单片机水塔水位控制系统

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基于单片机的水塔水位自动控制系统的设计【开题报告】

开题报告电气工程及其自动化基于单片机的水塔水位自动控制系统的设计一、课题研究意义及现状不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。

一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，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。

如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由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、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。

该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。

本次课题的研究意义：1.通过这次的设计，更加深了对单片机理论方面的理解。

2.掌握单片面的内部模块的应用。

3.了解和掌握单片面应用系统的软硬件的设计过程，方法及实现。

4.通过这次的商讨也培养了我独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。

5.通过外文翻译在一定的程度上加强了我的阅读能力。

水箱水位控制系统的技术已比较成熟,有简单机械式控制装置的系统,也有复杂控制器控制的系统。

目前对水箱水位控制的系统大致可分为以下2种:(1)机械式控制系统。

机械式控制系统结构简单、成本低廉。

但这种控制装置故障多,误动作多,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。

(2)交流调压/变频调速控制系统。

该系统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;经由D/A变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速, 以达到控制水箱水位的目的。

二、课题研究的主要内容和预期目标随着城市高层建筑供水问题的日益突出，保持供水的自动控制、提高供水质量是相当重要的；同时要求保证供水的可靠性和安全性。

水塔水位单片机课程设计

水塔水位单片机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单片机的基本工作原理，掌握其编程方法。

2. 学习并掌握水位传感器的使用，了解其工作原理和特性。

3. 学习并掌握水塔水位监测系统的设计方法和实现过程。

技能目标：1. 能够运用单片机进行简单的程序编写，实现水塔水位的监测与控制。

2. 能够独立操作水位传感器，进行数据采集和处理。

3. 能够结合实际需求，设计出符合要求的水塔水位监测系统。

情感态度价值观目标：1. 培养学生动手实践、解决问题的能力，增强其对单片机及传感器技术的兴趣。

2. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力。

3. 增强学生的环保意识，使其认识到水资源监测的重要性。

课程性质：本课程为实践性课程，结合理论知识与实际操作，培养学生动手能力。

学生特点：具备一定的单片机知识基础，对传感器技术有一定了解，喜欢动手实践。

教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生自主探究，关注学生在实践过程中的问题解决能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决中，提高其综合素质。

二、教学内容1. 单片机基础：复习单片机的基本原理，重点掌握I/O口编程、中断处理、定时器等基本功能。

教材章节：《单片机原理与应用》第1-3章。

2. 水位传感器原理与使用：学习水位传感器的工作原理、特性及接线方式。

教材章节：《传感器与检测技术》第5章。

3. 水塔水位监测系统设计：a. 系统需求分析：明确监测系统的功能需求，如水位范围设定、报警等。

b. 硬件设计：选择合适的单片机、传感器、执行器等，完成系统硬件电路设计。

c. 软件设计：编写单片机程序，实现水位监测、数据处理和报警等功能。

教材章节：《单片机原理与应用》第4章、第6章，《传感器与检测技术》第6章。

4. 实践操作：分组进行水塔水位监测系统的搭建和调试，包括硬件连接、程序下载、功能测试等。

5. 课程总结：对所学内容进行总结，分析系统设计的优缺点，探讨改进措施。

基于单片机的水温水位控制系统设计

四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先，单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。

