基于单片机的水位控制系统设计

基于单片机的超声波水位控制器的设计一、引言在许多工业和民用领域，如水库、水塔、污水处理厂等，准确监测和控制水位是至关重要的。

传统的水位控制方法往往存在精度低、可靠性差、响应速度慢等问题。

随着电子技术和单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波水位控制器应运而生，它具有精度高、响应快、易于实现自动化控制等优点，为水位控制提供了一种更加高效、可靠的解决方案。

二、超声波水位测量原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，它在空气中传播时遇到障碍物会发生反射。

超声波水位控制器就是利用这一原理来测量水位的。

控制器通过发射超声波脉冲，并测量从发射到接收反射波的时间间隔，根据声音在空气中的传播速度，就可以计算出传感器到水面的距离。

由于传感器的安装位置是固定的，因此可以通过计算得出水位的高度。

三、系统硬件设计（一）单片机选型在本设计中，选用了_____型号的单片机作为核心控制器。

该单片机具有性能稳定、运算速度快、资源丰富等优点，能够满足系统的控制和数据处理需求。

（二）超声波传感器选择了一款高精度的超声波传感器，其测量范围能够满足实际应用的需求，并且具有良好的稳定性和可靠性。

（三）显示模块为了实时显示水位信息，选用了_____显示模块。

它可以清晰地显示水位高度、报警状态等信息，方便操作人员查看。

（四）按键模块设置了按键模块，用于设定水位的上下限阈值，以及进行系统的参数设置和操作控制。

（五）报警模块当水位超过设定的上下限阈值时，报警模块会发出声光报警信号，提醒操作人员及时采取措施。

（六）电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，确保系统的正常运行。

四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部资源的初始化、传感器的初始化、显示模块的初始化等。

然后进入主循环，不断地采集水位数据、进行数据处理和判断，并根据判断结果控制显示模块和报警模块。

（二）数据采集与处理程序通过单片机的定时器和中断功能，精确地测量超声波从发射到接收的时间间隔，并将其转换为水位高度。

基于单片机的水温水位控制系统设计设计基于单片机的水温水位控制系统需要考虑多个方面，包括硬件设计、传感器选择、控制算法等。

下面是一个简单的框架，供参考：1. 系统架构设计：•确定系统的功能模块，包括水温控制、水位控制、传感器接口、用户界面等。

2. 硬件设计：•选择合适的单片机，考虑到控制的实时性，通常选择性能较高的单片机，如Arduino、STM32等。

•设计电源电路，确保系统能够稳定工作。

•选择和设计合适的传感器接口电路，如温度传感器、水位传感器等。

3. 传感器选择和接口设计：•温度传感器：选择合适的温度传感器，如DS18B20，并设计接口电路进行连接。

•水位传感器：选择水位传感器，如浮球开关传感器，超声波水位传感器等，并设计接口电路。

4. 用户界面设计：•设计一个简单的用户界面，可以使用液晶显示屏（LCD）、LED 指示灯等，以显示当前水温、水位状态等信息。

•如果有需要，可以加入按键、旋钮等元件，以便用户进行设置和操作。

5. 控制算法设计：•制定水温和水位的控制算法，考虑到系统的实时性和稳定性。

•温度控制：可以使用PID（比例-积分-微分）控制算法，根据温度传感器的反馈调节加热器或冷却器的工作状态。

•水位控制：可以根据水位传感器的反馈，控制水泵的启停，以维持水位在设定范围内。

6. 通信模块设计（可选）：•如果需要，可以考虑加入通信模块，如Wi-Fi模块、蓝牙模块，使系统可以通过手机或电脑进行远程监控和控制。

7. 安全保护设计：•考虑加入安全保护机制，如过温保护、过水位保护等，以确保系统运行的安全性。

8. 软件编程：•编写单片机的控制程序，根据设计的算法进行编程。

•确保程序的鲁棒性，考虑异常情况的处理。

9. 调试和测试：•在实际硬件上进行调试和测试，确保系统稳定可靠。

10. 性能优化：•对系统进行性能优化，如功耗优化、响应速度优化等。

以上是一个基本的设计框架，具体的实现需要根据具体需求和条件进行调整。

..1 概述液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。

在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。

液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。

液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。

2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。

3) 具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。

单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的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、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。

