水塔水位论文

水塔水位论文（共5篇）

水塔水位论文 篇1

0绪论

本课题研究的内容是智能水位控制系统。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛, 比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的, 值班人员全天候地对水位的变化进行监测, 用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费, 同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位, 并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。

本文设计采用了西门子——S7-300CPU315PLC作为控制核心, 辅以水位传感器做水位监测, 可实现水塔水位的自动控制, 经过检测效果非常好, 软件设计简单, 硬件接口简易可行, 可靠性高。

1 水塔水位的方案选择

在对水塔水位设计的控制方面, 可采用方案有:基本电器的控制, 单片机微机控制的以及PLC控制。综合考虑, 选择PLC的控制, 其原因在于: (1) 实时性 (2) 高可靠性 (3) 系统配置简单灵活 (4) 丰富的I/O卡件 (5) 控制系统采用模块化结构 (6) 价格优势 (7) 安装简单, 维修方便。

2 系统电路设计

2.1 水塔水位控制图

本系统外部设备分3个部分:蓄水池、水泵机组、水箱。

蓄水池:由两液位开关 (S3、S4) 和一个电磁阀 (YV2) 组成, 当蓄水池液位低于低液位开关S3时, 电磁阀通电YV2打开;当蓄水池液位高于高液位开关S4时, 电磁阀YV2断电关闭。

水泵机组:由两台水泵 (A、B) 组成, 当需要快速抽水时, 两台水泵同时运行;当需要慢速抽水时, 两台水泵交替运行;当不需要抽水时, 两台水泵关闭。

水箱:由三个液位开关和一个电磁阀YV1组成, 三个液位开关又分为水箱低液位开关S1、水箱高液位开关S2、报警液位开关S3。由水箱低液位开关S1和水箱高液位开关S2两个液位开关将水箱分位3个液位 (低、中、高) , 当液位处于低液位时, 两台水泵同时运行;当液位处于中部液位时, 两台水泵交替运行;当液位处于高液位时, 两台水泵停止工作。如果液位到达高液位后水泵还在运行, 当液位到达报警液位时, 报警灯报警铃开启, 系统处于急停状态, 电磁阀YV2断电关闭。

2.2 输入/输出设备及I/O点分配

本次系统需要用到12个数字量输入, 10个数字量输出, 输入输出设备列表和I/O点分配如表2-2所示。

2.3 系统工作流程

控制目的为始终保持水箱水位在S3与S4之间

(1) 当水箱中水位低于S1时, 水泵A, B同时运作;

(2) 当水箱中水位在S1与S2之间时, 水泵A, B交替运作, 每2个小时交替一次;

(3) 当水箱中水位高于S2时, 水泵A, B同时关闭;

报警控制

(1) 当水箱中水位高于S5时, 发出报警 (报警灯、报警铃) , 水泵A, B同时关闭, 水箱进水阀关闭;

(2) 当水泵该运作时没有运作, 产生报警。

3 STEP7软件中硬件组态和程序编辑

3.1 STEP7软件中的硬件组态

硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统, 组态的模块和实际的模块的插槽位置、型号、订货号和固件版本号完全相同。硬件组态包括生成网络、生成网络中各个站点和它们的模块, 以及设置各硬件组成部分的参数, 即给参数赋值。

所有模块的参数都是用编程软件来设置的, 基本上取消了过去用来设置参数的硬件DIP开关和电位器。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址, 为设计用户程序打下了基础。

硬件组态包括下列内容:

(1) 系统组态:从硬件目录中选择机架, 将模块分配给机架中的插槽。用接口模块连接多机架系统的各个机架。对于网络控制系统, 需要生成网络和网络上的站点。

(2) CPU的参数设置:设置CPU模块的多种属性, 例如启动特性、扫描监视时间等, 设置的数据储存在CPU的系统数据中。如果没有特殊要求, 可以使用默认的参数。

(3) 模块的参数设置:定义模块所有的可调整参数。组态的参数下载后, CPU之外的其他模块的参数一般保存在CPU中。在PLC启动时, CPU自动地向其他模块传送设置的参数, 因此在更换CPU之外的模块后不需要重新对它们组态和下载组态信息。

对于已经安装好硬件的系统, 用STEP7建立网络中的各个站对象后, 可以通过通信从CPU上载实际的组态和参数。

3.2 STEP7软件中的程序编译

3.2.1 程序中用到的组织块

OB1:主程序循环

OB35:循环中断组织块;循环中断组织块用于按精确的时间间隔循环执行中断程序, 例如周期性地执行闭环控制系统的PID控制程序, 间隔时间从STOP切换到RUN模式开始计算。大多数S7-300 CPU只能使用OB35, 其余的CPU可以使用的循环中断OB的个数与CPU的型号有关。时间间隔不能小于5ms。如果时间间隔过短, 还没有执行完循环中断程序又开始调用它

