水库液位自动测控系统

摘要本设计从现代化计算机控制技术入手，利用单片机的强大智能功能，通过完整的软件与硬件的结合，阐述了一种先进液位测量系统。

根据传感器的特点，设计出一套适合实验室条件下的液位测量设备，主要通过单片机、传感器测量水库液位。

本次设计选择的电器设备有单片机、传感器，转换器等，设计硬件控制流程图、控制电路图以及软件中的主程序流程图。

通过系统模拟实验表明：该系统设计合理，自动化程度高，实验过程时间短，工作稳定可靠，基本满足了设计的相关要求。

关键字：液位测量，单片机，传感器AbstractThis design from the modern computer control technology and the intelligence function strong microcontroller, through the full of software and hardware, expounds a kind of advanced level measurement system. According to the characteristics of the sensor, designed to suit the laboratory condition, main level measurement equipment by MCU, sensor measuring boiler level. The choice of electrical equipment have microcontroller, sensors, converter, control flow design, hardware circuit and software of the controlling master program flowchart. Through the system simulation experiment shows that the system design is reasonable, a high degree of automation, experimental process time is short, stable and reliable, and satisfy the design of basic requirements.Key words: level measurement, MCU, sensor目录绪论 (1)水库液位自动测控系统 (2)1 电机强电控制部分 (2)1.1 控制系统硬件电路设计 (2)1.2 水库液位控制的原理 (3)1.3 报警器的设计及原理 (3)2 微机系统的测控驱动部分 (4)2.1 单片机的概述 (5)2.2 单片机控制电路 (5)2.3 程序流程图设计 (6)2.4 汇编程序的编写 (7)结论 (8)附录 (9)参考文献 (10)绪论1、课题背景水库工程为完成不同任务不同时期和各种水文情况下,需控制达到或允许消落的各种库水位称为水库特征水位。

水库的规划设计，首先要合理确定各种库容和相应的库水位。

具体讲，就是要根据河流的水文条件、坝址的地形地质条件和各用水部门的需水要求，通过调节计算，并从政治、技术、经济等方面进行全面的综合分析论证，来确定水库的各种特征水位及相应的库容值。

这些特征水位和库容各有其特定的任务和作用，体现着水库利用和正常工作的各种特定要求。

目前由于气候的变化，季节的更替，现在很多水库呈现夏天储水，冬天放水的状态，但是其液面变化情况很不遵循一定的规律，因此为了能提高工作效益，一个设计水库液位自动测控系统的想法走进了很多设计者的视线。

这样从一方面很好地控制水库液位能在一个稳定的水位，从而能更好地利用水库的作用，更好地造福人类。

2、目前国内外研究进展概述根据目前小型水利发电厂的实时需要来看，监控对象主要是水库水坝的液位和实时雨量，而且监控点离数据中心多数超过3公里以上的距离，如果采用光缆的方式，铺设成本较高，难度较大。

而该系统适用于广域水库、水坝的多点水位监控，也可应用于中小型水电站的前池水位和水库水位调节以及栅前、栅后、栅差、上下游、毛水头等需要进行综合测量显示并远传报警的所有液位场合。

如果以后系统扩容，比如需要了解当天供电累计流量、月发电量、发电机组油温监视、其他液位监测点等情况，也可通过组态完成，该系统可以留有足够的I/O通道数目。

水库液位自动测控系统该系统能自动调整库区水位的高低，通过对液面高度变化的显示可以很容易地得知流量的变化情况和到库区液位极限值的时间。

当水位下降到一定程度时，控制器自动接通电源，关小闸；当水位上升到一定高度时，则开大闸。

若因某种原因控制失灵，水位继续上升或下降到极限高度，则由蜂鸣器及双色LED指示灯发出报警信号，通知操作人员及时采取应付措施。

1 电机强电控制部分电机强电部分是系统的基础，它由传感器、电机、报警电路等组成。

它们将水库液位的变化转化成信号传输给微机系统，经微机系统的计算和比较，微机系统会产生一个测控驱动程序，电机控制部分会接受这个程序，从而实现了水库液位的自动控制。

在电机强电控制部分采用交流接触器的无声运行电路与固体继电器，无触点电子开关，以减小噪声，增加运行的可靠性与实用性。

在硬件电路里采用三只金属棒传感器，来感知液位的变化，从而接通或断开电源，开启或关闭闸门。

在报警电路里利用蜂鸣器和LED指示灯，当到达极限值后，发出报警信号，作出应对措施。

1.1 控制系统硬件电路设计图表1水库水位控制原理图图表1是水库液位控制原理图，图中虚线表示允许水位变化的上下限。

在正常情况下，应保证水位在虚线范围之内。

为此，在水库边沿的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。

其中，A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒再上下水位之间。

A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。

1.2 水库液位控制的原理水库是由电机带动水闸，单片机控制电机转动，以达到水位控制之目的。

蓄水时，水位上升，当达到上限水位时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V电源，因此b、c 两端均为1状态，这时应开启电机和水闸的工作，实现开闸放水。

