搜索
湖南工业职业技术学院学生毕业设计-I-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。本课题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；单片机湖南工业职业技术学院学生毕业设计-II-目录第一章绪论..........................................................................................................1第二章水塔水位控制硬件设计..........................................................................72.1基本要求.............................................................................................................................72.2硬件设计.............................................................................................................................7第三章软件部分................................................................................................173.1程序框图............................................................................................................................173.2C语言程序部分.................................................................................................................17第四章软件仿真................................................................................................194.1Protues介绍.......................................................................................................................194.2Keil介绍.............................................................................................................................194.3Protues与KeilC的联合仿真..........................................................................................194.4KeilC的调试步骤.............................................................................................................204.5加文件到Protues...............................................................................................................214.6仿真显示............................................................................................................................21总结......................................................................................................................27致谢......................................................................................................................28参考文献..............................................................................................................29附件一..................................................................................................................30湖南工业职业技术学院学生毕业设计-1-第一章绪论供水是一个关系国计民生的重要产业[1]。水位控制在日常生活及工业领域（工厂、农村、学校等水量大的场所）中应用相当广泛。而水位的自动控制和监测和水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。单片机是将RAM，ROM,定时器/计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上，这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机，简称单片微机或单片机。由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业控制要求设计的,常用于工业的检测和控制当中,因而也称为是微控制器或嵌入式控制器，它的出现使众多自动化控制系统得以实现。单片机不仅它功能强大、设计简单，而且制造很廉价，支持指令集较多[2]。因此，本设计对基于单片机的水塔水位控制器的研究有着重要的意义。水塔供水的主要目的是使塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生，因此要采用水位传感器测量水位变化。在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；在水塔水位达到正常水位的时候自动关闭电机，停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报，以及时排除故障，随时保证水塔的对外的正常供水作用。在当今社会经济高速增长的同时，水在人们的生活、生产中起着重要的作用。一旦出现缺水，轻则给人们生活带来极大的不便，重则出现造成严重的生产事故并造成不可挽救的经济损失。因此，对供水系统的控制显得十分重要。水塔是我国广泛应用的供水系统，传统的水塔水位控制方式存在很大的弊端，需要工作人员的时刻监控，不仅劳动强度大，而且工作效率低，最重要的是供水的安全性难以保障。而自动控制则不需要工作人员的时刻监控，水塔控制系统能自动地调节水塔中的水位以保持恒定，以满足人们生活中用水需求[3]。20世纪80年代以来，我国发展了以自记遥测为主的水位测量技术。它主要是建立自记水位计，实现水位自动采集、存储、远传。同期，还发展了无人立尺观测技术，这种技术采用激光测距仪与经纬仪接口配套组成的一套设备，利用激光测距仪无须反射棱镜测定距离（测距精度：0～5m）的性能，配以经纬仪测角测定目标高程的一种测量方法。湖南工业职业技术学院学生毕业设计-2-随着近代科学技术的发展和新材料新器件的开发，采用传感器研制水位计近年来有较大发展。主要采用的传感器有超声波[4]、光电、压力、接触式、浮于式等几种[5]。超声波式水位计是将换能器向水面发射超声波，测量超声波传播时间，计算出水位。压力式水位计也是不需要水位测并，其基本原理是测量静水压力来实现水深的测量，已采用过波纹管和水银位移式压力传感器等方法。固态压力传感器由于其灵敏度高、体积小、寿命长、且有抗腐蚀性而受到重视，但由于半导体传感器受温度影响大等原因，使其实用性受到限制。近年来固态传感器温度自动补偿问题有了进展，固态压阻式水位计已经得到应用。接触式水位计使用机电的方法用探头跟踪井内水面高低变化测量水位，已在少数领域使用，浮子式水位计，利用水球（或其它浮子）作敏感器件，避免了温度、湿度等因素的影晌，性能稳定，工作可靠，因而得到长期使用和发展。单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易[6]。正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制[7]、自动检测、智能仪表[8]、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。因此，可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。虽然单片机的引入使控制系统大大“软化”，但与其它计算机应用问题相比，单片机控制应用中的硬件内容仍然较多，所以说单片机控制应用有软硬件相结合的特点。为此，在单片机的应用设计中需要软、硬件统筹考虑，设计者不但要熟练掌握汇编语言等编程技术，而且还要具备较扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。水塔水位最重要的就是对水塔水位进行精确的探测[9]，水塔水位的控制系统主要是基于单片机的水塔水位控制系统和基于PLC的水塔水位控制系统。PLC即可编程序控制器，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等各类操作指令，并湖南工业职业技术学院学生毕业设计-3-通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化[10]，PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。基于PLC的水塔水位控制系统是以PLC为核心，对水塔水位自动控制系统的功能进行性进行需求分析。可以实现对水塔水位的自动控制和监测[11]。主要实现方法是通过传感器检测水塔水位的实际水位，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，经A/D转换后，进行数据比较，来控制抽水电机的动作，同时进行数据还原，显示水位具体信息，如果水位低于或高于某个设定值时，就会