3.2.2 程序中用到的FB功能块

(1) FB1功能块

该功能块的作用为:将系统中的S1、S2、S3、S4四个液位开关延时开关, 目的是为了防止水箱或水池中液面晃动导致液位开关一会儿开一会儿关;该功能块由急停按钮和手自动切换按钮常闭串联作为前置条件, 如果这两个按钮有一个断开那么这个功能块中断。

该功能块中重要的程序:

该程序中“IN_SX_LOW”、“OUT_SX_LOW”…这些点位都是在变量声明表中设定的输入 (IN) 输出 (OUT) 参数, “KAI1”为静态变量 (STAT) 调用的是系统功能块SFB4作用为延时两秒。

(2) FB4功能块

该功能块的作用为:将急停、液位高报、手自切换、灯亮测试按键转换成继电器来表示, 其中液位高报也加入了延时程序。

3.2.3 程序中用到的FC功能

(1) FC1功能

该功能的作用为:当水泵A、B和两个电磁阀工作时, 它对应的灯也跟着一起亮, 当报警时, 报警灯和报警铃也会同时工作。

(2) FC2功能

该功能的作用为:当急停或报警开启时, 两台水泵和水箱电磁阀同时关闭。

(3) FC3功能

该功能的作用为:水箱水位在低、高两个液位时水泵的工作状态, 该功能块由急停按钮和手自动切换按钮常闭串联作为前置条件, 如果这两个按钮有一个断开那么这个功能块中断。

当水箱液位在低液位时, 两台水泵的线圈置位。

当水箱液位在高液位时, 两台水泵的线圈复位。

(4) FC4功能

该功能的作用为:当水箱液位在中液位时, 水泵交替运行, 时间间隔为2个小时。该功能块由急停按钮和手自动切换按钮常闭串联作为前置条件, 如果这两个按钮有一个断开那么这个功能块中断。

(5) FC5功能

该功能的作用为:当蓄水池液位在低液位的时, 电磁阀YV2通电打开;当蓄水池液位在高液位时, 电磁阀YV2失电关闭。该功能块由急停按钮和手自动切换按钮常闭串联作为前置条件, 如果这两个按钮有一个断开那么这个功能块中断。

(6) FC6功能

该功能的作用为:当手自动按钮切换时, 系统由自动模式换到手动模式, 通过几个按键来控制水泵和电磁阀的打开和关闭。

4 程序的仿真实验

(1) 系统启动 (如图4-1)

当系统通电时, 直接进入自动模式, 假设这时候水箱蓄水池中的水都还没有, 都处于低液位的状态, 这时候两台水泵两个电磁阀同时工作, 所以代表这四个设备的点位前面都出现了一个小勾, 于此对应的灯也都打开。

(2) 水箱中液位, 水池高液位 (如图4-2)

当水箱液位到达中液位时, 两台水泵交替运行, 所以有一台水泵关闭, 如果蓄水池水位也到达了高液位, 那么蓄水池进水电磁阀也就关闭了。

(3) 水箱高液位, 水池低液位 (如图4-3)

当水箱水位达到高液位后, 两台水泵关闭, 如果水池液位又掉落到低液位后, 电磁阀YV2再次打开。

(4) 水箱高液位报警 (如图4-4)

当水箱水位达到高报液位时, 电磁阀YV1关闭, 报警灯和报警铃工作。

(5) 急停 (如图4-5)

当水泵正在运行, 按下急停按钮, 这时两台水泵和电磁阀YV1同时关闭。

(6) 手动模式 (如图4-6)

当按下手自动切换按钮后, 系统中水泵和电磁阀就可以通过对应的按钮来控制。

(7) 灯亮测试 (如图4-7)

在任何条件下, 只要按下灯亮测试按钮, 所有的灯和铃都会强制开启, 这个功能用来检测工作指示灯是否有损坏, 便于故障的排查。

5 结论

本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求。能模拟与调配水塔水位控制系统的自动控制, 手动控制, 进行进水控制, 报警显示, 抽水控制。

水塔水位论文 篇2

摘要：通过设计采用计算机网络技术、信息处理技术、PLC控制技术等多种先进技术组成的水塔水位控制系统，实现信息的实时监控、信息的集成和应急辅助等功能，从而为学生的综合知识的学习提供更好的教学设备。

关键词：MCGS组态；PLC；触摸屏；水位传感器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0004-01

水塔水位的控制在现实生活中占有着很重要的位置，随着高位生活用水的逐渐增多，?λ?塔水位的控制要求也越来越高。例如：要求对水位采集监控，并具有实时显示功能；由计算机进行实时数据的采集和保存；打印历史水位数据；水位过高、过低的报警设置等功能。为了满足这功能，我们可以利用MCGS开发界面环境，PLC开发控制环境，传感器采集水塔水位，从而实现水塔水位的自动控制。学生通过水塔水位的模拟控制，能对专业知识的综合应用达到一个新的高度[1]。系统所要达到的控制要求