当水库水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为0状态，这时应停止电机，关闭水闸，实现水库的蓄水当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，因为C棒不能与A棒导通，b端为1状态，c端为0状态。

这时，无论电机已在带动水闸，水位在不断上升，还是电机没有工作，放水使水位不断下降，都应该继续维持原有的工作状态。

1.3 报警器的设计及原理随着科学技术的发展和社会进步，报警器使用范围日益广泛；报警器的自身电子电路也向集成化和组件化迈进，出现了不少结构简单、体积小巧、性能可靠的设计电路，报警器已逐渐形成一门独特的技术领域。

特别是近几年来，由于微电子技术的飞跃发展，一些新颖的报警器专用集成电路和传感器脱颖而出，为报警器设计人员提供了极大方便。

报警电路设计如下图表2所示：图表 2 报警电路电路图报警电路电路图原理说明如下：VCC端接+5V电源，7407为TTL集电极开路六正相高压驱动器,它首先输出端要经过负载接高压+电源,不能悬空；当输入端为高电平时输出接近高压电源的高电平；输入为0输出为0，输入5V电压输出30V电压。

另外在电源和7407之间要加上一个上拉电阻，如果不接上拉电阻，那么输出的驱动管是不工作的，所以上拉电阻的功能就是为了使末级驱动管正常工作。

当1端有信号输入并且为高电平时，7407导通，从而使指示灯LED和蜂鸣器工作，发光并且发出声音，通知操作人员及时采取应对措施；当1端输入低电平或者没有信号输入时，7407不工作，指示灯和蜂鸣器不工作。

2 微机系统的测控驱动部分微机测控驱动部分是此次液位自动测控系统的主要部分之一，它是设计的神经枢纽，控制着电机硬件设备的运行。

它将电机强电控制部分接收到的水库液位的变化值，经过计算和比较，转化为测控信号，当水库液位高时，开启闸门放水，当水库液位低时，就关闭闸门蓄水，当水库液位超过警戒水位时，接通报警电路，通知操作人员，利用的单片机的控制原理，实现了信号的远程控制。

2.1 单片机的概述单片机是大规模集成电路技术发展的产物，是以自动化控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已广泛应用于各种领域。

普遍认为单片机是在一块硅片上集成了中央处理器（CPU），存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入、输出接口（定时器，计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器等），被称为单片微型计算机。

它的特点是体积小，重量轼抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

随着微控制技术的日益完善和发展，单片机的应用必定导致传统控制技术发生巨大变化。

美国、日本、欧洲一些国家对单片机的利用相对来说比较成熟，他们用单片机研究开发的一些程序已经应用到工业生产自动化当中。

我国在不断引进国外单片机技术的同时，积极开发国产系列。

许多企业在单片机的应用方面进行了积极探索，取得了成功的经验和良好的效益。

此次系统采用了MCS-51系列的8031单片机。

2.2 单片机控制电路水库液位控制电路如图表3所示。

图表 3 水库水位控制电路控制电路说明如下：（1）由于8031单片机没有内部ROM，因此需要外扩展ROM作为程序存储器。

这里使用2732构成4KB的外扩展程序存储器，74LS373作为地址锁存器。

（2）两个水位信号由P1.0口和P1.1口输入，这两个信号共有4种组合状态，如下表所示。

其中，第三种组合（b=0，c=1）在正常情况下是不可能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。

水位信号及操作状态表C(P1.1) B（P1.0）操作0 0 1 1 011电机运转维持原状故障报警电机停转（3）控制信号由P1.2口输出，可控制电机。

为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合。

（4）由P1.3口输出报警信号，驱动双色发光二极管和蜂鸣器进行声光报警。

2.3 程序流程图设计程序流程如图表4所示：图表 4 水库水位控制程序流程图2.4 汇编程序的编写主程序代码：ORG 8000HAJMP LOOPLOOP: ORL P1,#03H ；为检查水位状态做准备MOV A,P1JNB ACC.0,ONE ；P1.0=0 则转JB ACC.1,TWO ；P1.1=1 则转BACK: ACALL DELAY ；延时10秒AJMP LOOP ；ONE: JNB ACC.1,THREE ；P1.1=0 则转CLR 93H ；P1.3←0, 启动报警装置 SETB 92H ；P1.2←1, 停止电机工作FOUR: SJMP FOURTHREE: CLR 92H ；启动电机AJMP BACKTWO: SETB 92HAJMP BACK ；停止电机工作延时子程序DELAY(延时10秒)ORG 8030HMOV R3,#19HLOOP3: MOV R1,#85HLOOP1: MOV R2,#FAHLOOP2: DJNZ R2,LOOP2DJNZ R1,LOOP1DJNZ R3,LOOP3RET结论通过此次论文的设计，使我感受颇深。