基于单片机的水位检测与控制系统的研究与设计

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1绪论 .. (2)1片机高塔水位控制系统 (2)2术参数和设计任务： (2)3设计背景 (2)4设计意义 (3)2 51单片机基础 (4)2.1单片机概述 (4)3硬件设计 (6)3.1、单片机最小系统电路设计 (6)3.2、水位检测传感器的选用 (7)3.3、稳压电路的设计 (8)3.4、光报警电路的设计 (8)3.5、水泵的介绍 (9)3.6、继电器控制水泵加水电路 (10)3.7、电源电路 (12)4设计语言及软件 (13)4.1汇编语言介绍 (13)4.2wave6000软件介绍 (13)4.3Proteus软件介绍 (15)5软件设计 (18)5.1、系统原理 (18)5.2、系统结构图 (18)5.3、控制方案说明 (19)5.4、系统组成及原理 (19)5.5系统总原理图 (21)5.6系统总程序如下 (22)5.7低水位的程序设设计 (24)5.8中水位程序设设计 (24)5.9高水位程序设设计 (24)5.10故障程序设设计 (25)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1片机高塔水位控制系统本课程设计要求：在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。

低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。

本设计过程中主要采用了传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电控制强电的技术。

2术参数和设计任务：1、利用单片机AT89C2051实现对高塔进行水位的控制；2、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示系统的控制；3、光报警显示系统电路，采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况4、水泵加水电路由继电器进行控制；5、分析工作原理，绘出系统结构原理图及流程图；3设计背景目前，水位控制在日常生活及工业领域（工厂，农场，学校等用水量大的场所）中应用相当广泛，比如水塔，地下水，水电站情况下的水位控制。

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。

水资源已成为中国当前和未来发展重要资源，因此对水资源的合理利用有重要意义。

在我国很多地方都需要水位监测，如工厂蓄水池、农田灌溉用的水库、江河水位等等，因此利用现代化的通信手段对水资源进行测控以及使用计算机管理系统来实现对水位监测点现场水位等数据的采集与监测，并可在水位信息管理平台上进行水位数据的存储、显示、查询等，将是对水资源实现科学管理的一个重要手段。

本文从经济性和可靠性出发，在实验的基础上，设计了一种能够实现水位自动控制的装置。

单片机技术的测控系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。

本文对该测控系统进行了分析设计。

首先，设计针对系统所使用的单片机的性能和发展情况做了简单介绍；对超声波传感器的原理做了简单分析，对系统使用的模/数转换芯片ADC0809也做了性能方面的简单说明。

其次，论文重点对测控硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步分析设计。

对各部分的电路一一进行了介绍，最终实现了该系统的硬件电路。

绘制了电路原理图。

关键词：单片机、ADC0809、软件系统、硬件系统Abstract- 1 -The water resources has become China's current and future development of the important resource,It has important significance for the rational utilization of water resources. In many places of our country need to water level monitoring, such as plant reservoir, reservoirs, irrigation water level and so on, therefore the use of modern means of communication to measure and control the water resources as well as the use of computer management system to realize the acquisition and monitoring of data level monitoring in field level, and water level data storage, in the water level information management platform display, query and so on, is an important means to realize the scientific management of water resources. This paper from the economic and reliability point of view, on the basis of experiment, a device which can realize automatic water level control is designed.Control system of single chip microcomputer technology with its small size, high reliability and is widely used in. The paper analyzes the design of the measurement and control system. First of all, the performance and the development of the design used in the single chip microcomputer is introduced briefly; principle of the ultrasonic sensor to do a simple analysis, the system uses the analog-to-digital conversion chip ADC0809 haalso made the simple description of properties.Secondly, the paper focuses on the measurement and control hardware composition, software for the breakdown, modular design analysis phase. On the part of the circuit one one is introduced, the final realization of the system hardware circuit. Drawing the circuit diagramKeyword: MCU, ADC0809, software system, hardware system第一章引言- 2 -1.1 课题研究的意义及作用中国水之源总量居世界第六位，人均占有水资源量仅为世界人均占有量的四分之一，并且在地域上分布很不平衡，长江以北的广大地区，特别是北方大、中城市大部分地区处于缺水状态，水资源短缺已成为制约我国经济发展的一个重要因素。