一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。

目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。

在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。

上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。

基于单片机的水位控制系统————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1 绪论单片机应用发展迅速而广泛.在过程控制中，单片机既可作为主计算机，又可作为分布式计算机控制系统中的前端机,完成模拟量的采集和开关量的输入、处理和控制计算,然后输出控制信号。

单片机广泛用于仪器仪表中，与不同类型的传感器相结合,实现诸如电压、功率、频率、湿度、流量、速度、厚度、压力、温度等物理量的测量；在家用电器设备中，单片机已广泛用于电视机、录音机、电冰箱、电饭锅、微波炉、洗衣、高级电子玩具、家用防盗报警等各种家电设备中。

在计算机网络和通信、医用设备、工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的应用。

随着科技的发展，液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。

本设计思想是用单片机做下位机,PC机做上位机，单片机和PC机相结合对水箱液位进行测量和监控。

该设计要求具有一定的智能化，可操作性和稳定性好。

1．1 课题背景与研究意义在工农业生产中,常常需要测量液体液位。

随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。

低温液体(液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用,作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中,保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置.1．2 国内外研究现状及发展液位测量的方法比较多,依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。

●接触式测量法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触,从而获得测量参数的方法。

本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成.当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同.在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量.电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快,适合于恶劣的工作环境,生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性,另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。

基于单片机的水位检测控制系统设计学院：专业：姓名：指导老师：信息学院自动化刘翔学号：职称：0901********盛珣华曹宇教授助理工程师中国·珠海二○一三年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《基于单片机的水位检测控制系统设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：日期：年月日基于单片机的水位检测控制系统设计摘要随着社会和科技的进步，以及人们的生活标准水平逐步的提高与发展，方便的全自动控制系统生活的开始逐步进入到我们的生活，单芯片微型计算机发展是其中的一个重要分支，具有高可靠性，高性能价格比，低电压，低功耗等优点，以单片机为核心的自动化控制系统已经赢得了广泛的应用范围。