基于单片机的智能水塔水位控制系统设计_袁新娣

基于单片机的智能水塔水位控制系统设计＊袁新娣(赣南师范学院物理与电子信息学院,江西赣州　341000)摘　要:为了克服传统的浮子系统控制水塔水位的不足,本论文设计了一种实时无线水位智能监测系统,该系统以A T 89S 52单片机为核心,通过安装在水塔上的超声波传感器测量出水位后,单片机与设定的水位上下限进行比较决定是否接通或断开抽水机电路,同时该单片机通过无线发射器把数据发至中控室的单片机以显示水塔水位.论文从硬件设计与软件设计两方面进行了阐述.实践表明:该系统简单可靠,实用性较强.关键词:水位;单片机;超声波传感器;无线发射器中图分类号:T P 212.11 文献标识码:A 文章编号:1004-8332(2010)06-0052-031　系统概述目前,我国处理生活或工厂供水主要采用的是水塔形式,为了防止水塔水位过高而溢水,或水过少而出现用水时的等待现象,应当控制塔内水位始终保持在一定范围.目前,控制水塔水位常用的方法是由浮子检测水位,通过浮子杠杆原理接通或断开抽水机工作电路,这种系统精确度与可靠性都不高,而且很难实时查看水位高低,如果要调整控制水位的上下限也非常不方便.本论文设计了一种智能水位控制系统,首先通过传感器实时检测水塔水位,然后把水位数据传送到水塔处的单片机,单片机把数据与所设定的水位上下限作比较,如果水位低于下限,则启动抽水机抽水,保证水塔的水足够,如果水位达到了上限,则及时停止抽水,防止“溢塔”而浪费水,并且水位的上下限随时可以根据实际情况由拨码开关进行调整;同时该单片机控制无线发送器把水位数据发送到中央控制室的单片机处显示,实现实时监测目的.此系统可以对单个水塔水位进行控制,也可以扩展到对一定距离范围内的多个水塔进行控制.2　系统硬件设计2.1　系统框图图1　系统总体框图系统总体框图如图1所示.由图中可以看出,系统主要由水位检测及无线发送部分和水位数据无线接收两部分组成,控制的核心元件是单片机.图1中的(a )部分是安装在水塔处,(b )部分安装在中央控制室实现水位显示.其中(a )的超声波接收与超声波发送模块用于水位的测量,N R F 24L 01无线发送模块用于把水位数据实时发送到(b )中的N R F 24L 01无线接收器.数据的显示使用液晶显示器L C D 1602.在实际运用中,水位检测及无线发送部分可以扩展到125个,而水位数据无线接收部分只需一个,这就是多发一收,从而实现对一个区域内多个水塔的水量进行监测控制.2.2　系统主要模块硬件设计2.2.1　单片机控制器的介绍该系统中,单片机是控制的核心模块,分析处理传感器检测的数据,接收或发送数据等.本系统采用的单片机是A t m e l 公司生产的A T 89S 52,该单片机是一种低功耗、高性能C M O S 8位微控制器,使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C 51产品指令和引脚完全兼容.A T 89S 52具有以下标准功能:8k 字节F l a s h ,2010年赣南师范学院学报 №.6第六期 J o u r n a l o f G a n n a n N o r m a l U n i v e r s i t y D e c .2010＊收稿日期:2010-09-15 修回日期:2010-10-19　作者简介:袁新娣(1974-),女,江西瑞金人,赣南师范学院物理与电子信息学院讲师,主要从事电子信息方面教学与研究.DOI :10.13698/j .cn ki .cn36-1037/c .2010.06.026256字节R A M ,32位I /O 口线(P 0,P 1,P 2,P 3),看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路等,更详细的原理请参照参考文献[1].2.2.2　超声波收发器模块的设计本系统使用超声波收发器作为测量水塔水位的传感器.该器件能测量自身到水面之间的距离,由超声波发送电路和超声波接收电路组成,本模块的设计主要参照了参考文献[2]来进行的.超声波发射电路原理如图2所示,单片机的P 2.4端口发出40K H Z 的方波信号,然后信号分成两路送出,其中的一路经反向器74L S 4069后送到超声发射管T 的一个电极,另一路经两次反向后送到发射管T 的另一个电极,这样做目的是为了增强超声波发射强度和提高电路驱动能力.电阻R 1和R 2作为上拉电阻作用有两个:第一是提高反向器输出高电平的驱动能力;第二是增加超声波发射管T 的阻尼系数,缩短自由振荡的时间.超声波接收电路原理如图3所示,该部分主要由超声波接收探头R 及红外检波接收芯片C X 20106A 组成,因接收芯片C X 20106A 的载波频率为38K H Z ,而上述超声波发射电路发出的超声波频率为40K H Z ,两者较为接近,所以利用该芯片制作超声波接收电路.实验表明,无超声波信号时C X 20106A 输出高电平,有信号时输出一个脉冲信号,且具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力.图2　超声波发射电路图3　超声波接收电路图4　n R f 24l 01与A T 89S 52连接电路当系统工作时,由单片机P 2.4端口发出的40K H Z 的方波信号经过驱动电路使超声波发射器T 发出一定强度的超声波信号,当超声波信号遇到障碍物时就会被反射回来,反射回来的超声波信号被超声波接收器R 所接收,接收到的信号经过信号处理电路的处理送入到单片机的P 3.2端口,单片机根据发送与接收的时间差计算出传感器到水面的距离X ,再由安装时传感器到水塔底部的距离H (已知值),计算出当前水的剩余量h =H-X .2.2.3　N R F 24L 01无线发送器与无线接收模块设计发送器安装在水塔单片机处,接收器安装在中控室单片机处,发送器用来实时发送当前的水位数据,接收器实时接收发送器发来的水位信号,实现远程监测的目的.N R F 24L 01是无线数据传输单片射频收发芯片,工作于2.4～2.5G H z 、I S M 频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置,芯片能耗非常低[3].N R F 24L 01是一个独立的模块,通过S P I 接口和外部控制器件进行数据交换,如果外部控制器件没有S P I 接口可以用普通I /O 口模拟,本系统选用的A T 89S 52则带有可灵活配置的S P I 接口可以方便地和N R F 24L 01连接.单片机与N R F 24L 01的连接如图4所示,电源为3.3V .2.2.4　抽水机模块设计抽水机控制主要是通过用小电压去控制抽水机的工作电路,这里用单片机的P 1.5和P 1.6去控制双向可控硅的通断,从而控制抽水机电路的通断.电路图如图5所示.图5　抽水机控制电路抽水机控制电路中,既能用单片机去控制,也可通过手动去控制,这使得抽水机的控制更灵活,也可避免当单片机控制器出错时,抽水机失控的情况.