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基于at89c51单片机的水塔水位控制系统设计.doc
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2023-07-06
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基于at89c51单片机的水塔水位控制系统设计.doc
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兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
1
摘 要
供水是一个关系国计民生的重要产业。传统的人工供水方式,劳动强度大,工作效
率低,安全性难以保障,而水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统,为
此很有必要对水塔水位进行自动控制。为了达到节能的目的,提高供水系统的质量,考
虑采用单片机技术,设计出一套实用水位自动控制方案。该设计主要基于单片机的硬件
电路设计,在硬件基础上合理配合软件,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保
护、自动声光报警功能的控制系统,完成水塔水位控制系统的设计。该控制系统由单片
机控制部分、时钟显示部分、数码显示部分、电机控制部分、报警部分等构成。再利用
Proteus 和 Keil 软件完成水塔水位控制系统硬件电路以及控制程序的设计,并进行了系
统的调试和仿真。因为它具有电路简单、操作方便、性能良好、可靠性高等优点,因此
该设计具有一定的实用性。
关键字:供水;水塔水位;控制系统;单片机
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
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Abstract
Water is an important property in the people's livelihood. Traditional artificial water
supply is labor-intensive, low efficiency and difficult to guarantee security. However, the
water tower level control system is widely used in water supply system of our residential
community. For this reason, it is necessary for us to accomplish the automatic control of
water tower level. In order to achieve energy saving and improve the quality of the water
supply system, we can consider using Single-Chip Microcomputer technology and design a
practical water level automatic control scheme. The design is mainly based on single-chip
hardware circuit design. Based on hardware, the design is reasonable with software and
achieves a control system of automatic water level control, automatic protection and
automatic sound and light alarm. The control system consists of Single-Chip Microcomputer
control section, clock display section, digital display section, motor control section, alarm
section and so on. What’s more, we use Proteus and Keil software to complete the tower level
control system’s design of hardware circuit and control program and complete the control
system’s debugging and emulation. Because it has the advantages of simple circuit, easy
operation, good performance and high reliability. Therefore, this design has certain practical.
Keyword:water supply; water tower level; control systems; SCM
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
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目录
摘 要 .............................................................................0
Abstract .............................................................................1
1 绪论 ..............................................................................3
1.1 课题研究背景 ................................................................3
1.2 课题设计意义 ................................................................3
1.3 课题研究状况 ................................................................4
2 设计方法及原理 ....................................................................4
2.1 水塔水位的控制原理 ..........................................................4
2.2 系统总体设计方案 ............................................................5
3 硬件设计 ..........................................................................6
3.1 硬件设计方案 ................................................................6
3.2 主芯片 AT89C51 ..............................................................6
3.3 光报警及显示电路 ............................................................9
3.4 键盘连接电路 ................................................................9
3.5 复位电路 ...................................................................10