本设计是基于单片机的水位检测控制系统设计。

设计系统的目的在于应用单片机的自动运行技术，使得水塔中的水位始终保持在一定范围内，以保证连续正常的供水。

本设计是以AT89C51单片机为核心部件的水塔水位检测控制仿真系统设计的，用以检测水位并进行控制、处理以及报警功能，并在Proteus仿真软件环境中仿真测试。

结果表明，设计的系统具有良好的检测和控制功能，方便移植性和可扩展性。

关键词：水位控制单片机报警Based SCM the water level detection control system designAbstracWith the social and technological progress, as well as the level of people's standard of living gradually improve with the exhibition, and the convenience of automatic control system for the beginning of life gradually into our lives, single-chip microcomputer development is an important branch,the advantages of high reliability, high performance and low cost, low-voltage, low-power microcontroller as the core of the automation control system has won a wide range of applications.The title of the graduate design microcontroller-based water level detection and control system design, three metal rods into the water used to detect the signal, the conductivity of the water, can see that the water level changes. Under normal circumstances, the water level should be kept within a certain range changes, the water level does not exceed the stipulated upper and lower limits, in the event of a system failure, should be promptly cut off electrical power, and there should be sound and audible alarm signals of the light-emitting diode. Design System aimed the application microcontroller run automatically, so that the water level in the water tower always maintained within a certain range in order to ensure the continuous normal water. The design is based on AT89C51 microcontroller as the core components of the water tower water level detection and control simulation system designed to detect water level control, processing, and alarm functions, and Proteus simulation software environment simulation testing. Experimental results show that the design of the system has a good detection and control functions, portability and scalability.Keywords:Level controlmicrocontroller alarm目录1前言 (1)1.1.本设计在国内发展概况 (1)1.2国外发展概况 (1)1.3设计目的 (2)1.4设计意义 (2)2总设计 (2)2.1设计的技术要求 (2)2.2应解决的主要问题 (3)2.3设计原理 (3)2.4方案选择 (3)2.5给定参数 (5)2.6整体方案设计 (5)2.7优点和特色 (6)2.8创新点 (7)2.9系统运行过程可能存在的问题 (7)2.9.1现场数据经过DTU发送后在远程监控室接收不到 (7)3硬件介绍 (7)3.1光电耦合器4N25 (7)3.1.1工作原理 (7)3.1.2主要性能 (8)3.1.3引脚图和引脚名称 (8)3.1.4极限参数 (8)3.2单片机芯片STC90C516RD+ (9)3.2.1芯片简介绍 (9)3.2.2芯片STC90C516RD+引脚 (9)3.2.3主要性能 (10)3.3电磁继电器 (11)3.4蜂鸣器 (11)3.5远程通信模块DTU (12)3.6液位高度传感器 (12)4组态软件 (13)4.1组态概况 (13)4.2组态设计 (13)5软件设计 (17)5.1Keil软件 (17)5.2程序方框图 (17)5.3程序设计 (18)5.4I/O口的分配 (18)5.5子程序 (18)5.5.1延时子程序 (18)5.5.2报警子程序 (19)5.5.3初始化子程序 (20)5.4主程序 (20)6结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (24)附录 (25)程序代码 (25)1前言1.1.本设计在国内发展概况国产水位监测仪主要有浮筒式水位仪、压力传感器式水位仪、超声波式水位仪等，在功能齐全、性能稳定等方面，虽然与国际上先进的同类型产品存在一定差距，但是却可以基本满足水位监测及控制的需要。

基于单片机的水位控制系统设计摘要随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。

经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。

设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。

该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。

介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿真。

关键字:电子；水位控制；单片机；ProteusAbstractWith the rapid development of microelectronics industry, intelligent MCU is widely used in electronic products, in order to enable students to have a deeper understanding of the intelligent controller controlled by single chip microcomputer. After a comprehensive analysis of selected by the intelligent liquid level controller MCU control as the research project, through training to fully stimulate students to analyze problems, to solve problems and the comprehensive application of knowledge potential. Based on the design of a single-chip microcomputer control system of water tower water level detection. This system can realize the water level detection, motor fault detection, processing and alarm functions, and realize the high, low water level warning alarm, high warning level processing. The interface circuit schematic diagram, the corresponding software design flow chart and assembler, and simulation with Proteus software.Keywords:electronic; water level control; MCU; Proteus1引言水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。

目录1.引言............................................. - 4 -2.高塔设计方案..................................... - 4 -3.系统组成与工作原理............................... - 6 -3.1系统组成 (6)3.2系统工作原理 (6)4.单元电路设计..................................... - 6 -4.1单片机控制处理电路 .. (7)4.2传感器的选用 (7)4.3稳压电路的设计 (8)4.4光报警显示系统 (8)4.5继电器控制水泵加水电路 (9)4.5.1 继电器控制电路的原理图............................ - 9 -4.5.2 光电耦合器简介................................... - 10 -5.程序流程........................................ - 11 -6.系统仿真........................................ - 11 -6.1程序编译与加载 .. (11)6.2系统仿真 (12)6.3仿真结果分析 (15)7.结束语.......................................... - 15 -基于单片机水位控制系统摘要本文主要通过水位控制系统设计解决了人工加水的难题，该设计中主要涉及电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型。