（1）水箱里面有4个液位传感器，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，与之相对应有四个输出口，可以与PLC的输入信号相连接。（2）水塔下方有一个电机来控制水位，并有一个输出口与PLC的输出连接，还有2个报警指示灯分别用来高液位报警和低液位报警。（3）当水位上升时，浮标式传感器会根据水位的升高而升高，当浮标浮起，信号会接通，信号会传输到PLC，从而控制水泵的启停。（4）如果水位过高或者过低时，模拟站的报警指示灯会点亮。（5）当水位到达高液位时，水泵在设定时间内会保持工作状态，让水位充分到达高液位，计时结束后水泵会停止，水位慢慢下降，当水位下降到低液位时，水泵会自动启动，无限循环，直至按下停止按钮。（6）控制程序利用三菱FX3U系列的PLC编写；利用MCGS组态软件编辑触摸屏控制界面，要求实时监控水位，并能远程控制水泵的动作。水塔模型图1所示。控制系统的制作分为两部分

2.1 PLC控制系统的设计

整个设计过程包括：熟悉控制要求；梳理输入、输出分配；完成外围电路；进行程序设计。在实际教学过程中，可以让学生自行分析并设计控制程序。水塔上设有4个液位传感器，安装位置由低到高依次分别为SQ1（X030）、SQ2（X031）、SQ3（X032）、SQ4（X033）[2]。凡是液面高于传感器安装的位置，则传感器接通（ON）。凡是液面低于传感器安装位置时则传感器断开（OFF）。其中SQ2和SQ3则作为水位控制信号，而SQ1和SQ4作为水位的上下限信号，起到保护作用。按下SB1（X034）后，水泵（Y022）开始运行，直到收到SQ3信号并保持2秒以上，确认水位到达高液位时停止运行；当水塔水位下降到低水位即SQ2接通时则重新开启水泵。一旦传感器SQ3失灵，则水位会继续上升至SQ4位置，此时SQ4发出信号，点亮高液位报警指示灯（Y021），水泵停止工作；而若传感器SQ2一旦失灵，则在收到SQ1信号时，点亮低液位报警指示灯（Y020），水泵停止工作。按下启动按钮SB1时，将报警指示灯复位，可重新开始工作。按下停止按钮SB2（X035），可立即停止整个控制程序。

2.2 MCGS组态界面的设计

MCGS水塔水位控制需要读取PLC实时数据，在将数据通过屏幕显示出来，并且将信号输入到PLC，如启动、停止信号等。在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。结合实际环境进行仿真界面的设计，变量的组态和连接，设备的组态等[3]。结语

经过对整个系统进行连接和运行调试发现，该系统能很好的完成一个短距离内的水位监控。但在实际应用过程中，其实是远程控制，这时我们采用现场总线的方式，来实现上下位机的联合运行即可。水塔水位的控制模型能更好的让学生对专业知识的综合应用有更清晰地认识，有着很好的实际应用价值。

参考文献

水塔水位论文 篇3

当今社会, 自动化装置无所不在, 自动控制技术至今已经渗透到到各种科学领域, 水塔水位的监测和控制实现了自动化操作, 完全摆脱了手工控制, 操作不便, 灵敏度低, 不能把握好抽水时间, 极容易造成浪费等人工操作缺陷, 水塔水位自动控制系统的设计理念就是基于人性化思考, 能够在无人监控的情况下自动进行工作, 具有适应各种液体水位的检测和控制功能, 让水塔内水位恒定, 避免“空塔”、“溢塔”现象发生, 随时保证水塔的对外的正常供水作用, 应用在建筑高层、机关单位、学校工厂等地方。

2 系统工作原理

2.1 控制原理

当水位低于水位线时, 压力传感器将缺水信号传至传感器, 控制器触发水泵开关启动水泵, 水泵开始工作, 水位上升;当水位升至设定的最高水位时, 最高水位线处的传感器将水位信号传至控制器。控制器将触发水泵开关停止水泵工作, 直到水用到最低水位时再次启动水泵抽水。

2.2 工作原理

系统插入电源, 通过按键控制电路P3.3、P3.4、P3.5用来设定报警的水位上下限值。当水位处于低水位时。压力感器的低水位探测线没被+5V的电源导通, 加在复位电路上第九脚RST的高电平输入单片机的P2.1口, ADC0832与单片机的接口为4条数据线, 分别是CS、CLK、DO、DI。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片, 当A/D芯片开始转换工作, 同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲, 通过ADC0832将模拟信号直接转换成数字信号。此时单片机通过与设定的液位高度进行比较, 在P2.0口输出低电平, 导通光电耦合器导致NPN三极管Q1导通, 蜂鸣器发出响声, 这样继电器执行单片机指令闭合, 从而让220V的交流电接通, 使水泵电机可自动起动运转工作给水箱补水;当水位在高水位区时, 传感器的探测线均被+5V电源导通, 高平电输入单片机, A/D芯片将转换成数字信号送入单片机, 单片机经过分析后在P2.3引脚出低电平, 在P2.0口输出低电平不能使光电耦合器导通, 继继电器停止吸合水泵电机停止工作;当水位处于正常范围值时, 水泵电机不工作, 蜂鸣器不发出响声, 液晶显示电路显示当前水位值。系统总原理图如图1所示:

