水位控制系统设计

1目录前言………………………………………………………………第一章设计思路与方案…………………………………………1.1设计思路…………………………………………………………1.2方案设计………………………………………………………1.3方案论证…………………………………………………………第二章系统组成与工作原理…………………………………………2.1系统组成…………………………………………………………2.2系统工作原理……………………………………………………第三章单元电路设计………………………………………………3.1传感器的选用………………………………………………3.2稳压电路的设计………………………………………………3.3单片机控制处理电路…………………………………………3.4光报警显示系统电路…………………………………………3.5继电器控制水泵加水电路…………………………………………第四章程序设计……………………………………………………4.1程序流程图………………………………………………4.2汇编程序………………………………………………第五章系统仿真………………………………………………第六章产品制作与调试…………………………………………5.1PCB板设计………………………………………………5.2元器件检测…………………………………………………5.3产品调试……………………………………………………5.4产品安装……………………………………………………结束语……………………………………………………参考文献…………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………附录一系统的总的原理图2附录二PCB版图附录三元件清单前言高塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，在我们的指导老师江老师的启发之下，我们对邵阳的住宅供水情况进行了调查，根据调查在邵阳或者我们衡阳的农村甚至城市兴建的许多的房子现在都要实现自来水供水，所以在许多的家庭的楼顶都砌了一个高塔用来存储用水，然后对整个房子的用水进行供给。调查的过程当中我们发现，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。引起了老百姓的抱怨----水用完只前，不知道水已经很少，待用完后才知晓，如果是急需水的情况下，那就十分麻烦要等加水后才有水用；加水的过程当中，还需要人时刻检查水位情况，以防止水量超过最高水位线；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控制系统的诞生。另外，现在许多的锅炉系统、防洪系统也需要对水位进行控制，以能够方便地控制水位，对不同的水位进行报警，所以如果研制了一种很好的水位控制装置便能够很好地造福人民。我们学习了《单片机》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电路》等知识，为我们此次设计打下了良好的基础。基于我们的调查，感到现实生活急需要这样的水位控制系统，所以我们决定在老师指导之下设计与研制一种高塔水位控制系统作为我们本次生产实习的课题。相信本次的设计一定能够给老百姓的生活带来方便，也一定会具有广阔的市场前景，一定能够使我们电子设计能力得到很好的锻炼，使我们的理论和现实生活联系起来！3高塔水位控制系统设计与研究1.设计思路与方案1.1.设计思路随着社会的进步，人类生活水平的不断提高，现在许多家庭都要求能够进行家庭用水自动供水，基于调查我们决定设计一款简单实用，经济的高塔水位控制系统。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。1.2方案设计方案一：本方案采用555电路进行控制，即当水位探测传感器探测到低水位时送一个低于1/3VCC的低电平给NE555芯片,555的输出即为高电平驱动水泵加水;当在正常的水位时候,送给NE555为1/3VCC----2/3VCC的电平,即保持前一个水泵不加水的状态;当水位居于高水位时,给NE555电路一个高电平,这时NE555输出电平翻转为低电平,不能驱动水泵,水泵停止加水。555电路电源电路高塔水箱4图1.1方案一方框图方案二：本方案采用单片机80C52作为我们的控制芯片,主要工作过程是当高塔中的水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,然后单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮;当水位在正常范围内时,水泵加水,绿灯亮,;当水位在高水位时,单片机不能驱动水泵加水,黄灯亮。图1.2方案二方框图1.3方案论证第一种方案设计使用起来比较方便也简单,不用编程等软件方面的设计，但是没有稳压电路,使输入NE555芯片的电平十分不稳定,容易发生误判水位引起混乱的情况,且NE555电路只有一个输出端,不能接显示系统,所以不能完成显示功能。第二种方案中使用了单片机处理，单片机技术是信息时代用于精密测量的一种新技术。此系统使用过程中采用稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机不会产生误判的情况,由于80C52单片机有四端口32引脚能够非常方便地设计显示系统。综上,我们已经清楚地看到了两种方案的优劣,要能够很好地完成本次设计的各个指标和达到设计的目的,我们选择第二种方案作为我们的设计方案。单片机80C52电源电路水位检测传感器水泵加水系统水塔模型水箱显示系统稳压电路52.系统组成与工作原理2.1系统组成本系统由电源电路、水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、光报警显示电路、继电器控制水泵加水电路、以及高塔模型组成。主电气原理图如下。