通过仿真实现了此次设计。

关键字：单片机，水位控制系统，PROTEUS仿真，80C52ABSTRACTIn this paper, the water level control system through the design of the artificial increase of water problems, mainly related to the design of power supply circuit, the water level detection sensor circuit, voltage regulator circuits,single-chip system, light alarm display circuit, adding water pump relay control circuit, as well as tower model. Achieved through the design simulation.Keywords:Single-chip, The water level control system, PROTEUS simulation ,80C521.引言随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的高楼供水的水位控制系统就是其中之一。

摘要：本设计是利用STC89C52单片机设计一种水位控制系统.主要是基于单片机的硬件设计以及程序设计.该系统实现了水位监测，水位控制，水位显示，故障报警功能.在设计中主要采用了传感技术、单片机技术、弱电控制强电技术、C语言编程等技术.本文还讲述了水位控制系统工作的基本原理，介绍了电路接口原理图，给出了相应了设计流程图和C语言程序.本文主要是为了更多得了解单片机，掌握单片机的组成部分和控制原理，最终达到设计出“单片机水位控制系统的”的目的.实验证明，单片机控制的水位控制系统的硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，充分发挥了单片机的性能，可以大大的提高单片机的开发效率.关键词：单片机，水位，控制，ABSTRACTThis design is STC89C52 SCM design using a water level control system. Mainly based on single chip microcomputer hardware design and programming. This system realizes the water level, water level control, monitoring the alarming function, according to water. In design mainly adopts sensing technology and single-chip microcomputer technology, low &high technology, control technology such as the C programminglanguage. This paper also tells the water level control system, this paper introduces the basic principle of schematic interface circuit and presents the corresponding the design flow chart and C language program.This paper is mainly to more understanding of single chip microcontroller, grasps achieve finally designed "one-chip computer water level control system" purposes. Experiments show that single chip microcomputer control water level control system hardware circuit is simple, software function consummation, the control system is reliable, give full play to the performance of the single-chip microcontroller, can greatly improve the efficiency of the development.Keywords:SCM Level Control1.绪论 (3)2. STC89C52单片机介绍 (5)2.1 STC89C52介绍 (5)3 硬件的设计 (11)3.1水位传感方式的选择 (11)3.1.1简单的控制方式 (11)3.1.2红外线发射接收装置 (11)3.2.1系统工作原理 (13)3.2.2稳压电路 (15)3.2.4电机控制电路 (17)3.2.5电机工作指示灯电路 (18)3.2.6振荡电路和复位电路 (19)3.2.6水位控制系统的整体电路仿真图 (20)3.2.7实物图 (21)4. 软件程序设计以及仿真 (22)4.1 程序流程图 (22)4.1.1加水时程序流程图： (22)4.1.2水位降低时程序流程图： (23)4.2水位对应的传感器信号 (24)4.3水位对应的亮灯情况 (25)4.4 C语言程序设计 (26)5.结论 (36)参考文献 (37)答谢 (38)1.绪论当今社会，科技以迅雷不及掩耳之势的速度发展着，人民生活水平也在不断的提高.自动水位控制将给人们生活带来巨大的方便.由于单片机有极高的可靠性，微型性和智能性，单片机已经广泛应用于我们生活和学习中，我们可以在许多领域见到单片机的身影，，小到玩具家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可以见到单片机的身影.单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随即存储器RAM，只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统.