3 硬件设计

3.1 电路设计框图

本系统采用AT89S52单片机为主控芯片LCD1602显示屏控制系统。电源电路模块给单片机供电, 按键显示模块显示水位的上、下限值以及单片机复位和水位的高度设置;当水塔液位发生变化时, 压力传感器感应水位高度将其转换成电信号, 输出相应的直流电压信号, 然后将信号输入到串行的A/D转换器, A/D转换器把模拟信号变成数字信号量, 由单片机进行实时数据采集, 并进行处理, 根据设定要求控制输出, 从而对水位的控制, 与此同时用动态扫描法实现LCD数字显示。报警蜂鸣器驱动, 对水位过低和过高进行报警;存储模块是对于单片机存储空间的补充;水泵电机电路由继电器控制, 当水位过低时, 电机控制模块开始工作;当水位达到设定水位时, 电机控制模块停止工作。电路设计框图如图2所示。

3.2 MCU主控芯片AT89S52

AT89S52是一款完全兼容8051内核指令的芯片。并且管脚完全兼容, 性能更好, 驱动力更强, 功耗更低, 价格也比传统的89系列低。AT89S52的引脚说明图如图2。AT89S52单片机的特点如下:增强性对于机器周期;多种工作电压;工作频率范围0-40MHZ;程序空间选择多样化;ISP和IAP无需专用编程器。

3.3 信号继电器

本设计中将信号继电器以开关的作用进行使用, 从而让继电器很好的执行单片机的指令。

3.4 系统功能电路的组合

系统功能电路的组合主要包括最小系统电路、蜂鸣器报警电路、继电器控制水泵加水电路、液晶电路、按键控制电路以及A/D转换电路组成。

3.4.1 最小系统电路

单片机工作的最小系统原理图包括复位和晶振电路。复位电路是单片机的CPU, 在系统上电时提供复位信号, 直至电源稳定后撤销复位信号。晶振电路对于单片机系统而言是一个跳动的动力来源, 18, 19号引脚接的是11.0592M的晶振。

3.4.2 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器报警功能电路使用的是三极管PN2222驱动, 三极管PN2222是NPN三极管, 射极接地, 基极通过一个电阻连接到P2.0口, 集电极接蜂鸣器, 当P2.0为高电平时, 三极管截止, 蜂鸣器没有不响, 当P2.0为低电平时, 三极管导通, 蜂鸣器发出响声。

3.4.3 继电器控制水泵加水电路

该电路基本原理是当水位在低水位时单片机给P2.1送一个高电平导通光电耦合器导致三极管Q1导通从而让220V的交流电接通使水泵加水。继电器控制输出电路、直流电源组成, 并有效防止水池水位过高溢出或溢出空转损坏。

3.4.4 液晶显示电路

液晶1602从左到右依次有16根引脚, 每个引脚定义不同。有三根控制引线和八根信号线。LCD1602液晶屏上实时显示测量值, 分辨率≤1ccm。

3.4.5 按键控制电路

原理是直接接地, 当按键没有按下时, 按键没有导通, 所以没有给单片机一个低电平, 但对于连到引脚上的那一端来讲是高电平。能检测到信号的变化, 交给程序处理后做出相关的动作。

3.4.6 A/D转换电路

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片, 当进行A/D转换时, 由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲, 通过ADC0832将模拟信号直接转换成数字信号。

4 软件设计

4.1 程序设计

程序设计就是用计算机所能接受的语言把所需解决问题的步骤逐一描述出来, 本系统程序源代码使用C语言编写, 系统程序由LCD1602液晶驱动子程序, A/D转换程序、按键扫描子程序等功能程序组成, 详细源代码见附录一。系统原理图利用protel99软件来进行原理图的绘制, 然后将其转化成相应的PCB图。

4.2 程序流程图

当系统插入电源时, 系统进行初始化, 液晶显示。然后进入主程序, 通过按键设置最高和最低水位。然后压力传感器测量水位高度, 通过A/D转换器传给单片机进行处理。单片机通过与设定的水位高度进行比较, 当检测水位比设定的液位下限值小时, 蜂鸣器报警10s, 水泵电机开始抽水, 液晶显示当前水位值;当检测水位比设定的液位上限值大时, 蜂鸣器报警10s, 水泵点击停止抽水, 液晶显示当前水位值;当检测水位处于所设定的液位范围是, 水泵电机不工作, 蜂鸣器也不动作, 液晶显示当前水位值, 系统由单片机控制由此往复的工作。程序流程图见图5。

5 结论

本设计是采用一个单片机系统来进行根据水位大小自动抽水放水的液位控制器设计与制作, 它具有全集成化, 智能化, 高精度, 高性能, 高可靠性和低价格等优点, 该系统是基于AT89S52单片机为核心、LCD1602显示当前水位功能以及蜂鸣器鸣笛报警, 实现过低警戒水位报警、过低警戒水位自动处理、正常水位处理、手动按键调整水位和控制水泵电机抽水等功能, 实现水塔水位的自动控制。

摘要：水塔是生活和工业生产中常见的蓄水装置, 该系统使用压力式传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机AT89S52进行处理, 并且采用C语言编写控制程序, 从而实现水泵电机的调速。最后, 使用带字库的LCD1602液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要, 实现水塔水位的自动控制。

关键词：单片机控制,水位检测,LCD1602显示,水泵电机控制

参考文献

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[4]雷思孝, 冯育长.单片机系统设计及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[5]贾丽, 袁小平.常用液位检测方法的研究[J].能源技术与管理, 2009.