3.6 晶振电路 ...................................................................10
3.7 数据采集电路 ...............................................................11
4 软件设计 .........................................................................11
4.1 程序流程图及其分析 .........................................................11
4.2 系统软件设计 ...............................................................13
4.2.1Protues7 软件概况 ......................................................13
4.2.2Keil 介绍 ..............................................................14
4.3 Protues 与 Keil C 的联合仿真 ................................................15
4.4 Keil C 的调试步骤 ..........................................................15
4.4.1 建工程 ................................................................15
4.4.2 新建文件 ..............................................................16
4.4.3 调程序转换成 hex 文件 ..................................................17
4.5 加文件到 Protues ...........................................................18
5 系统调试及仿真 ...................................................................19
总 结 ..........................................................................21
致 谢 ...........................................................................22
参考文献 ............................................................................23
附录 ................................................................................24
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
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1 绪论
1.1 课题研究背景
在现在的科技发展中,科技给我们带来了丰富多彩,多样化的生活。在工业、国
防、科研等许多领域中,智能检测系统正发挥着越来越大的作用。而检测设备就像神经
和感官,源源不断地向人类提供宏观和微观世界的种种信息。
现代的水塔水位自动控制系统应包括一切以计算机(单片机、PC 机、工控机、系
统机)为信息处理核心的检测设备。所以,水塔水位自动控制系统包括了信息获取、信
息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说,水塔水位自动
控制系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。
水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛,比如水塔、地下水、水电站等
情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的,值班人员全天候地对水位的变
化检测然而这样的检测也容易出差错,因此急需一种能自动检测水位,并根据水位的情
况自动调节的自动控制系统。
水位检测可以有多种实现方法,如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本论
文采用单片机进行主控制,在水池上安装一个自动测水位的装置。利用水的导电性连续
全天候的测量水位的变化,把测量到的水位变化转换成相应的电信号,主控台应用单片
机对接收到的信号进行数据处理,完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。
1.2 课题设计意义
水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统,水塔供水的主要问题是
塔内水位应该始终保持在一定范围内,避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方
式存在控制精度低、能耗大的缺点,而自动控制原理是依据用水量的变化自动调节系统
的运行参数,保持水压恒定以满足用水要求,从而提高了供水系统的质量。而智能控制
系统的成本低,安装方便,灵敏性好,是节约水源,方便家庭和单位控制水塔水位的理
想装置。
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
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1.3 课题研究状况
目前,国内外用于自动上水控制装置主要有浮球降行程开关式、干簧管开关磁浮式、水压仪表接
点式、电极传导式等。较为流行的水塔自动上水系统主要经历了以下几个过程:
(1) 继电器式自动上水控制装置
其工作原理是通过接入 220V 继电器控制电路的 3 个探测电极来检测水位高低、
使继电器闭合或开启,控制水泵电动机的开停,达到控制水位的目的,控制电路较简单。
(2) 晶体管式自动上水控制装置
80 年代人们根据晶体管开关原理研制了晶体管式自动上水控制装置。其水位控制
器部分与目前市场上的许多产品类似,但加强了直流电源的稳压部分以及三极管导通与
截止的延迟电路。以进一步提高该装置稳定可靠的运行水平。其工作原理是水位高低控
制探测电极的两只日体三极管的导通,管断,从而控制继电器回路达到自动启动电动机
的目的来控制水位。
(3) 集成电路式自动上水控制
利用集成电路制作的工厂自动控制装置,较晶体管等分立元件制作更加先进,灵
敏可靠和耐用。
(4) 基于微处理器的水塔自动上水控制装置
采用现代高速处理的微处理器作为控制装置的核心元件,能够更加准确、及时的
对水塔自动上水装置进行控制。使得供水系统更加有力的得到了保障。
2 设计方法及原理
2.1 水塔水位的控制原理
单片机水塔系统水位控制原理如图 2.1 所示,图中虚线表示最高水位、最低水位
的位置。在正常状态下,水塔水位应控制在虚线范围内。所以,在水塔的不同位置放置
固定的 3 根金属棒 A、B、C。来检测水位的变化情况。如图 A 棒在最低水位,B 棒在最
低、最高水位之间,C 棒在最高水位。水塔由电动机带动水泵供水,则单片机控制电机
转动,随着水泵供水,水位不断上升,当水位上升到最高水位时,由于水可以导电,使
B、C 棒均与+5V 连通。此时 B、C 两端的电压都为 5V,即为“1”状态,此时应停止水泵
的工作停止电机的转动,不再向水塔供水,随着水塔中水量的减少,水位下降,处于最
高、最低水位之间时。B 棒和 A 棒导通,C 和 A 不能导通,B 端为“1”状态。C 端为
“0”状态。此时电动机带动水泵为水塔注水,使水塔水位上升,或者是电动机不工作,
水位不断下降,都应维持原有的工作状态;当水位处于最低水位时,B、C 棒均不能与 A
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