基于单片机的液位控制器设计.doc

1 绪论 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。并 且目前，我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，即在楼顶或者另外建设 的高塔上面建个蓄水池以保证用户水压的恒定。目前大多数的住宅小区都是采用人工加 水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不便。所以这一切问题 的存在，都在呼唤一种简单经济的高塔水位检测报警控制系统的诞生。传统的控制方式 存在控制精度低、能耗大的缺点,而自动控制系统, 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。此装置成本低，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。 本次设计--- 基于单片机的液位控制器设计，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液位高度，并与开始预设定值做 比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。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 实现对水箱液位的监控。 液位控制器的硬件主要包括由单片机、液位传感器、键盘电路、数码显示电路、A／ D转换器、报警电路、控制水泵电路等。 设计的主要内容是：基于单片机实现的液位控制器是以8051芯片为核心，由键盘、数 码管显示、A／D模数转换、筒式电容传感器，电源和控制部分等组成。工作过程如下： 水箱(水塔)液位发生变化时，即把电容变化量转化成电压信号；该信号经过反相比例运 算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号，送入A／D转换器，A／D转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实 时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键 盘设置上限值,下限值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度 。 2 本课题主要研究内容 本设计是采用8051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，在 用液位传感器测液位的同时，CPU循环检测传感器输出状态，并用3位八段LED显示液位高 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，系统自动关闭水泵。 2.1系统硬件总体方案 系统的原理是采用电容式液位传感器对液面进行控制，并把液位状态通过模数转换器 ADC0809传到单片机中，再通过3位八段LED显示器显示出液位的测量值及报警安全提示。 用LED显示是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特 点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵，需要是否开启和关 闭驱动阀门的电动机。 2.2设计的研究进程 本设计第3章主要介绍了核心芯片8051及ADC0809转换芯片、MC14499芯片、74ls373芯 片、LED数码管、X25045芯片，对他们的端口、功能与用途进行介绍。第4章主要介绍了 系统的硬件设计，包括液位传感器设计，显示电路设计，键盘电路设计，继电器控制水 泵加水电路，报警电路，电源电路，看门狗电路，对它们的原理、结构和电路连接进行 了，在此我着重介绍了本设计所使用的传感器，因为传感器的性能在整个系统中起着非 常重要的作用，尤其对检测精确度起着重要的作用。第5章介绍了整个系统的软件设计。 3 主要芯片介绍 3.1核心芯片8051单片机 计算机芯片MCS-51是一个电脑晶片,英特尔公司生产系列。它是在MCS- 48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。所出的系列产品有8051、8031、8751。其代 表就是8051。其他系列的单片机都以它为核心,所以本设计采用的核心芯片是8051单片机 。CPU是它的核心设备,从功能上看,CPU包括两个部分:运算器和控制器,它执行对输入信 号的分析和处理。 整个系统电控部分以ATMEL公司的8051为核心芯片，控制信号采集、处理、输出三个 过程。这种芯片内置4KEPROM，因为系统要求控制线较多，如果采用8031外置EPROM程序 控制结构，则造成控制线不够；而8051却可以利用P0、P2口作控制总线，大大简化了硬 件结构，并可以直接控制键盘参数输入、LED数据显示，方便现场调试和维护，使整个系 统的通用性和智能化得到了很大的提高。 系统的原理是采用电容式传感器测量液体的液位值,通过单片机的转换与分析在LED上 显示及输出控制；根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否 到达危险高、低水位,需要关闭阀门。 图3-1 8051管脚图 上图是8051的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的