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（FPEROMFlash 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-GRNLED数码管AT89C1单片机BUTTON按钮CAP电容CAP-ELEC陶瓷电容CRYSTAL12兆晶振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#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit MOR=P27;sbit MOT=P26;sbit LED=P20;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=tab8;LED=0;MOR=0;MOT=1; if(P1=0xfd) P0=tab7; LED=0;MOR=0;MOT=1; if(P1=0xfb) P0=tab6; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xf7) P0=tab5; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xfd) P0=tab4; LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xef) LED=1;MOR=1;MOT=1; if(P1=0xdf) P0=tab2; LED=0;MOR=1;MOT=0; if(P1=0xbf) P0=tab1; LED=0;MOR=1;MOT=0; if(P1=0x7f) P0=tab0;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。