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[7]何详宇.一种多功能液位检测装置的设计与实现[J].产品设计, 2010 (3) .

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水塔水位论文 篇4

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河北科技师范学院

课 程 设 计 说 明 书

题

目：

水塔水位监测装置 机电系 09 电气专 0426090126 张海龙 马继伟

学院（： 学院（系）年级专业： 年级专业： 学 号：

学生姓名： 学生姓名： 指导教师： 指导教师：

一、引言

随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电器中得到广泛应用。在实时检测和自动控制的单片机应 用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用。水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行 工作，在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；在水 塔水位达到水位上限的时候自动关闭电机，停止供水。并能在供水系统出 现异常的时候能够发出警报，以及时排除故障，随时保证水塔的对外的正 常供水作用。水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过 对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作 用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的 生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安 全性难以保障，由此必须进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够 的水量、平稳的水压、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的 控制器。该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控 制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。

二、摘要

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的 情况自动调节。本次课题采用单片机进行主控制，利用水的导电性测量水 位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，用单片机对接收到 的信号进行数据处理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。

三、关键词：水位 单片机 A/D 转换 2

四、硬件设计 4.1 总体设计方案

分析课题可知应分两个电路来实现系统的功能，一是水位控制电路，二是水质检测电路，并且对于整个系统我们采用顺序控制。首先进行水位控制，水位电路根据输入不同的模拟量，转换为不同的 数字量，经过和设定的值进行比较，通过 P1.2 口对电机进行控制。水位 控制电路完成其预定功能后，便自动转到延时子程序，系统经过一定的预 定延时（本设计设定值为 10S）之后，转去执行水质检测电路。检测电路 根据不同的模拟量的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比 较后，由单片机产生不同的驱动信号，从而使对应的二极管发光，以显示 不同的水质状态。水质检测结束，系统自动返回到主程序的入口处，继续 进行水位的检测和控制。如此往复循环达到对水塔水位的自动控制和对水 塔水质的检测和显示，从而满足水位和水质的要求。硬件设计方框图如图 1 所示。开始

水位控制

延时

水质检测 图1 3 4.2 系统组成

水位检测电路可以通过两个 51 单片机的管脚来感知水位的变化，产 生不同的逻辑组合来控制是否进水或是停止进水。输出端可由一个端口来 控制电机的运行状态，进而控制水泵的工作。水质检测的电路主要由 A/D 转换器组成。通过 A/D 转换为数字量作 用于单片机，从而控制水质状况的显示。本次设计采用 ADC0808 芯片。用 LED 灯来显示水位的高低。ADC0808 有 8 路模拟量的输入端口，本次设 计只要用其中一个，8 路模拟开关无需进行切换选通。设计通过 A/D 转换 为数字量作用于单片机，进而控制电机的运转。本次设计采用可调电阻器 来控制模拟电信号的输入。通过对电阻器的调节来模拟输入量的变化。通 过对比数字量来进行进行判断水位的高低，不同颜色的信号指示灯显示不 同的水质。进而通过输出口对电机进行开关控制。4.3 ADC0808 的简要介绍

ADC0808 有 8 路模拟量的输入端口，本次设计只要用其中一个，8 路 模拟开关无需进行切换选通。ADC0808 的 8 路模拟输入 8 路数字输出的逐 次逼近法 A/D 器件。其主要技术指标和特性为： 1.分辨率为 8 位。2.转换时间取决于芯片时钟频率。本次单元电路仿真采用 640KHZ 的 时钟方波信号。3.单一电源+5V。模拟输入电压范围单极性 0-5V,双极性 ± 5V 或 ± 10V。本次课程设计由于只有一个模拟输入量，且电压变化都为正值，故采用单 极性电源接法。4.启动转换控制方式为脉冲式（正脉冲），上升沿使内部所有寄存器 清“0”，下降沿使 A/D 转换开始。主要管脚说明： 4 CLK:为时钟信号输入端，决定 A/D 转换的速度，转换一次为 64 各时 钟周期。ALE:地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C 三 位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。START:为启动转换信号，正脉冲有效。此信号通常与系统信号相连，控制 AD 转换器的启动。EOC:转换结束信号，高电平有效，表示一次 AD 转换已完成。可作为 中断触发信号，也可用程序查询的方法检测转换是否结束。OE:输出允许信号，高电平有效，可与系统读选通信号 RD 相连。当计 算机发出此信号时，ADC0808 的三态门被打开，此时可通过数据线读到正 确的转换结果。DC0808 的逻辑结构及引脚功能如图 2 所示 START CLK EOC IN7～IN0 8 路 模拟 开关