中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令.CPU功能，是以不同方式来执行各种指令.有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系.总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的.对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现.同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率.在设计过程中我们采用了软硬件双结合的方式，软件设计的方法简化了硬件的要求，为设计创造了条件.单片机采用的STC89C52的单片机.2. STC89C52单片机介绍2.1 STC89C52介绍STC89C52是51单片机，它采用的是DIP40封装. 主要特性有：与MCS-51 兼容8K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定512内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路单片机管脚图说明图如下：图1.1单片机引脚图管脚说明：VCC：供电电压.GND：接地.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL 门电流.当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位.在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收.P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入.并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流.这是由于内部上拉的缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位.在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.4个TTL门电流.当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入.作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故.P3口也可作为单片机的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.RST：复位输入.当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间.ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节.在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的.然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用.另外，该引脚被略微拉高.如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效./PSEN：外部程序存储器的选通信号.在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效.但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现./EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器.注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器.在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）. XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入.XTAL2：来自反向振荡器的输出.振荡器特性: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.石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接.有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度.STC89C52是一种8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的单片机.该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容.它的工作电压3V/5V,操作频率0~33MHZ.4个8位I/O口，含3个高电流P1口，可直接驱动LED；3个16位定时器/计数器；可编程看门狗定时器（WDT）；低EMI方式; 兼容TTL和COMS逻辑电平；掉电检测和低功率模式等.STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端.时钟可以由内部方式产生或外部方式产生.内部方式的时钟电路如图1.1所示，在RXD 和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡.外部方式的时钟电路如图1.2所示，RXD接地，TXD接外部振荡器.对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度.XTAL1XTAL2图2.1内部方式时钟电路图2.2外部方式时钟电路STC89C52单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM ）、数据存储器（RAM ）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等极大单元数据总线、地址总线和控制总线等三大总线.STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品.