新版基于单片机的水位控制新版专业系统设计.doc

1　概述　
液位控制系统是以液位为被控参数控制系统，它在工业生产各个领域均有广泛应用。在工业生产过程中，有诸多地方需要对容器内介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位稳定对窑炉使用寿命和产品质量起着至关重要作用。液位控制普通指对某一液位进行控制调节，使其达到所规定控制精度。液体液位自动控制,是近年来新开发一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合产物,工程作业采用是微机控制和原有仪表控制,微机控制有如下明显优势:
1)直观而集中显示各运营参数,能显示液位状态。
2)在运营中可以随时以便修改各种各样运营参数控制值,并修改系统控制参数,可以以便变化液位上限、下限。
3) 具备水体控制过程自动化解决以及监控软件良好人机界面，操作人员在监控计算机上能依照控制效果及时修运营参数，这样能有效地减少工人疲劳和失误，提高生产过程实时性、安全性
综合以上种种长处可以预见采用计算机控制系统是行业大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低特点使它应用领域日益广泛。普通,工业控制系统工作环境差,干扰强,运用单片机控制就能克服这些缺陷,因而单片机在控制领域得到广泛应用,使用单片机控制液体液位是较好选取。
当前国内在单片机测控装置研究、生产、应用中,获得了很大成绩,总结了诸多经验,但是各行业仍处在发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展工作更看重是理论和算法,数年来这方面研究论文较多,着重生产实际很少。在上海,新型单片机测控装置与系统研究生产基本较雄厚,在生产过程中需要新型测控装置与系统,因而在不断努力研究与开发。上海工程技术研究人员更着重是生产实际研究,对理论、算法和成果论文较少;深圳在研制新型测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其她国家比较尚有差距,但是,深圳高校、研究院所最大特点就是实际,与生产实际应用项目无关问题基本不去考虑,重要考虑选用什么材料,测控什么物理量,长处是什么,与机器设备通讯接口等等。
2　设计基本任务和规定
2.1 基本功能
本设计是采用AT89C51单片机为核心芯片,及其有关硬件来实现水体液位控制系统,在用液位传感器测液位同步，CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位数据,实行报警安全提示,当水体液位低于顾客设定值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵或打开排水泵。
2.2塔水位控制原理
单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中虚线表达容许水位变化上、下限位置。在正常状况下．水位应控制在虚线范畴之内。为此，在水塔内不同高度处，安装固定不变3根金属棒A、B、C。用以反映水位变化状况。其中，A棒在下限水位．B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位(底端接近水池底部．不能过低，要保证有足够大流水量)。水塔由电机带动水泵供水。单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升．当水位上升到上限水位时，由于水导电作用。使B、C棒均与+5 V连通。因而b、C两端电压都为+5 V即为。l”状态，此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处在上、下限之间时。B棒和A棒导通．而C棒不能与A棒导通，b端为“r状态。C端为“O”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处在下限位置如下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态。此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。

2.3 系统硬件总体方案
系统原理是采用8个按钮进行水位检测，在现场3个不同位置，由下至上测量水体液位值,。并把这四个液位状态通过模数转换器传到单片机中,在通过3位七段LED显示屏显示出液位三种状态及报警安全提示。用LED显示是由于它具备显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点，依照当前液位值和顾客设定水位决定与否进行开、关水泵,需要与否启动和关闭驱动阀门电动机。
3　控制系统方案设计
3.1系统硬件方案　
系统方案设计液位控制是运用把液位状态转换成模仿信号,再通过模数转换器AT89C51把输出状态直接接到单片机I/O接口，单片机通过运算控制，输出数字信号，输出接口接LED进行显示,实现液位报警和键盘显示与控制；图2即是液位控制系统：

图2液位控制系统
由上图可观测到传感器通过对液面进行测量，输出模仿信号，再通过模数转换器把输入模仿信号转换成数字信号，通过AT89C51单片机运算控制，在通过LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门启动实现对水体液位进行调节控制,阀门驱动设备是电动机。

3.2 核心芯片AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压、高性能CMOS 8位微解决器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它一种精简版本。AT89C单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。外形及引脚排列如图3因此。

图3 AT89C5引脚图

3.3系统软件总体方案
水位检测是通过8个按钮进行水位检测，当水位到检测位置其输出端口就向单片机输出低电平。由上至下第一种位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提示工作人员注意，加水电磁阀有也许出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水电磁阀，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此位置时，控制系统会自动接通加水电磁阀，开始加水；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，控制系统就会自动报警，提示工作人员注意，加水电磁阀也许出故障如图4。

图4 水位控制流程图

4.Proteus设计与仿真
4.1元器件清单
7SEG-COM-CAT-GRN
LED数码管
AT89C1
单片机
BUTTON
按钮
CAP
电容
CAP-ELEC
陶瓷电容
CRYSTAL
12兆晶振
LED-RED
发光二极管
MOTOR-DC
电机
RES
电阻
RESPACK-8
排阻
4.2基于单片机水位控制原理图5

图5水位控制原理图

4.3基于单片机水位控制PCB图6

图6水位控制PCB图

4.4水位检测主程序
本控制系统采用是控制，由于模糊控制量求取是采用查表法，因而软件程序较简朴，整个软件某些较多，现取最重要水位检测主程序。
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit MOR=P2^7;
sbit MOT=P2^6;
sbit LED=P2^0;
code uchar tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
void delay (uint n)
{
while(n--);
}
void LED_SHOW()
{
if(P1==0xfe)
{
P0=tab[8];
LED=0;
MOR=0;
MOT=1;
}
if(P1==0xfd)
{
P0=tab[7];
LED=0;
MOR=0;
MOT=1;
}
if(P1==0xfb)
{
P0=tab[6];
LED=1;
MOR=1;
MOT=1;
}
if(P1==0xf7)
{
P0=tab[5];
LED=1;
MOR=1;
MOT=1;
}
if(P1==0xfd)
{
P0=tab[4];
LED=1;
MOR=1;
MOT=1;
}
if(P1==0xef)
{
LED=1;
MOR=1;
MOT=1;
}
if(P1==0xdf)
{
P0=tab[2];
LED=0;
MOR=1;
MOT=0;
}if(P1==0xbf)
{
P0=tab[1];
LED=0;
MOR=1;
MOT=0;
}
if(P1==0x7f)
{
P0=tab[0];
LED=0;
MOR=1;
MOT=0;
}
}
void main()
{
while(1)
{
LED_SHOW();
}
}

4.5 实验仿真成果
依照所设计系统软件流程图，编写相应程序在Pro-teus软件环境下实际仿真，实验成果表白，该系统能成功实现了水位检测、电机故障检测、解决和报警等功能，具备良好检测控制功能，可移植性和扩展性强。通过制作PCB板子，该系统已成功运用于某实验水冷却系统。