当开关S W 2闭合时,单片机发出的通断信号可以被抽水机接收,实现在下限水位自动抽水与上限水位自动停止抽水,此时只要手动改变开关S W 1的状态就可将当前的抽水机工作状态切换为相反,所以既体现了手动控制也体现了自动控制.当开关S W 2打开时,也就断开了自动控制功能,此状态主要用于当单片机控制异常时,断开自动控制信号,但此时手动53第6期袁新娣　基于单片机的智能水塔水位控制系统设计控制功能还是存在的,只要改变开关S W 1的状态也可将抽水机状态切换为相反.2.2.5　测量范围设置模块及显示模块的设计这两个模块相对比较简单,测量范围设置也即水位控制的上下限设置,主要由拨码开关组成,通过单片机的P 1.0～P 1.3口去识别拨码开关各个位的输入状态,输入状态决定对应的测量范围,我们可以根据实际的水塔高度设置水位的上下限. 图6　系统软件主流程图水位的显示使用的是L C D 1602液晶模块,L C D 1602内部的字符发生存储器(C G R O M )已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等.每一个字符都有一个固定的代码,所以对该部分的编程也变得简单了.该系统的中控室单片机连接的L C D 1602与水塔处单片机连接的L C D 1602显示的内容同是水塔的水位,与单片机的连接也是相同的,即将单片机的P 0.0～P 0.7对应接到1602的7～14脚作为数据引脚,P 2.5～P 2.7对应接到1602的4～5脚作为控制引脚,电源用5伏.3　软件设计本系统软件采用C 语言进行开发,软件部分也主要分为两个部分,第一是水位检测并无线发送水位数据部分;第二是水位数据无线接收部分,主流程图如图6所示.超声波发生子函数是通过单片机的P 2.4端口发送8个超声波脉冲信号,同时把定时计数器T 0打开进行计时.水位检测主函数利用外中断0检测返回的超声波信号,一旦接收到返回的超声波信号(即I N T 0引脚呈现低电平),立即进入中断服务函数.进入中断后,首先关定时计数器T 0停止计时,将测距成功标志位赋1,并将信号传送的时间值转换为信号传输的距离值;然后再将此距离值转换为水的剩余量,并显示;最后根据剩余量值判断是抽水还是不抽水,如果水的剩余量大于等于90%,则停止抽水,如果水的剩余量小于等于10%,则开始抽水,如果水的剩余量在10%到90%之间,则抽水机保持当前状态.如果等待30M S 接收不到超声波信号,则不进入距离计算函数,但还会有显示,显示的是上一次测得的数据,但无论如何都会无线发送当前显示的数据.在无线接收程序中只要有数据发过来,就进行实时接收与显示.(程序略)4　结束语本系统的设计实现了对水塔水位的精确控制与检测,并且可以方便地根据实际情况调整测量范围,能有效地防止“空塔”和“溢塔”的现象.该系统设计简单,成本便宜,使用方便,稳定性较好,具有很好的实用意义.参考文献:[1]　孙育才,王荣兴,孙华芳.A T M E L 新型A T 89S 52系列单片机及其应用[M ].北京:清华大学出版社,2006.[2]　李永鉴,刘国安.简易超声波测距仪的制作[J ].福建电脑,2006(7):131-132.[3]　刘靖,陈在平,李其林.基于n R F 24L 01的无线数字传输系统[J ].天津理工大学学报,2007,23(3):38-40.D e s i g na b o u t Wa t e r T o w e r 's Wa t e r L e v e l C o n t r o l S y s t e mB a s e d o nS i n g l e -c h i pC o m p u t e rY U A NX i n -d i(S c h o o l o f P h y s i c s a n dE l e c t r o n i c a l I n f o r m a t i o n ,G a n n a n n o r m a l u n i v e r s i t y ,G a n z h o u 341000,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o o v e r c o m e t h e s h o r t c o m i n g o f t h e t r a d i t i o n a l w a t e r t o w e r 's w a t e r l e v e l c o n t r o l s y s t e m,a n i n t e l l i g e n t a n d r e a l -t i m e w a t e r l e v e l c o n t r o l s y s t e mi s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r .T h i s s y s t e m i s m a n a g e db y t w o s i n g l e -c h i p c o m p u t e r s A T 89S 52.A f t e r t h e u l t r a s o n i c s e n s o r m e a s u r e s t h e w a t e r l e v e l ,t h e A T 89S 52a n a l y z e s t h e d a t a a n dd e t e r m i n e s t h e w o r k i n g s t a t e o f t h e p u m p b a s e d o nt h e s e t w a t e r l e v e l .A t t h e s a m e t i m e ,t h ed a t aa b o u t w a t e r l e v e l i s t r a n s m i t t e dt h r o u g h w i r e l e s s t r a n s m i t t e r t o a n o t h e r A T 89S 52a n dd i s -p l a y s i n t h e c o n t r o l r o o m .T h e h a r d w a r e a n ds o f t w a r e a b o u t t h e c o n t r o l s y s t e ma r e d e s c r i b e d i nt h e p a p e r .E x p e r i m e n t s h o w e d t h a t t h e s y s t e m i s s i m p l e a n dr e l i a b l e .K e yw o r d s :w a t e r l e v e l ,s i n g l e -c h i pc o m p u t e r ,u l t r a s o n i c s e n s o r s ,w i r e l e s s t r a n s m i t t e r 54赣南师范学院学报 2010年。