控制与时序

比较器 SAR 三 存 态 输 缓 出 冲 器 锁 D7～D0 ADDA ADDB ADDC ALE 地址 锁存 与 译码

树状开关

电阻网络 Vcc GND REF（+）REF（-）OE 5 图2 4.4 水位检测电路

模拟量由模拟通道 IN1 输入，通过对可调电阻的调节，模拟输入不同 的电压量。数字量的输出端与单片机的 P0 口相连接。单片机可通过对 P0 口数据的采集和处理，发出相应的控制信号。P3.0 口和 P3.6 口通过逻辑 或非门后，输出端接 START 与 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通过逻辑或 非门后，输出端接 OE 端。通过对 PO 的信号和设定的数值比较，得出水 位的高低而通过 P1.2 口对电机进行控制。同时 P0 口的信号转入 P2 口，通过 LED 灯的显示来显示水位的高低，灯光的不同来表示水塔的水位状 态。电路连接图如图 3 所示。

图3 4.5 水质检测电路

水质检测电路主要由 ADC0808 实现,通过 A/D 转换对比来判断水质 的 6 好坏。模拟量由模拟通道 IN0 输入，通过对可调电阻的调节，模拟输入不同 的电压量。数字量的输出端与单片机的 P0 口相连接。单片机可通过对 P0 口数据的采集和处理，发出相应的控制信号。P3.0 口和 P3.6 口通过逻辑 或非门后，输出端接 START 与 ALE 端口。P3.0 口和 P3.7 口也通过逻辑或 非门后，输出端接 OE 端。由于只需采用一个模拟输入通道（IN0），故可 将模拟通道地址选择端都就地，这样，转换出的数字量便全部为 IN0 口的 模拟量的对应值。输出端为 P1.5、P1.6、P1.7，分别接一发光二极管，用 以显示不同的水质的状态。电路连接图如图 4 所示。

图4 7

五、软件设计

一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的 今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须 采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单。以下为设计的具体程序 5.1 水位控制程序

通过对水位控制电路图的分析，做出以下水位控制程序流程图如图 5 所示。8 图 5 水位控制程序流程图 由以上流程图，可以得出水位控制程序清单如下： ORG 0000H AJMP ORG MAIN 0030H SJMP LOOP ORG 0050H MAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 9 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H JNC D1 MOV A,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP A,P0;检测转换是否完成;等待转换完成

5.2 水质检测程序

通过对水质检测电路图的分析，做出以下水质检测程序流程图如图 6 所示。10 图 6 水质检测流程图 由以上流程图，可以得出水质检查系统程序清单如下： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030 MAIN: CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 11;调用延时子程序

SETB P3.6 WAIT: JB P2.7,DONE SJMP WAIT DONE: CLR P3.0 CLR P3.7 MOV A,P0 CLR C SUBB A,#0AAH JNC DONE1 MOV A,P0 SUBB A,#55H JNC DONE2 SETB P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 SJMP MAIN DONE1: SETB P1.7 CLR P1.6 CLR P1.5 SJMP MAIN DONE2: SETB P1.6 CLR P1.5 CLR P1.7 SJMP MAIN DELAY: MOV R5,#5 DL1: DL2: MOV R6,#10 MOV R7,#10 12;转换结束则转;未结束则等待;读取数据

;与设定值比较大小;大则转

;与设定值比较大小;大则转;控制红灯亮;控制绿灯亮;控制黄灯亮;延时子程序

DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R5,DL1 RET END 5.3 使用说明与注意事项

该电路设计比较简单，功能稳定，适合于实际的水塔水位控制中使用。作为一个很实用的自动控制装置，为了工作人员的操作的方便，下面对其 使用方法与注意事项作如下简单描述： 使用水质和水位检测和调节功能是一个完全自动的过程，不过仿真电 路是需要人为改变输入量的变化，在水位的输入量就是通过浮标来改变输 入量电压的大小，通过 A/D 转换，利用浮力原理使浮标带动触头工作,进 而影响直流接触器动作,控制交流接触器工作,实现水塔无水时自动开启水 泵电动机,水满时自动关闭的自动控制目的，整个由单片机来实现对电机 的调节。本次设计中的电机调节电路简单的接了个 5V 的直流电机来实现 控制。水质检测系统的输入量是由一个能够接受发光二极管的感光器来完 成的。感光器对不同的水质会感应处不同的电压信号，这些不同的模拟电 信号经过 A/D 转换。由单片机驱动相应的水质指示灯，从而达到检测水质 的目的。绿灯表示水质为“良”，黄灯表示水质为“中”，当指示器为红色 时，水质等级为“差”，为保证人们的饮水安全，工作人员应立即停止供 水再进行检查确定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水质检测不是同时进行的，因为在软件上有一定 的时间差，不过在水塔水位和水质检测这种对时间的精确度要求不高的场 合，时间差可以忽略不计，一般它不会影响到系统的安全性能和时间特性。13