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。

毕业论文（设计) 题目：基于单片机的水位控制系统设计系部名称：专业班级：学生姓名：学号:指导教师：教师职称：20年月日摘要传统的水位控制在生产中一直占有主导地位，但随着生产线的更新，不仅要求有更直观、准确、稳定的水位控制系统，同时还要求在降低生产设备的成本方面要求更新自动化程度和性价比高的水位控制系统。

单片机控制系统以其控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、造价低等特点被应用到水位系统的控制中。

本系统采用单片机AT89C51为控制核心来实现水位的基本控制功能。

系统由键盘、数码显示、A/D转换、传感器、电源和控制部分组成。

本文以单片机端口的输出电平控制继电器的动作，实现电机的启动或者停止，从而达到自动控制水位的目的。

另外,系统可根据需要设定水位控制的高度，同时具备超限报警和故障报警功能，并辅以发光二极管显示相应水位的状态。

关键字:AT89C51，A/D转换，水位控制，数码显示，传感器，故障报警Level control system based on microcomtrollerAbstractThe traditional water level control in production has been a dominant position，but with production line, not only the update demanding more direct, precise and stable water level control system, at the same time also requires the cost in reducing production equipment requirements update automation degree and cost-effective of water level control system. Single—chip microcomputer control system with its high control accuracy，reliable performance，convenient operation, low cost set to be applied to the liquid level system characteristics of the control.This system uses the microcontroller AT89C51 as the water level control core to realize the basic control functions。

基于单片机的水位控制系统设计分析社会和现代科学技术的不断发展推动了信息技术的迅速发展，电力系统正逐渐地走向自动化。

在现代社会中，随着微电子工业的快速发展，单片机控制的智能型控制器由于传统的水位控制，在生产中一直居于优势地位，但随着生产线的更新，要求水位控制系统不仅具备准确、稳定、直观等特点，而且还要求在生产设备的成本低的同时，水位控制系统是自动化程度和性价比高的系统。

单片机控制系统以其方便控制、设置操作直接简单、成本低、性能稳定等特点被应用到水位系统的控制中，并广泛应用于电子产品中。

文章通过对单片机性能的分析，着重探讨单片机的水位控制系统，以期利用单片机的通用性与灵活性来完善水位的控制系统，促进我国自动化产业的发展。

目前单片机在水位控制系统中的应用还处于发展阶段，对它的研究具有十分重要的意义，符合可持续发展的要求，是我们不断追求的目标和方向。

标签：单片机；水位控制；系统；水塔供水单片机就是单片微型计算机，是一种微型的控制器，它有着定时、计数以及多种接口等特点。

在现代经济建设中，它被广泛的运用到多个领域，是多种工程不可缺少的一部分，发挥着独特的作用。

单片机水位控制系统中集合了机械原理、电气控制以及微处理器的技术等多个学科的知识与技术，其中也蕴含了单片机的应用。

社会和现代科学技术的不断发展推动了水位控制技术的迅速发展，控制系统正逐渐地走向自动化。

单片机在水位控制系统中应用得越来越广泛，作为新技术领域发展突破的重要部分，单片机在水位控制系统中的应用显得尤为重要。

这一技术的发展不仅为城市居民提供更加良好的环境和发展空间，而且让水位设备变得更加安全可靠，在很大程度上提高工作效率，降低能耗，极大地减少成本，使企业获得最大的经济收益。

1 单片机基本情况概述单片机是集成电路芯片的一种，其微处理器中的超大规模技术能够有效地处理数据，如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理等等。