基于单片机的水塔水位控制系统

摘要水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。

该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机STC89C52进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并采用C 语言编写控制程序，从而实现电机的调速。

最后，使用带字库的LCD1602液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。

该系统实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理、手动按键调整PWM(Pulse Width Modulation)电机调速等功能。

本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。

关键词：单片机控制；水位检测；LCD1602显示；PWM电机调速ABSTRACTThe water tower is commonly seen in daily life and industrial as application of storage device. The system is based on single-chip microcomputer control system help to keep water towers in certain water level and according to the automatic level of control to supply the needs of water. Water level sensor is used for towers on the examination detect signal and transfer the signal to STC89C52 , through the adjustment of the time to increase or narrow the duty ratio, and using C language program, so as to realize the compilation control of motor speed. Finally, current levels and motor speed are shown with 1602 LCD screen in this system. This system realizes the buzzer low level alarm, low whistle warning level automatic processing, normal level alarm or normal water buzzer sirens and manual buttons Pulse Width Modulation. This system realizes the automatic control in different water situation of water to save the working time, speed, and also improves the overall efficiency of water towers.Key Words：SCM control; Water detection; LCD1602 display; PWM motor speed;目录1引言 (1)1.1课题简介 (1)2系统的整体方案设计 (3)2.1功能要求 (3)2.2设计要求 (3)2.3系统基本方案选择和论证 (3)2.3.1单片机芯片的选择方案论证 (4)2.3.2显示模块选择方案论证 (4)3系统的硬件设计 (5)3.1电路设计框图 (5)3.2MCU主控芯片简介 (5)3.2.1主控制器芯片STC89C52概述 (5)3.2.2芯片下载程序 (7)3.3液晶屏1602的简单介绍 (7)3.3.1液晶屏1602的简要概述 (7)3.3.2液晶屏1602的使用具体 (8)3.4系统功能电路 (12)3.4.1最小工作系统原理 (12)3.4.2蜂鸣器报警电路原理 (14)3.4.3电机驱动电路原理 (14)3.4.4按键功能电路原理 (15)3.4.5液晶1602显示功能电路图 (15)3.5系统总体原理图设计 (16)4系统的软件设计 (17)4.1编程语言介绍 (17)4.1.1C语言简介 (17)4.1.2C语言的特点 (17)4.1.3C源程序的结构特点 (18)4.2PWM调速控制概述 (19)4.2.1PWM脉宽调制简介 (19)4.2.2PWM调节的具体过程 (19)4.3系统程序的设计 (20)4.3.1程序设计步骤 (20)4.3.2软件的安全冗余设置 (21)4.3.3程序流程图 (21)4.4程序源代码 (23)5调试 (24)5.1调试过程 (24)5.2电路检测 (24)5.2.1调试步骤 (24)5.2.2调试遇到的问题及解决方案 (25)5.3功能实现 (25)结论 (26)参考文献 (27)附录一系统原理图 (28)附录二程序源代码 (29)致谢 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

水塔水位控制系统设计毕业设计

目录第1章概述 (2)1.1 背景介绍 (2)1.2 设计要求及意义 (3)第2章系统方案的设计 (4)2.1 总体设计方案 (4)2.2 系统组成 (6)第3章硬件设计 (6)3.1 单片机的简要介绍 (6)3.2 水位检测电路 (8)3.3 水质检测电路 (9)第4章软件设计 (10)4.1 水位控制程序 (10)4.2 水质检测程序 (12)第5章系统调试及说明 (15)5.1 软件调试 (15)5.2 硬件调试 (19)5.3 使用说明和注意事项 (20)第6章总结 (21)第7章致谢 (22)第8章参考文献 (23)第9章附录 (24)9.1 源程序清单 (24)9.2 总电路原理图 (29)第1章概述1.1 背景介绍随着科学技术的发展, 单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统, 智能仪器和家用电器中得到广泛使用。

在实时检测和自动控制的单片机使用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用。

水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作, 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；在水塔水位达到水位上限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。

水塔是在日常生活和工业使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。

不论社会经济如何飞速, 水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。

一旦断了水, 轻则给人民生活带来极大的不便, 重则可能造成严重的生产事故及损失, 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。

如果仍然使用人工方式, 劳动强度大, 工作效率低, 安全性难以保障, 由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、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。

该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。

基于单片机的水塔水位控制系统设计

基于单片机的水塔水位控制系统设计社会在不断的发展和进步，人们的生活水平也在逐步提高和发展，我们的生活已经越来越离不开便捷的全自动控制系统，微型计算机发展是其中的一个不可或缺的重要分支，单芯机具有高可靠性，高性价比，低功耗，低电压等优点，以单片机为核心的全自动控制系统已经取得了广泛的应用前景和使用范围。

本篇论文是基于单片机的水塔水位检测系统设计。

设计该系统主要是针对应用单片机的自动运行技术，使得水塔水位始终保持在一定范围内，从而确保连续正常的供水。

本设计是以STC89C51单片机为核心的水塔水位检测系统，用以检测水位并对其进行控制、报警以及相应的处理功能，同时在Proteus仿真软件环境中进行仿真测试。

测试结果表明，设计的系统具有一定的检测和控制功能，并且能够应用于实际生产生活当中。

关键词：水位检测；单片机；报警；1 绪论 (5)1.1研究背景 (5)1.2国内外研究现状 (5)1.3研究目的与意义 (6)2 系统总体设计 (7)2.1设计要求 (7)2.2系统设计方案 (7)2.3系统工作原理 (8)3 系统硬件设计 (8)3.1硬件设计 (8)3.2中央处理器模块 (12)3.3继电器控制阀门模块 (13)3.4水位检测系统的整体电路仿真图 (13)4 系统软件设计 (14)4.1软件功能概述 (14)4.2主程序设计 (14)4.3LED显示子程序 (15)5 联调与测试 (16)5.1调试过程 (16)5.2硬件调试 (16)5.3软件调试 (16)5.4功能实现 (16)结论 (17)附录A：系统原理图 (20)附录B：系统PCB图 (21)附录C：系统仿真图 (22)附录D：系统源程序 (23)1.1 研究背景在现实生活生产当中，经常会遇到测量液体液位的问题。

国家工业在迅速发展，液体液位测量技术也被广泛应用到化学化工、医学药物、食品安全、石油开采等各行各业中。

液氧、液氮等低温液体现如今也得到了广泛的应用，因此，作为贮存相应低温液体的容器也要保证能承受其相应的载荷；在冶炼工业中，锅炉汽包液位、除氧器液位、汽轮机凝气器液位、高、低压加热器液位等，保持在一定范围内是设备安全运行的基础保障；在实际科研与学习当中也经常会遇到需要进行液位测量与控制的实验装置。

基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真

基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真水塔水位控制系统是一种常见的智能控制系统，通过监测水塔的水位并控制水泵的开关来实现自动化的水位调节。