U3GDOUHEC320uFX112MHZC222pFC122pFSW-PBR11K+5VQ22N930Q12N930D5D5R42KR6100KR5100+5VQ52N930Q42N930D6D6R112KR13100KR12100+5VR21KR31KR91K+5VD7R1010KR72K+5VQ3NPNR82KV1VSINC41000uFC50.1uFC60.1uFC70.1uFGND12V5VVin1GND3Vout2U27805Vin1GND3Vout2U17812123J1CON3EA/VP31X119X218RESET9(RD)P3.717(WR)P3.616(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(T2)P1.01(T2EX)P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U489C52R141KR151K+5V+5VD1D2D4D3R161K+5V35421JUMPRELAY-SPDT123K1CON3D8GREEND9YELLOWD10RED123K2CON3图2.1系统原理图2.2系统工作原理当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+5V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，单片机经过分析，在P2.3口输出一低电平，驱动红灯亮，P2.0出来一个信号使光电耦合器GDOUHE导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+5V的电源导通，送入单片6机，单片机经过分析，在P2.2引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P2.0端出来一个低电平不能使光电耦合器导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三灯闪烁表示系统出现故障。3单元电路设计3.1传感器的选用传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，在现代科技领域中，传感器得到了广泛应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速反映。本设计当中我们采用的水位探测传感器简单易做，经济实惠。其外形轮廓如下：图3.1水位探测传感器外观图A为接+5V电源的线与水一直保持连通，B线为低水位控制线，当水位到达低水位的时候它不导通，水在正常范围内时，它导通。C线为高水位控制线，当它导通时，表示水已经为高水位。我们经过反复思考与实验，采用了细铜线作为我们的传感器制作材料。主要考虑了(1)细铜线的电阻率比较低，这样就可以避免由于电阻过大而使输出的电平过低，以致不能很好地驱动单片机工作(2)传电性能比较好，传电速率比较快，也就是说灵敏性非常好。(3)细铜线经济容易寻找，对我们在实验室做模型来说十分方便。在制作的过程当中，江老师给了我们大量的指导，建议我们用PVC塑料管包扎起+5VBC7来，在外部不要露出铜线，而是采用插针的办法接到PCB版上去。这样做有几个好处主要是(1)非常美观漂亮，让线路隐藏。(2)能够让各线路紧凑，不会互相产生干扰，接触的地方都让绝缘胶布包扎好了。本传感器的尺寸是A线是30CM，B线是20CM，C线是15CM，铜线直径是15MM.3.2稳压电路的设计我们设计的稳压电路如下:图3.2稳压电路原理图本电路的主要作用是使从传感器输出的电平能够稳定地输入单片机中，主要由三极官的两极放大稳定电路组成，其工作过程是水位探测传感器把探测到的电信号送给R12,如果送入的是高电平则R11、Q5、D3、Q4导通把低于1.4V的低电平稳定地送给单片机。如果是低电平送给R12则R11、Q5、D3、Q4均不能导通二是R13导通将把高于1.4V的高电平稳定的送给单片机。我们查找了相关资料以及我们自己在设计过程当中免去此稳定电路,发现有时候也能实现我们的设计目的,但是也有很多时候发生水位误判的情况,产生不稳定现象,所以我们认为此电路是不可缺少的。既然是控制系统,当然就要控制精确。3.3单片机控制处理电路我们选用AT89C52作为我们的控制芯片其引脚图如下：3.3.1AT80C52单片机系统的简介cCP1.1+5VQ4PN2222Q5PN2222R112kR12100R13100kD38（1）80C52是INTEL公司MCS-52系列单片机中最基本的产品，它采用NTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-52的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统.（2）80C52的封装80C52的封装如图所示（3）AT89C52在本设计中的作用我们采用AT89C52作为控制芯片,由于其内部有EPROM，容量已经够用，所以无需进行存储器的扩展。本设计当中，我们主要采用了P1.0、P1.1的灵活的I/O端口作用作为我们的低水位和高水位信号输入口，单片机通过软件的控制不断检测这个端口的输入电平，一旦发现则执行相应的控制程序，输出不同的信号给P2.3、P2.2、P2.1来告知水位情况即红、黄、绿分别表示水位在低水位状态，高水位状态，正常水位状态。然后，根据不同的水位决定是否通过P2.0口驱动水泵加水还是停止加水。图3.3AT89C52引脚图图3.480C52封装图3.4光报警显示统电路本电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。即红灯亮，其他两灯不亮表示是低水位状态，此时需要启动水泵加水；绿灯亮，其他两灯不亮表示在正常的水位线内；黄灯发亮，其他两灯不亮为高水位状态，水泵停止加水，三灯闪烁表示系统出现故障。图3.5光报警电路的原理图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.