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基于单片机的水位控制系统设计

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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. System by the keyboard, digital display, A / D conversion, sensors, power and control components. In this paper, the output of microcontroller port level control relay operation, start or stop the motor, so as to achieve the purpose of automatic control of water level. In addition, the system may need to set the height of water level control, along with limit alarm and fault alarm function, supplemented by light-emitting diode displays the status of the corresponding level.Keywords：AT89C51 A / D conversion the water level control digital display sensor fault alarm目录1 引言 (1)2 系统设计方案比较说明 (3)3 水位控制系统的原理和设计方案 (4)3.1 水位控制系统组成 (4)3.2 单片机系统组成及工作原理 (4)3.2.1 系统组成 (4)3.2.2 工作原理 (5)3.3 控制方案的设计 (5)3.3.1 设计思路 (5)3.3.2 方案设计 (6)4 硬件设计 (8)4.1 单片机 (8)4.2 时钟电路 (9)4.3 电源电路 (11)4.4 传感器 (11)4.5 串行通信 (12)4.6 键盘电路 (13)4.7 水位显示电路 (13)4.8 A/D转换电路 (14)4.8.1 ADC0809的内部逻辑结构 (14)4.8.2 ADC0809的引脚图 (14)4.8.3 A/D转换电路原理图 (16)4.9 电机控制 (18)4.10 看门狗电路 (18)4.11 稳压电路 (20)4.12 报警电路 (21)5 软件设计 (22)5.1 程序设计流程图 (22)5.2 程序设计 (23)5.2.1 键盘程序 (23)5.2.2 A/D转换子程序 (24)5.2.3 初始化程序 (24)5.2.4 运行状态下的程序 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录1 (29)附录2 (30)1 引言随着我国的国民经济与生活水平的发展，各个行业对自动化的需求也日益增加，为减少污染、节约资源，单片机的控制技术得到了广泛的应用。

无论是在工业生产中，还是在其他行业，水都是人们生活中不可或缺的资源，大部分都会使用到水箱，水箱里的水位控制就是最重要的问题了，以前都会有专门的人看管，既浪费人力，又不能准确的判断水位高低。

所以以单片机控制水箱的水位就得到了广泛应用。

水位控制系统是以水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。

在目前的过程控制领域中水位控制的研究引起了广泛的关注，随着集成电路规模的日趋大型化、复杂化，各种复杂的液位控制系统已成为一个研究焦点。

单片机是靠程序运行的，并且是可以修改的，通过不同的程序实现不同的功能。

尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大的力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

为什么一点要用单片机呢，原因很简单，只因为单片机通过自己编写的程序便可以实现高智能、高效率以及高可靠性！现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统），而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统[1]。

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，更多科研研究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，但着重生产实际的很少。

一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已积累了很多经验，奠定了基础，进入了国际市场。

我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上，与其他发达国家相比还存在差距，但是我国的研究人员已经克服很多困难，并在不断地摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平，这是发展趋势。

在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的水位进行自动控制。

比如自动控制冰箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。

虽然各种水位控制的技术要求不同、精度不同，但是基本的控制原理可以归纳为一般的反馈控制方式，他们的主要区别在于检测水位的方式、反馈方式、以及控制器上的区别。

随着单片机和微机技术的不断发展，由PC机和多台单片机构成的多机向网络发展。

单片机自问世以来，性能不断地提高和完善，体积小、速度快、功率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，干扰性强，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的水位是个很好的选择。

基于51单片机的液位控制系统既满足系统精度的要求，同时具有可靠性[2]。

不论社会经济如何飞速，水在人们的正常生活和生产中起着重要的作用。

一旦断了水，轻则个人民带来极大地不便，重则可能造成严重的生产事故及损伤，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。

如果仍然使用人工的方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，因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、平稳的水压的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。

一般工厂使用的水箱，体积都比较大，所以对水位的控制需求就相应的大了，而且随着工业上使用比较多，对水位的控制精度要求也高。

由于自动化技术在矿企业的广泛应用，水位自动控制技术越来越频繁地进入到自动控制系统设计者的视线。

2 系统设计方案比较说明对于水位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有两种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式。

两种方式的实现如下：（1）简单的接线式控制方式。

其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。

存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现（2）复杂控制器控制方式。

这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量来控制其输出电压变化，进而调节电机转速，以达到控制水箱水位的目的[3]。

针对上述两种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式。

最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。

根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的水位高度，并与开始预设值进行比较，由单片机控制固态继电器的开断进行水位的调整，最终达到液位的与设定值。

检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水，检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。

现场实时显示测量值，从而实现对水箱水位的监控。

3 水位控制系统的原理和设计方案3.1 水位控制系统组成系统采用单片机作为数字控制器的处理器，其中，由压力变送器传送来的电压信号经过A/D转换传送给单片机，然后由单片机控制电动执行机构，具体结构如图3.1所示。

图3.1水位控制原理框图3.2 单片机系统组成及工作原理本系统主要是由ATMEL公司生产的单片机AT89C51芯片为核心，加上一些外部原件，构成了硬件电路。

AT89C51是一种带4K字节FLASH可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，与标准的MCS-51指令集和输出管教相兼容。

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基于AT89C51单片机的水位控制系统设计

基于AT89C51单片机的水位控制系统设计

基于AT89C51单片机的水位控制系统设计1 引言1.1 设计目的在工农业生产中，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，因此一个安全合适的水位系统是很必要的。

1.2 设计要求利用单片机设计一个水位控制系统，要求用开关来模拟水位的状态，当设定完水位后，系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。

具体要求如下：1、设计单片机工作系统电路。

2、通过键盘设置其预定水位，根据水位不同控制电机的旋转。

5、利用Proteus进行仿真。

1.3 设计方法本设计是采用AT89C51单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水体液位控制系统,采用八个键盘来模拟水位, CPU循环检键盘输入状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位数据,实施报警安全提示,当水体液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动打开排水泵。

2 设计方法和原理2.1 水塔水位的控制原理单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。

在正常情况下．水位应控制在虚线范围之内。

为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C。

用以反映水位变化的情况。

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(底端靠近水池底部．不能过低，要保证有足够大的流水量)。

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，由于水的导电作用。

使B、C棒均与+5 V连通。

因此B、C两端的电压都为+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；随着水量的减少，当水位处于上、下限之间时。

基于单片机的超声波水位控制器的设计

基于单片机的超声波水位控制器的设计

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。

基于单片机的水位监控系统设计

基于单片机的水位监控系统设计

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。

基于单片机的水位检测控制系统设计

基于单片机的水位检测控制系统设计

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。