他们的指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8051单片机完全兼容，而且价格更实惠.其优点是可以在线下载，下载器也比较容易购买到，方便携带应用.STC89C52可以用于控制水位，在功能和性能上要比AT 系列单片机突出，因此，选择STC89C 系列单片机，作为水位控制器核心. XTAL1 XTAL2外部振荡器3 硬件的设计3.1水位传感方式的选择3.1.1简单的控制方式简单的控制方式有浮标式、电极式等，这些控制方式的优点是结构简单，成本低廉.但有很多问题存在，比如是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误查，且只能单独控制，与计算机进行通信连接比较难实现，很难快速准确传输信号，所以不利于水位信号的传送.3.1.2红外线发射接收装置因为光在水中的传播与空气中的光的传播是由不同的差异的，即光在不同的介质中其强弱度不同.可以根据此原理采集水中是否有水.脉冲调制式红外发射接收器工作原理：接收管与发射管放在水塔对立的两侧并且在一条直线上，在空气中接收管完全接收到发光管发送过来的信号，当发射接收两管之间有水时，水对于光有反射和折射特性减弱了光信号，使接收管在有水位时接受的信号时弱信号.由此可以判断出是否有水.但是，问题在于电路调试比较困难，难以实现，而且准确度不够.3.1.3水阻传感方式任何物质在电学里都有一定的阻值，实验证明，纯净水几乎不导电的，但人们日常使用的水都会含有一定的Mg+、Ca+等离子，他们的存在使水可以具有导电的性能，水的阻值大约为10K Ω左右.本控制装置就是利用水的导电性完成的.传感器结构图3.1：+5v蓄水位探针低水位探针中水位探针高水位探针电压输入探针P1.0P1.2P1.1P1.3图3.1传感器结构图高电平通过电压输入探针输入，水位在不同的水位的时候接通相应的水位探针将高电平穿送给稳压电路，通过稳压电路转置为低电平再输送给单片机，促使单片机控制电机电路和水位显示电路工作、停止.此水位探测传感方法比脉冲调制式红外发射接收器结构简单，方便.此电路的灵敏度可以达到本设计的要求，能够准确地分辨出水位信号.有此可知，这种设计方案方便实用，元件选用方便，费用低.此方案解决了第一种方案中调试繁琐，信号干扰的问题，信号传输的准确率高达95%以上.本设计选择第三种方案，作为水位传感器.3.2系统的组成水位控制系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、继电器控制电机加水电路、水位显示电路、单片机STC89C52组成.系统组成的方框图如下：3.2.1系统工作原理当水箱里的水位在蓄水位以下的时候电机开始工作.当水箱里水在蓄水位的时候，蓄水位、低水位、中水位、高水位四个传感器都没有和+5V电源导通.传感器传给稳压电路一个低电平，低电平通过稳压电路里的NPN三极管、电容、电阻转换成高电平.单片机收到高电平，表示水箱里没有水了需要系统开始运作，给水箱加水，这时单片机通知水泵开始加水，红灯亮.当达到低水位的时候，蓄水位传感器传送给单片机一个低电平，水泵继续工作，亮一黄灯.水位继续上升，当达到中水位时，蓄水位、低水位传感器传送给单片机低电平，水泵继续工作，亮一个绿灯亮.水位继续上升达到高水位时，蓄水位、低水位、中水位、高水位传感器同时传送给单片机一个低电平，两个绿灯亮.同理，水位从高水位开始下降，水位离开高水位线时，高水位传感器探头与电源断开，传感器输出高电平给单片机，绿灯熄灭一个，表示水位下降到中水位了.当水位下降到低水时，一黄灯亮，表示水位下降到低水位了.当水位下降到蓄水位时，红灯亮、黄灯熄灭，电机开始工作.3.2.2稳压电路图3.3稳压电路图本电路的主要作用是使从传感器输入的电平能够稳定的输入到单片机中，，是由三极管9013、两个电阻、和一个无极性电容组成.如果我们不使用此稳压电路也能实现我们的设计目的，但有时会产生水位误判和不稳定现象，所以我认为此电路是不可缺少的.3.2.3水位显示电路图3.4水位显示电路图本电路采用不不同颜色的LED作为显示装置，有单片机P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.7口控制进行水位显示.亮红灯代表水位在蓄水位以下.亮两黄灯代表水位在低水位以下，蓄水位以上.亮一黄灯表示在中水位以下，低水位以上.亮绿灯表示在高水位以下，中水位以上.亮两绿灯表示在高水位以上.此电路采用的是共阳极的，所以只有单片机给发光二极管为低电平的时候才能是发光二极管点亮.R2，R3，R4，R10,R11为上拉电阻起限压控流作用.LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光.LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着LED灯株在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来.半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子.但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”.当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理.而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的.3.2.4电机控制电路图3.5电机控制电路图电机控制电路，由于实际电机额定电压比较高，而单片机的输出电压又比较低，不能直接驱动电机工作，所以采用了三级管放大和二极管正向导电的作用和电磁式继电器的吸合作用来控制电机（弱电控制强电）.由单片机的P1.6口来控制的.电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的.