六、心得体会

随着科学技术的迅猛发展，单片机被广泛应用于人们生活的各个领 域，社会需要大量掌握单片机技术的人才，单片机的使用方法应该是我们 熟练掌握的内容，水塔水位的单片机控制系统水塔水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。通过这次的课程设计，理论加上实践，我掌握了 80C—51 单片机的基 本工作原理和基本编程方法，熟悉了 A/D 转换器 ADC0808 的功能和使用 方法，还可以根据需要对单片机进行扩展。在此过程中我还熟悉了单片机 的软硬件开发环境，提高了综合演练单片机的编程能力，并且亲身体验了 单片机的开发成果。此次课程设计之后，我对单片机知识点了解了更多，脑海中能把一个 个分离的知识模块联系成整体，让后对其进行分析与比较。在单片机课程 中的部分知识学会了融会贯通，也让我深刻认识到 “学以致用” 的重要性。

七、参考文献 1.《单片机原理与应用》 王迎旭 主编 机械工业出版社 张洪润 易涛 编 2.《 单 片 机 应 用 技 术 教 程（第 三 版）》 清华大学出版社 3.《单片机初级教程》 张迎新 杜小平樊桂花 雷道振 编

北京航空航天大学出版社 4.《51 系列单片机应用与实践教程》 周向红 主编 北京航空航天大学出版社 5.《数字电子技术基础（第四版）阎石 主编 》 高等教育出版社 14

八、附录

8.1 源程序清单 ORG D5 D6 0000H EQU 33H;显示缓存区 33H-34H EQU 34H WEI1 EQU P1.3 WEI2 EQU P1.4;位选端口 P2.4P2.7 AJMP ORG MAIN 0030H SJMP LOOP ORG 0050H MAIN: SETB P1.0 CLR P3.0 CLR P3.6 ACALL DELAY SETB P3.0 SETB P3.6 WAIT: JB P1.1,DONE1 SJMP WAIT DONE1 : CLR P3.0 CLR P3.7 MOV CLR C SUBB A,#0F4H;与最高位比较 15;检测转换是否完成;等待转换完成 A,P0 JNC D1 MOVA,P0 SETB C SUBB A,#0003H JC D2 SJMP LOOP D1: CLR P1.2 SJMP BACK D2: SETB P1.2 SJMP BACK BACK: ACALL D10S SJMP LOOP D10S: MOV R3,#19H LOOP3: LOOP1: LOOP2: MOV R1,#85H MOV R2,#0FH DJNZ R2,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RETI LOOP: MOV A,P0 MOV P2,A ACALL TRAN ACALL DISP CLR CLR CLR P1.0 P3.0 P3.6 16 ；与最低位比较

；电机停转

；电机转动

；

水位显示;水质检测

ACALL SETB SETB WAIT1: JB SJMP DONE: CLR CLR MOV CLR SUBB JNC MOV SUBB JNC SETB CLR CLR SJMP A1: SETB CLR CLR SJMP A2: SETB CLR CLR SJMP DELAY: DELAY P3.0 P3.6 P1.1,DONE WAIT1 P3.0 P3.7 A,P0 C A,#0AAH A1 A,P0 A,#55H A2 P1.5 P1.6 P1.7 MAIN P1.7 P1.6 P1.5 MAIN P1.6 P1.5 P1.7 MAIN;延时子程序 17;检测转换是否完成;等待转换完成;读取 P0 口数字量

;与设定值#0AAH 比较;若 A 值大，则绿灯亮

;与设定值 055H 比较;若 A 值大，则黄灯亮;其余情况，则红灯亮;绿灯亮子程序;黄灯亮子程序

水塔水位论文 篇5

在社会经济飞速发展的今天,在人们正常生活和生产中给排水起着越来越重要的作用。一旦给排水出现故障,轻则给人民生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给排水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。因此,建立一个可靠安全、又易于维护的给排水系统显得尤其重要。

给排水控制系统的作用主要是为了保证供水/排水系统的正常运行,其基本控制内容是对各给水泵、排水泵、污水泵及饮用水泵的运行状态进行监控,对各水箱及污水的水位、给水系统压力进行监测,并根据这些监测信息,控制相应的水泵启/停或按某种节能方式运行。本文主要针对水塔水位高度的显示、报警、电机控制进行了设计,该控制系统是排水监控系统的重要组成之一。

1 总设计方案

水位自动控制电路是通过水位传感器将水位高度转换为0~10 V的直流电压,再经过A/D转换后,将转换所得的8路并行数字量送入单片机进行处理来达到对水位进行自动控制的目的。通过对电压和水位的转换关系,最终利用单片机进行精确的控制,实现对水位高度的显示、主/备电机和报警装置的控制。

水位自动控制器由6个部分组成,即水位传感器、A/D转换、单片机、数码显示、电机控制、报警控制部分,其总框图如图1所示。

2 系统介绍

2.1 传感器设计

传统的水位检测通过设检测点来完成对水位的检测。通常,由于受检测点物理体积的影响,水位检测点的数目有限,从而影响了后续电路控制的精度。本设计采用新型水位传感器,即选用北京英泰德科技有限责任公司生产的投入式液位变送器MPM416W/426W,可以达到对水位高度的精确检测,以利于提高后续电路控制的精度。其原理是通过压阻式压力传感器,把与液位深度成正比的液体静压力准确测量出来,并经放大电路转化成标准电流(或电压)信号输出,建立起输出电信号与液体深度的线性对应关系,实现对液体深度的测量。同时其具有以下特点:

