數(shù)碼管，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī) 8 個(gè)端 口連接，并附加上拉電阻，即可完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。如 圖 4， 當(dāng) 7448 輸出管截止、輸出為高電平時(shí)，流過發(fā)光二極管的電 流是由 Vcc 經(jīng) 2 k 上拉電阻提供的，這時(shí)點(diǎn)亮數(shù)碼管; 反之， 則數(shù)碼管滅。2 6 電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，采用交流三相異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù) 方便，價(jià)格便宜，已 被 廣 泛 應(yīng) 用。由單片機(jī)輸出口對(duì) 驅(qū) 動(dòng) 芯 片 SN75467 進(jìn)行控制，再

11、由驅(qū)動(dòng)芯片 SN75467 控制交流接觸 器，最終由交流接觸器控制執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖 5 中，當(dāng)2 53軟件設(shè)計(jì)3 1 主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì) 中 首 先 對(duì) 單片機(jī)寫入外圍端口地址 ( INT0 和 F8H) ，并開中斷 1，且定義中斷為邊緣觸發(fā)方式。再將 INT0 的端口 地 址 寫 入 F8H ( ADC0809 的 端 口 地 址 ) ，即 可 啟 動(dòng) ADC0809。然后，單片機(jī)進(jìn)入等待中斷狀態(tài)。3 2中斷子程序設(shè)計(jì)在中斷到來后，程 序 轉(zhuǎn) 到 中 斷 子 程 序。在 中 斷 子 程 序中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) ADC0809 轉(zhuǎn)換所得的 8 路并行數(shù)據(jù)的接( 下轉(zhuǎn)第 37 頁(yè))第 4 期劉 瑋

12、，等: 初學(xué)者檢測(cè)生化需氧量的注意事項(xiàng)37xi X珔速度一般很慢，為使反應(yīng)完全，加 入 KI 后要放置一段時(shí)間，但放置時(shí)間不 能 過 長(zhǎng) ( 一 般 不 超 過 5 min) 。隨 后 立 即 用 硫 代硫酸鈉溶液滴定，否則過量的 KI 將被 空 氣 氧 化 成 I2 。放 置時(shí)要避光，置于暗處，瓶口要加蓋。( 3) 所用 KI 溶液中應(yīng)不含 KIO3 或 I2 ，如 果 KI 溶 液 顯 黃色，或?qū)⑷芤核峄蠹尤氲矸壑甘緞╋@藍(lán) 色，則 應(yīng) 事 先 用 硫代硫酸鈉滴定至無色后再使用。相對(duì)偏差( % )= 100% x珋式中: xi 某一測(cè)量值;X珔多次測(cè)量值的均值。9測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度表示根據(jù)標(biāo)

13、準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果，以相對(duì)誤差表示時(shí)的計(jì)算式:相對(duì)誤差( % ) = ( ( 測(cè)定值 保證值) / 保證值)BOD5 監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制指標(biāo)表 1 BOD5 監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制指標(biāo) 100%( 4)用硫代硫酸鈉滴定 I2 時(shí)，要等滴至 I2 的黃色很淺時(shí)10再加淀粉，然后再滴至藍(lán)色消失。過早加入淀粉，它與 I2 形成的藍(lán)色絡(luò)合物會(huì)吸留部分 I2 ，往往會(huì)使終點(diǎn)提前且不明顯。( 5) 當(dāng)?shù)味ㄖ两K 點(diǎn) 后，經(jīng) 過 5 min 以 上，溶 液 又 轉(zhuǎn) 變 為 藍(lán)色，表示反應(yīng)未 完 全 ( 即 KI 與氧化劑的反應(yīng) ) ，應(yīng) 另 取 溶 液重新滴定。7生化需氧量與化學(xué)需氧量的關(guān)系生化需氧量是化學(xué)需氧量的一部分，兩者

14、存在一定的比 值關(guān)系，生化需氧量大致為化學(xué)需氧量的 35% 65% ，但也 有特殊情況，若污水可生化性不強(qiáng)，如炸藥廠的污水，生化需 氧量是不足化學(xué)需氧量的 35% 的，大約為 20% 35% 。8測(cè)定結(jié)果的精密度表示平行樣的精密度用相對(duì)偏差表示。( 1) 平行雙樣相對(duì)偏差的計(jì)算方法:以上幾項(xiàng)為檢測(cè)生化需氧量的常見問題，希望能對(duì)初學(xué)者有所幫助。參考文獻(xiàn)1國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì)水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法M 第 4 版 北京: 中國(guó)環(huán) 境科學(xué)出版社，2002夏玉宇 化驗(yàn)員實(shí)用手冊(cè)M 第 2 版 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2011中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè) 技術(shù)規(guī)范S

15、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2004 12 07 中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 水質(zhì) 五日生化需 氧量( BOD5) 的測(cè)定 稀釋與接種法S 北京: 中國(guó)環(huán) 境科學(xué)出版社，2009 12 0123相對(duì)偏差( % ) = A B 100% A + B式中: A、B同一水樣兩次平行測(cè)定的結(jié)果。( 2) 多次平行測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差的計(jì)算方法:4櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅( 上接第 16 頁(yè))收。并通過 GAODU 子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)接收所得的并行數(shù)據(jù)的 量化，其量化數(shù)為 100。通過量化，將輸入數(shù)據(jù)變?yōu)?0 99 種 狀態(tài)，為下一步處理作好準(zhǔn)備2。而

16、達(dá)到對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水位高度數(shù)碼顯示、電動(dòng)機(jī)( 主、備) 和報(bào)警裝置的單片機(jī)自動(dòng)化控制。參考文獻(xiàn)1胡汗才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M 北京: 清華大學(xué)出版社，20044結(jié)論綜上分析，本設(shè)計(jì)水位自動(dòng)控制電路是通過水位傳感器2 吳炳勝 80C51 單片機(jī) 原 理 與 應(yīng) 用 技 術(shù)M 北 京: 冶金工業(yè)出版社，2003將水位高度轉(zhuǎn)換 為 0 10 V 的 直 流 電 壓，再 經(jīng) 過 A / D 轉(zhuǎn) 換后，將轉(zhuǎn)換所得的 8 路并行數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理，從Design of Automatic Control System of Water LevelBased on 80C51

17、Single Chip MicrocomputerGao Lin，Jing Zhihui( First esearch Institute，State owned Dazhong Machinery Factory，Taiyuan Shanxi 030024，China)Abstract: This design is made mainly based on the hardware circuit design of MCU It implements a control system to realize the automatic control for water level that with automatic protection and automatic alarm functions The control system consists of A / D con- version part，MCU control part，a digital display part，a motor