它的组成模块主要有中央处理器，只读程序存储器以及随机存取数据的存储器，定时计数器等等，各个模块相互关联，共同构成一个微型的计算机处理系统。

摘要水资源紧缺已经引起全社会的关注。

如何节约用水、有计划地用水已成为电子工作者设计供水系统时必须考虑的问题。

自动化控制供水不失为一种行之有效的方法。

以往的水位控制多采用老式的浮球装置，会有很大的误差和弊端。

而智能水位控制器是近年来开发的一项新技术，它是传感器、硬件、软件等几项技术紧密结合的产物，它的作用是观测和控制容器内的介质多少量，通过液面的高度来掌握体积的多少，从而达到防止超量或空装一级可以掌握存液数量的目的，可用于很多地方进行工业及民用生活控制。

该方法采用单片机来对传感器的信号进行处理，输出控制信号，配合外部硬件电路，用晶体管驱动直流继电器，再控制交流接触器来完成对水泵开启、关闭，设计可以根据缺水多少的不同情况智能化地启动不同数量的水泵，即缺水少时少量水泵工作，缺水多时多台水泵同时工作，及时补充水量。

这样就可以智能化的自动控制水位的高低，这在生活中将大大节省了人力、物力，是有其开发价值的。

关键词：单片机，传感器，晶体管，直流继电器AbstractThe shortage of water resources has caused the concern of the whole society. How to save water, there are plans to water has become a must be considered in design of water supply system of electronic workers problems. Automatic control of water supply is a kind of effective method. Water level control usually adopts a floating ball device old-fashioned, there will be errors and defects of great. Intelligent water level controller is a new technology developed in recent years, it is the combination of sensor, hardware, software and other technology closely, it is the role of observation and control of the medium in the vessel volume, grasps the volume through the height of the liquid level, so as to prevent excessive or empty loading level can master the liquid storage quantity, can be used for many places for industrial and civil life control.The method adopts the singlechip to signal of the sensor for processing, output control signal, with the external hardware circuit, DC relay drive transistor, to control AC contactor to the completion of the pump opening and closing, design can according to the different situation of the intelligent water how to start a different number of water pump, the less water when a small amount of water pump for a long time, water pumps to work at the same time, timely replenishment of water. It can automatically control the water level intelligent level, in this life will greatly save manpower, material resources, is the development value.Keywords: single chip microcomputer, sensor, transistor, DC relay河南城建学院毕业设计（论文）目录目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1选题的目的及意义 (1)1.2国内外智能水位控制器的现状和发展趋势 (1)1.3 本课题所完成的任务 (2)第2章系统概述 (4)2.1 系统总体方案 (4)2.2 系统的工作原理 (6)第3章系统硬件设计 (8)3.1水位信号检测电路的设计 (8)3.2 控制信号输出电路的设计 (10)3.3 水泵启停控制电路的设计 (11)3.4 故障报警电路的设计 (12)3.5 数码管显示电路的设计 (13)第4章系统软件设计 (14)4.1 主程序流程图设计 (14)4.2 子程序设计 (15)4.3 源程序清单 (17)第5章系统的仿真及结果 (20)5.1 程序编译 (20)5.1.1 工程的建立 (20)5.1.2 工程的详细设置 (22)5.1.3 程序编译 (24)5.2 硬件仿真 (25)5.3 仿真结果 (27)5.3.1 水位高于电极C时的仿真 (27)5.3.2 水位位于电极C和B之间时的仿真结果 (28)5.3.3 水位位于电极A和B之间时的仿真结果 (29)5.3.4 故障报警时的仿真结果 (30)第6章结论与展望 (32)6.1 结论 (32)6.2 展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)附录A：电气原理图 (38)附录B：仿真原理图 (39)第1章绪论1.1选题的目的及意义随着社会的发展，我国的人群密度越来越大，如何向一个密集人群供水已成为众多电子工作者设计考虑的目的。

基于单片机的水塔水位控制系统设计社会在不断的发展和进步，人们的生活水平也在逐步提高和发展，我们的生活已经越来越离不开便捷的全自动控制系统，微型计算机发展是其中的一个不可或缺的重要分支，单芯机具有高可靠性，高性价比，低功耗，低电压等优点，以单片机为核心的全自动控制系统已经取得了广泛的应用前景和使用范围。