(1)使用寿命长

液位变送器膜片采用高技术激光调制电路,传感器外壳采用不锈钢制作。

(2)安装方便

仅需将投入式液位变送器探头投入液体中,引出信号线同二次仪表连接就可进行液位测量。

(3)温度稳定性好

投入式液位变送器本身在0~70℃内实现了温度补偿,在信号转换电路中加入了温度补偿电路,消除电路温漂对精度的影响,从而提高精度。

2.2 A/D转换设计

通过对传感器的选择,可知由传感器输出的水位高度信号是0~10 V的直流电压。在设计中,可以通过采样、保持电路对这一信号进行处理,将模拟信号转换为多个采样点信号。但这种处理方法由于受电路规模和采样精度的影响,不可能对水位信号作出精确的处理,近而也无法对电机、水位高度显示和报警作出精确的控制。因此,本设计中采用集成芯片ADC0809对0~10 V的直流电压进行处理。可以达到:(1)电路简洁、明了。(2)高转换精度。(3)高控制精确。0~10 V的直流电压信号经ADC0809模数转换后,将转换结果数据送入单片机80C51,由单片机对结果数据进行解算处理。

80C51和ADC接口通常采用查询和中断两种方式。如图2,采用查询法传送数据时80C51应对EOC线查询它的状态:若查询到EOC变为高电平,则给OE线送一个高电平,以便从D0~D7线上提取A/D转换后的数字量。采用中断方式传送数据时,EOC线作为CPU的中断请求线。CPU响应中断后,应在中断服务程序中使OE线变为高电平,以提取A/D转换后的数字量[1]。

2.3 单片机复位设计

通常,单片机的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。考虑到,水塔与居民生活密切相关,当因特殊原因导致单片机掉电,需单片机立即自动复位(如:夜间短时间停电,导致本系统停止工作),故本设计采用上电复位方式。

2.4 单片机起振电路设计

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器,也可采用外部时钟源驱动器件。考虑到设计、使用的方便,本设计采用片内时钟驱动,即XTAL1和XTAL2只需外接晶振(配上相应的电容),便可以给单片机提供相应的时钟频率。

石英晶振起振后,在XTAL2线上输出一个3 V左右的正弦波,以使80C51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常,OSC的输出时钟频率FOSC为0.5~16 MHz,电容C1和C2可以帮助起振,调节它们可以达到微调FOSC的目的。本设计中,晶振采用12 MHz,C1和C2取30 pf。其连接电路如图3。

2.5 驱动显示设计

通常,水塔水位高度由数码管进行显示。本设计中由于需显示的位数较少(两位),因此,利用驱动芯片7448直接驱动共阴极的半导体数码管,同时,驱动芯片与单片机8个端口连接,并附加上拉电阻,即可完成数码管的驱动。如图4,当7448输出管截止、输出为高电平时,流过发光二极管的电流是由Vcc经2 k上拉电阻提供的,这时点亮数码管;反之,则数码管灭。

2.6 电机选择及驱动设计

本设计中,采用交流三相异步电动机,其结构简单,维护方便,价格便宜,已被广泛应用。由单片机输出口对驱动芯片SN75467进行控制,再由驱动芯片SN75467控制交流接触器,最终由交流接触器控制执行电动机的运转。图5中,当80C51输出低电平时,SN75467相应的输出晶体管导通,接触器线圈中有电流流过,接触器吸合;当80C51输出高电平时,驱动器相应输出晶体管截止,接触器线圈中无电流流过,接触器断开。图5中二极管用于箝位线圈两端可能出现的反电动势。

2.7 报警电路

当80C51的输出管脚有高电平输出时,SPEAKER发出报警声。

3 软件设计

3.1 主程序设计

本设计中首先对单片机写入外围端口地址(INT0和F8H),并开中断1,且定义中断为边缘触发方式。再将INT0的端口地址写入F8H(ADC0809的端口地址),即可启动ADC0809。然后,单片机进入等待中断状态。

3.2 中断子程序设计

在中断到来后,程序转到中断子程序。在中断子程序中,实现单片机对ADC0809转换所得的8路并行数据的接收。并通过GAODU子程序实现对接收所得的并行数据的量化,其量化数为100。通过量化,将输入数据变为0~99种状态,为下一步处理作好准备[2]。

4 结论

综上分析,本设计水位自动控制电路是通过水位传感器将水位高度转换为0~10 V的直流电压,再经过A/D转换后,将转换所得的8路并行数字量送入单片机进行处理,从而达到对水位进行自动控制的目的,实现了对水位高度数码显示、电动机(主、备)和报警装置的单片机自动化控制。

参考文献

[1]胡汗才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2004.