本文将设计并仿真一种基于单片机的水塔水位控制系统。

系统设计的主要组成部分包括水位传感器、单片机控制模块、水泵和相应的电路。

水位传感器用于检测水塔的水位，单片机控制模块用于接收传感器的信号并根据设定的水位控制算法来控制水泵的开关。

首先，需要选择适合的水位传感器。

常用的水位传感器包括浮球式、电容式和超声波测距式传感器。

考虑到水塔中水位的变化范围较大，选择电容式传感器较为合适。

接下来，将水位传感器与单片机控制模块进行连接。

通过模拟引脚将传感器的输出信号输入到模拟转换模块，然后转换为数字信号输入到单片机的IO口。

然后，需要编写单片机的控制程序。

程序的主要功能包括读取传感器的信号、根据设定的水位阈值判断水位高低、控制水泵的开关。

例如，当水位低于设定的最低水位时，单片机通过IO口输出高电平来打开水泵的电源；当水位高于设定的最高水位时，单片机通过IO口输出低电平来关闭水泵的电源。

最后，需要设计水泵的电路。

水泵的电源需要接入单片机控制模块，通过继电器来控制水泵的开关。

当单片机输出高电平时，继电器吸合，水泵开始工作；当单片机输出低电平时，继电器脱离，水泵停止工作。

系统设计完成后，可以进行仿真测试来验证系统的功能和性能。

通过设置不同的水位阈值和模拟水位传感器的输出信号来模拟不同的水位变化情况，观察系统是否能够稳定地控制水泵的开关。

如果系统运行正常，则可以进一步进行硬件实现和调试。

总结起来，基于单片机的水塔水位控制系统设计包括选择适合的传感器、编写控制程序、设计水泵的电路等步骤，并通过仿真测试来验证系统的功能和性能。

这种系统的优势在于能够自动实现水位的控制，提高了水资源的利用效率，减轻了人工操作的负担。

同时，可根据实际需要进行系统的定制和优化，提高系统的稳定性和可靠性。

水塔水位控制系统

水塔水位控制系统水塔水位控制系统是一种能够监测和控制水塔水位的智能化系统。

水塔作为储存和供给水源的设施，其水位的控制和管理对于保证正常的供水是至关重要的。

传统的水塔水位控制方式主要依靠人工监测和控制，但这种方式存在人力资源浪费、不够高效和容易出现人为错误等问题。

所以，采用水塔水位控制系统能够实现智能化的水位监测和控制，提高供水管理的效率和质量。

水塔水位控制系统主要由水位传感器、单片机控制器、执行器和数据处理单元组成。

水位传感器用于感知水位的高低，传输给控制器；单片机控制器负责接收并处理传感器传过来的数据，并根据预设的监测参数和逻辑，控制执行器进行相应的调节操作；执行器则根据控制器的指令，控制水流进出水塔，从而调节水位；数据处理单元则负责对监测数据进行存储和分析。

水塔水位控制系统的工作原理如下：首先，水位传感器通过测量水位的高低，将信号传输给控制器。

控制器接收到信号后，通过单片机处理器进行数据处理，并根据事先设定好的监测参数和逻辑进行判断和决策。

例如，当水位过低时，控制器会通过执行器控制阀门打开，让水流进入水塔，增加水位；当水位过高时，控制器则会通过执行器控制泵站排水，降低水位。

这样，系统就能够自动调节水位，保持在合适的范围内。

水塔水位控制系统具有以下几个优点：首先，它能够实现实时监测和控制水位，不需要人工干预，避免了人为错误的发生。

其次，系统具有高度的智能性，可以根据事先设定的参数和逻辑进行自动调节和控制，提高了供水管理的效率和质量。

再次，系统具有较高的可靠性和准确性，传感器精准地测量水位，数据处理单元对监测数据进行存储和分析，保证了数据的准确性和稳定性。

最后，系统结构简单、维护容易，降低了维护成本和管理难度。

水塔水位控制系统的应用范围广泛，可以用于城市供水系统、建筑工地、农田灌溉等多个领域。

在城市供水系统中，水塔水位控制系统能够自动控制和调节水位，保证正常供水，解决人工监测和调节不及时的问题。

基于单片机的水塔水位监测报警控制系统概要

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株洲师范高等专科学校物理与电子工程系毕业论文基于单片机的水塔水位监测报警控制系统姓名：刘治标指导老师：专业：应用电子技术班级： 07级应用电子班学号： 04207108时间：错误！未找到引用源。

摘要本设计从分析水塔水位报警器的原理和设计方法入手，主要基于单片机的硬件电路和语言程序设计, 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。

本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。

同时对各个部分进行了详细的论述，并给出了主要的流程图和软件设计程序。

这是个简单而灵敏的监测报警电路，操作简单，接通电源即可工作。

因为大部分电路采用数字电路，所以本水位监测报警器还具有耗能低、准确性高的特点。

关键词：单片机；水位自动控制From the analysis of the design of the towers level alarm principle and design method of the main based on single-chip microcomputer hardware circuit andprogramming language, achieve a level to realize automatic control, automatic protection and automatic control system of the audible and visual alarm function. This system consists of A/D conversion parts and single-chip microcomputer control section, digital display section, motor drive, motor control parts etc. For each part discussed in detail, and gives the main flow chart and design of the software program. This is a simple and sensitive monitoring alarm circuit, simple operation, turn on the power can work. Because most of the circuit USES digital circuit, so the water monitoring alarm also has low energy consumption and high accuracy.目录摘要 ........................................................................................................................................... (I)第一章绪论 . (1)第二章水位控制硬件设计 . (2)2.1 基本要求 . (2)2.2 硬件设计 . (2)2.2.1 电路总体框架图设计 . (2)2.2.3 水塔水位控制电路 . (5)2.3 数码管与LED 显示 (6)2.3.1 相关芯片简介 . (7)2.3.2 显示部分工作原理 . (7)2.4模数转换 . (9)第三章．软件设计 . (12)3.1整体设计 . (12)3.3.1主程序流程图 . (12)3.4.2 数据采集程序 . (15)结论 ........................................................................................................................................... (24)参考文献.........................................................................................................................................25致谢 ........................................................................................................................................... .. (26)第一章绪论在工业生产中, 对温度控制系统的要求, 主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变化, 超调小或者求不高。