本篇论文是基于单片机的水塔水位检测系统设计。

设计该系统主要是针对应用单片机的自动运行技术，使得水塔水位始终保持在一定范围内，从而确保连续正常的供水。

本设计是以STC89C51单片机为核心的水塔水位检测系统，用以检测水位并对其进行控制、报警以及相应的处理功能，同时在Proteus仿真软件环境中进行仿真测试。

测试结果表明，设计的系统具有一定的检测和控制功能，并且能够应用于实际生产生活当中。

关键词：水位检测；单片机；报警；1 绪论 (5)1.1研究背景 (5)1.2国内外研究现状 (5)1.3研究目的与意义 (6)2 系统总体设计 (7)2.1设计要求 (7)2.2系统设计方案 (7)2.3系统工作原理 (8)3 系统硬件设计 (8)3.1硬件设计 (8)3.2中央处理器模块 (12)3.3继电器控制阀门模块 (13)3.4水位检测系统的整体电路仿真图 (13)4 系统软件设计 (14)4.1软件功能概述 (14)4.2主程序设计 (14)4.3LED显示子程序 (15)5 联调与测试 (16)5.1调试过程 (16)5.2硬件调试 (16)5.3软件调试 (16)5.4功能实现 (16)结论 (17)附录A：系统原理图 (20)附录B：系统PCB图 (21)附录C：系统仿真图 (22)附录D：系统源程序 (23)1.1 研究背景在现实生活生产当中，经常会遇到测量液体液位的问题。

国家工业在迅速发展，液体液位测量技术也被广泛应用到化学化工、医学药物、食品安全、石油开采等各行各业中。

液氧、液氮等低温液体现如今也得到了广泛的应用，因此，作为贮存相应低温液体的容器也要保证能承受其相应的载荷；在冶炼工业中，锅炉汽包液位、除氧器液位、汽轮机凝气器液位、高、低压加热器液位等，保持在一定范围内是设备安全运行的基础保障；在实际科研与学习当中也经常会遇到需要进行液位测量与控制的实验装置。

基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真水塔水位控制系统是一种常见的智能控制系统，通过监测水塔的水位并控制水泵的开关来实现自动化的水位调节。

本文将设计并仿真一种基于单片机的水塔水位控制系统。

系统设计的主要组成部分包括水位传感器、单片机控制模块、水泵和相应的电路。

水位传感器用于检测水塔的水位，单片机控制模块用于接收传感器的信号并根据设定的水位控制算法来控制水泵的开关。

首先，需要选择适合的水位传感器。

常用的水位传感器包括浮球式、电容式和超声波测距式传感器。

考虑到水塔中水位的变化范围较大，选择电容式传感器较为合适。

接下来，将水位传感器与单片机控制模块进行连接。

通过模拟引脚将传感器的输出信号输入到模拟转换模块，然后转换为数字信号输入到单片机的IO口。

然后，需要编写单片机的控制程序。

程序的主要功能包括读取传感器的信号、根据设定的水位阈值判断水位高低、控制水泵的开关。

例如，当水位低于设定的最低水位时，单片机通过IO口输出高电平来打开水泵的电源；当水位高于设定的最高水位时，单片机通过IO口输出低电平来关闭水泵的电源。

最后，需要设计水泵的电路。

水泵的电源需要接入单片机控制模块，通过继电器来控制水泵的开关。

当单片机输出高电平时，继电器吸合，水泵开始工作；当单片机输出低电平时，继电器脱离，水泵停止工作。

系统设计完成后，可以进行仿真测试来验证系统的功能和性能。

通过设置不同的水位阈值和模拟水位传感器的输出信号来模拟不同的水位变化情况，观察系统是否能够稳定地控制水泵的开关。

如果系统运行正常，则可以进一步进行硬件实现和调试。

总结起来，基于单片机的水塔水位控制系统设计包括选择适合的传感器、编写控制程序、设计水泵的电路等步骤，并通过仿真测试来验证系统的功能和性能。

这种系统的优势在于能够自动实现水位的控制，提高了水资源的利用效率，减轻了人工操作的负担。

同时，可根据实际需要进行系统的定制和优化，提高系统的稳定性和可靠性。