只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合.当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放.这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的.3.2.5电机工作指示灯电路图3.6电机工作指示灯图本电路采用红色LED灯作为电机工作指示灯接在单片机P3.7口上，当电机开始工作的时候，指示灯就亮直到电机停止工作.3.2.6振荡电路和复位电路图3.7振荡电路和复位电路图振荡电路和复位电路是单片机不可缺少的部分，是单片机的重要组成，它们集成在单片机里，对于单片机稳定工作有至关重要的作用. 并且可以延长它的使用寿命.3.2.6水位控制系统的整体电路仿真图图3.8水位控制系统仿真图3.2.7实物图图3.9实物图4. 软件程序设计以及仿真4.1 程序流程图4.1.1加水时程序流程图：4.1.2水位降低时程序流程图：4.2水位对应的传感器信号表14.3水位对应的亮灯情况表24.4 C语言程序设计C语言程序如下：#include <reg52.h>#define uchar unsigned char #define uintunsiged intsbit xsw=P1^0;sbit dsw=P1^1;sbit zsw=P1^2;sbit gsw=P1^3;sbit LED_G1=P2^0;sbit LED_G2=P2^1;sbit LED_Y=P2^3;sbit LED_R1=P2^7;sbit LED_R2=P3^7;sbit DJ=P1^6;void main(void){char i=0;P1=0Xf1;DJ=0;while(1){while(DJ==0){if(xsw==0&&dsw==1&&zsw==1&&gsw==1) { LED_R1=0;LED_R2=0;DJ=0;}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==1&&gsw==1) {{LED_R1=1;LED_Y=0;LED_R2=0;DJ=0;}}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==0&&gsw==1) {{LED_Y=1;LED_R2=0;DJ=0;}}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==0&&gsw==0){LED_R2=1;LED_G1=0;LED_G2=0;DJ=1;break;}}while(DJ==1){if(xsw==1&&dsw==1&&zsw==1&&gsw==1) {LED_R1=1;LED_R2=0;break;}if(xsw==0&&dsw==1&&zsw==1&&gsw==1) {LED_R1=0;LED_R2=0;DJ=0;LED_Y=1;}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==1&&gsw==1) {{LED_G1=1;LED_R2=1;LED_R1=1;LED_Y=0;}}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==0&&gsw==1){{LED_G2=1;LED_R2=1;LED_Y=1;LED_G1=0;}}if(xsw==0&&dsw==0&&zsw==0&&gsw==0) {LED_R2=1;LED_G1=0;LED_G2=0;}}}}4.5 各种水位情况下的仿真图加水水到达在蓄水位时：电机运转，电机指示灯红灯亮，低水位警示灯红灯亮.仿真图如下所示：图4.1蓄水位仿真图加水水到达低水位时：电机运转，电机指示灯红灯亮，中水位警示灯黄灯亮.仿真图如下所示：图4.2水位上升时低水位仿真图加水水到达中水位时：电机运转，电机指示灯红灯亮，中水位警示灯绿灯亮.仿真图如下所示：图4.3水位上升时中水位仿真图加水水到达高水位时：电机停止，电机指示灯红灯灭，高水位警示灯两个绿灯都亮.仿真图如下所示：图4.4高水位仿真图水位减少到中水位时：中水位警示灯绿灯亮.仿真图如下所示：图4.5水位减少时中水位仿真图水位减少到低水位时：低水位警示灯黄灯亮.仿真图如下所示：图4.6水位减少时低水位仿真图5.结论经过这段边写论文边学习的时间后，我感触颇多，其中充满了酸楚和幸福.我初步把自己学到的东西用于了实践之中，也在实践中学到了很多东西.首先，我加深了自己的理论知识，使理论知识更好的用于实践之中，是理论与实践更好的结合.其次，锻炼了自己的动手能力，为自己以后的工作打下了一个基础，所以我们应该明白任何知识都源于实践，出自于实践，实践是检验真理的唯一标准.此设计中还存在许多不足之处，自己的理论知识也不够全面和扎实，不懂许多元件的使用方法，C语言还不能学以致用.通过此次毕业论文的设计我一定要加强自己的学习，不断的温故知新，不断的完善自己.参考文献（1）刘得营张志霞等《单片机原理及接口技术》中国水利水电出版社 2006.3-4（2）张肃文《高频电子线路》高等教育出版社（3）邱关源《电路》高等教育出版社（4）阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社（5）童诗白华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社（6）刘刚《单片机原理及应用》中国林业出版社（7）杨路明《C语言程序设计教程》北京邮电大学出版社（8）许文《protues教程》北京大学出版社（9）刘成辉《单片机在水位控制系统中的应用》人民交通出版社（10）姚艳楠等主编《微型计算机原理》西安电子科技大学出版社答谢此毕业设计是在王书志老师精心指导、严格要求以及同学们的帮助下完成的.在此对王书志老师表示感谢，也对给予我论文提供帮助的同学表示感谢.光阴似箭，日月如梭，四年的大学时间在我们的人生中式那么短暂，但是就在这短暂的四年时间里我学会了很多，我学会了为人处世，自学能力得到了很大的提高.我还得感谢我的班主任李向群老师以及指导过我的许许多多的老师们，正是它们的辛勤工作和付出使我能完成我的大学学业.我真心的希望我的大学生涯画上一个圆满的句号，我的人生也能画上一个圆满的逗号.。