课程设计-单片机水塔水位控制

目录第一章系统整体设计说明 (1)第二章整体设计方案 (2)第三章设计系统方框图与工作原理 (3)3.1工作原理： (3)3.2系统结构框图: (4)第四章硬件设计及说明 (5)4.1硬件设计说明: (5)4.2水位控制硬件设计： (5)4.3故障及水质监测硬件设计： (6)4.4 水位显示硬件设计原理图： (7)第五章软件设计与说明（包括流程图） (8)5.1 软件设计： (8)5.2 软件设计流程图： (10)第六章调试步骤、使用说明 (11)第七章设计总结 (13)参考文献 ..................................................... 错误！未定义书签。

附录. (14)第一章系统整体设计说明现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。

在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。

检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。

现代的广义智能检测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。

因此，智能检测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，智能检测系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。

本课题研究的内容是“水塔水位控制系统”。

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，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进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。

然后主控室再开动电机进行给排水。

很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。

同时也容易出差错。

因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所设计的就是这方面的课题。

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。

基于单片机的水塔智能水位控制系统设计

基于单片机的水塔智能水位控制系统设计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，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最。

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。

本论文介绍了一种由AT89C51单片机为主控元件的超声波水位测量系统。

超声波水位测量仪应用超声回波原理技术，在硬件部分，超声波发射电路将由AT89C51单片机控制的每隔固定周期的方波脉冲信号控制，以满足超声波发射探头的发射需要。

超声波接收电路对接收的回波进行发大整形，送回单片机。

系统以AT89C51单片机为设计核心，测量得到超声波的传播时间，计算出传播的距离，从而得到所要测量的水位距离,并通过LED显示出来。

软件部分，设计了中断程序、显示程序、主程序等。

使得程序部分适合硬件部分，使系统功能得以实现。

关键词超声波，AT89C51，水位测量目录1水塔水位自动控制系统概述 (4)1.1综述 (4)1.1.1 水塔水位自动控制系统 (4)1.2水位测量的分类 (4)1.2.1 按照原理分类 (4)2 超声波水位检测原理 (6)2.1超声波的水位检测介绍 (6)2.1.1 超声波基本性质 (6)2.1.2 超声波的特性 (6)2.1.3 超声波的衰减 (7)2.1.4 超声波的折射率 (7)2.1.5 水位介质中的声速与温度的关系 (8)2.2超声波水位检测探头 (9)2.3超声波探头的压电效应 (9)2.4超声波水位检测的理论分析 (10)2.5超声波水位计的优缺点与可行性 (12)2.6超声波水位检测的主要任务 (12)3 超声波水位探测系统的硬件设计 (14)3.1系统总体设计思想 (14)3.2发射电路设计 (14)3.2.1 发射电路工作原理 (15)3.2.2 发射电路的组成 (15)3.3接收电路的设计 (17)3.3.1 接收电路的工作原理 (18)3.3.2 接收电路的组成 (18)3.4显示模块 (20)3.5独立式按键 (22)4 超声波水位探测系统的软件设计 (23)4.1软件设计思想 (23)4.2中断程序 (23)4.3显示程序 (24)4.4主程序 (26)4.5按键扫描 (29)结论 (31)附件 (32)1水塔水位自动控制系统概述1.1综述近年来，随着自动控制技术和工业迅猛发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。

基于AT89C51单片机的水塔智能水位控制系统设计

摘要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。

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。

本论文介绍了一种由AT89C51单片机为主控元件的超声波水位测量系统。

超声波接收电路对接收的回波进行发大整形，送回单片机。

系统以AT89C51单片机为设计核心，测量得到超声波的传播时间，计算出传播的距离，从而得到所要测量的水位距离,并通过LED显示出来。

软件部分，设计了中断程序、显示程序、主程序等。

使得程序部分适合硬件部分，使系统功能得以实现。

关键词超声波，AT89C51，水位测量目录1水塔水位自动控制系统概述 (4)1.1综述 (4)1.1.1 水塔水位自动控制系统 (4)1.2水位测量的分类 (4)1.2.1 按照原理分类 (4)2 超声波水位检测原理 (6)2.1超声波的水位检测介绍 (6)2.1.1 超声波基本性质 (6)2.1.2 超声波的特性 (6)2.1.3 超声波的衰减 (7)2.1.4 超声波的折射率 (7)2.1.5 水位介质中的声速与温度的关系 (8)2.2超声波水位检测探头 (9)2.3超声波探头的压电效应 (9)2.4超声波水位检测的理论分析 (10)2.5超声波水位计的优缺点与可行性 (12)2.6超声波水位检测的主要任务 (12)3 超声波水位探测系统的硬件设计 (14)3.1系统总体设计思想 (14)3.2发射电路设计 (14)3.2.1 发射电路工作原理 (15)3.2.2 发射电路的组成 (15)3.3接收电路的设计 (17)3.3.1 接收电路的工作原理 (18)3.3.2 接收电路的组成 (18)3.4显示模块 (20)3.5独立式按键 (21)4 超声波水位探测系统的软件设计 (23)4.1软件设计思想 (23)4.2中断程序 (23)4.3显示程序 (24)4.4主程序 (26)4.5按键扫描 (29)结论 (31)参考文献 (32)附件 (33)致谢 (36)1水塔水位自动控制系统概述1.1综述近年来，随着自动控制技术和工业迅猛发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。

单片机-水塔水位控制

单片机原理及系统课程设计1 引言单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广、发展快。

而MCS-51单片机是各单片机中最为典型和最具代表性的一种。

本设计以80C51芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的水塔水位控制系统，它由5V直流电源供电。

在硬件方面，除了CPU外，使用了2732芯片对80C51的ROM进行4K扩展，并且使用74LS07芯片对外部电路驱动。

软件方面采用汇编语言编程，整个水塔水位控制系统能根据水塔水位的高低来决定水泵电机的运转状态，并且在发生故障时由外部电路的LED发光管点亮报警。

2设计方案及原理水塔水位控制原理图如图2.1所示。

图2.1中虚线表示允许水位变上下限。

在正常情况下，保持水位在虚线范围内。

在图中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下限水位之间。

水塔由电动机带动水泵供水，单片机控制电动机转动就可以达到对水位控制的目的。

供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒接通+5V。

因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不在给水塔供水。

当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此b、c两端为0状态。

这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。

当水位处在上下限之间时，B棒与A棒导通，C棒不能和A棒导通，因此b 端状态为1，c端为0状态。

这时，无论是电机已带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位不断下降。

都应保持原有的工作状态。

图2.1水塔控制原理图3 硬件设计3.1水位检测接口电路(1)水塔水位的控制如图3.1所示。

图3.1控制接口电路(2) 水塔水位电路结构如图3.2所示。

图3.2水塔水位电路接线图为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模拟b、c端的状态(1、0)，正电极接+5 V电源，每个负电极分别通过4.7 kQ的电阻(尺1，R2)接地。

将单片机的P1.0端口接开关1，P1.1端口接开关2。

基于单片机的水塔水位控制系统的设计与仿真毕业论文

目录绪论 (1)1 总体方案 (2)2 水位控制硬件设计 (3)2.1电路总体框架图 (3)2.2LED数码管显示 (3)2.3电机驱动及显示 (4)2.4水位检测电路 (5)2.5声光报警电路 (6)3 软件部分 (7)3.1程序框图 (7)4 PROTUSE仿真显示 (8)总结 (11)参考文献 (12)绪论当今社会，科技以迅雷不及掩耳之势的速度发展着，人民生活水平也在不断的提高。

自动水位控制将给人们生活带来巨大的方便。

由于单片机有极高的可靠性，微型性和智能性，单片机已经广泛应用于我们生活和学习中，我们可以在许多领域见到单片机的身影，，小到玩具家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可以见到单片机的身影。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随即存储器RAM，只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令。

CPU 功能，是以不同方式来执行各种指令。

有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系。

总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。

对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现。

同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率。

1 总体方案本设计基于电阻式传感器并以水槽水位为模型，鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，所以该设计以单片机为基础的水槽水位控制系统。

在实际中，水位自动控制电路是通过水位传感器对水位进行采样，将采样信号的水位高度转换为0～5 V 的直流电压，再经过 A/D 转换[12]后，将转换所得的8 路并行数字量送入单片机进行处理来来驱动电机的启停等。

基于某单片机地水塔水位控制系统设计及仿真

大学毕业论文基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真学院信息电子技术专业通信工程班级 12级2班学籍号姓名方鹏指导教师周经国佳木斯大学2016年6月10日摘要随着社会的进步，生产工艺和生产技术的发展，人们对液位检测提出了更高的要求。

由于新型电子技术、微电子技术和微型计算机被广泛的应用，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，造价低等诸多特点，被应用到液位系统的控制中来。

单片微机在许多过程控制设备和产品中都得到广泛的应用。

由于其体积小，价格低，具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。

本文介绍了以LM型液位传感器，A/D转换芯片ADC0809，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测系统的设计方法。

通过软件和硬件的联合调试，实现了在一定围对水位的调节，动态显示出水位结果，实现报警，完全实现了任务书上的要求。

关键词：液位检测；A/D转换；LM型液位传感器；超限报警AbstractAs society advances, the development of production processes and production technologies,the detection of the level control system have a higher demand. New electronic technology of microelectronics technology and miniature computers is widely used. Single chip control system to set up operations with high control accuracy, reliable performance, convenient,low cost, is applied to the level contral.This article describes the LM-type liquid level sensor and A / D conversion chip ADC0809, and AT89C51 microcontroller as the main control component of the liquid level detection system design methods. This article respectively from the liquid level detection, A/D converter, Digital display, Limit alarm and several aspects of the hardware circuit have conduct a more detailed description. Then the A/D conversion process, Digital tube display program, Limit alarm procedures have a fairly detailed, and using a flow chart for further explanation.Through joint debugging of software and hardware, The basic realization of the regulation on the level within a certain range of liquid level regulation, Dynamically shows the level results, Achieve alarm, Entirely Achieve the requirements of the mission statement.Keywords: the liquid level detection, A/D converter, lm-type liquid level sensor, limit alarm目录摘要........................................................................ . (i)Abstract.................................................................. ....................................i i 第1章绪论........................................................................ .. (1)1.1液位检测系统的概况........................................................................ (1)1.2国外研究动态........................................................................ .. (1)1.3本次毕业设计的意义........................................................................ .. (2)1.4本次毕业设计的任务........................................................................ (2)第2章硬件电路设计........................................................................ .. (4)2.1硬件电路工作原........................................................................ .. (4)2.2硬件电路设计........................................................................ . (4)2.2.1系统总体设计框图........................................................................ .. (4)2.2.2核心芯片的介绍........................................................................ (5)2.3硬件电路各模块设........................................................................ (10)2.3.1电源电路设计........................................................................ .. (10)2.3.2单片机最小系统电路设计 (10)2.3.3显示电路设计........................................................................ ........1 12.3.4液位传感器的接口电路设计 (13)2.3.5A T89C51与A D C0809的接口电路设计 (13)2.3.6报警电路设计........................................................................ ..............1 5 2.4硬件电路总结........................................................................ ............1 5 第3章软件设计........................................................................ .. (17)3.1A T89C51的I/O口应用 (17)3.1.1P0口的信号输入........................................................................ (17)3.1.2P1口的信号输入........................................................................ (17)3.1.3P2口的信号输入........................................................................ . (17)3.1.4P3口的信号输入........................................................................ .. (18)3.2软件模块设计........................................................................ .. (19)3.2.1主程序的设计........................................................................ . (19)3.2.2A/D转换的设计........................................................................ (20)3.2.3显示子程序的设计........................................................................ ...2 13.2.4报警子程序的设计........................................................................ ...2 4 3.3软件设计总结........................................................................ .............2 5 第4章联机调试........................................................................ .............2 6 4.1仿真电路调试........................................................................ .............2 6 4.2硬件电路调试........................................................................ (27)4.3硬件电路调试出现的问题及解决方法 (28)4.4软件程序调试........................................................................ .. (28)4.5软件程序调试出现的问题及解决方法 (29)4.6联机调试总结........................................................................ . (29)第5章结论........................................................................ ......................2 5 致........................................................................ ...........................2 6参考文献........................................................................ . (27)附录1......................................................................... .. (28)附录2......................................................................... . (30)附录3......................................................................... .....................................3 1 附录4......................................................................... . (32)附录5......................................................................... . (33)第1章绪论随着人们生活水平和工业标准的提高，液位的检测越来越受到人们重视，检测的精度和实时性要求也越来越高，另外还要求系统能提供对液位的自动控制功能。

基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真讲诉

佳木斯大学毕业论文基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真学院信息电子技术专业通信工程班级12级2班学籍号12100640108姓名李方鹏指导教师周经国佳木斯大学2016年6月10日佳木斯大学学士学位论文摘要随着社会的进步，生产工艺和生产技术的发展，人们对液位检测提出了更高的要求。

单片微机在许多过程控制设备和产品中都得到广泛的应用。

由于其体积小，价格低，具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。

本文介绍了以LM型液位传感器，A/D转换芯片ADC0809，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测系统的设计方法。

通过软件和硬件的联合调试，实现了在一定范围内对水位的调节，动态显示出水位结果，实现报警，完全实现了任务书上的要求。

基于单片机的水塔水位自动控制系统

摘要在工业和农业生产过程中，经常需要测量和控制水位。

在日常生活中水位控制应用也相当广泛，如水塔、地下水、水电站的控制。

然而，随着世界人口不断增长，增加了人们的生活用水，过去由于频繁操作使用的继电器使水位自动控制系统会产生机械磨损，即不方便维护和更新，也不能满足实际需求。

本论文使用的是西门子S7-200系列PLC可编程控制器作为一个小水塔水位自动控制系统的核心，涉及到需要分析水塔水位功能的自动控制系统。

主要方法是通过水塔中的液位传感器来检测实际的水位，并通过PLC的CPU的智能扩展模块将得到的信息通过模拟量的转换传送给变频器，以控制水泵电动机的操作。

完成整个系统的自动供水过程。

如果水位低于或高于设定值时，危险警告信号将被发出。

本论文给出设计的基础上很好地执行PLC塔液位控制系统的具体过程。

并使用组态王软件画出水塔自动供水的动态流程。

关键字：水塔水位控制系统，PLC，液位传感器，组态王AbstractIn the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. In everyday life level control applications are quite extensive, such as control towers , groundwater, hydropower . However, with the growing world population , increasing people's living water , in the past due to the operation of the relay frequently used to make the water level automatic control system generates mechanical wear , which is not convenient to maintain and update , can not meet the actual demand.In this paper, using a Siemens S7-200 series PLC programmable controller as the core of a small water tower water level automatic control system, involving the need to analyze water tower features automatic control system. The main method is through the tower level sensor to detect the actual water level, and through the PLC CPU intelligent expansion module will transmit the information obtained by the conversion to analog converter to control the pump motor operation. To complete the entire process automatic water supply system. If the water level is lower or higher than the set value, the hazard warning signal will be issued. This paper gives specific processes perform well PLC tower level control system on the basis of design. Configuration software to draw and use automatic water tower dynamic processes. Keywords: tower water level control system , PLC, configuration king , level sensors目录1. 引言 (1)1.1 设计背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 主要研究内容 (2)2. 水塔水位控制系统方案设计 (4)2.1设计方案对比 (4)2.1.1传统的水位控制方案 (4)2.1.2PLC控制水塔液位的概述 (4)2.1.3对比的结果 (5)2.2基于PLC的供水方案设计 (5)2.2.1 系统控制要求 (5)2.2.2设计分析示意图 (7)2.3 确定设计方案 (8)3. 水塔控制系统硬件设计 (9)3.1简述 (9)3.1.1PLC的定义 (9)3.1.2 可编程控制器的分类 (9)3.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (9)3.3 可编程控制器的工作原理 (10)3.4 PLC的选型 (11)3.5 CPU224应用介绍 (12)3.6 PLC扩展模块的选择 (12)3.6.1交直流输出模块 (12)3.6.2模拟量输出模块 (13)3.7系统的I/O分配表 (14)3.8 电机及驱动线路 (15)3.9检测元件应用设计 (16)4. 控制系统软件设计 (18)4.1 控制程序流程图 (18)4.1.1程序流程图分析： (19)4.2 控制程序设计 (19)5.组态王仿真的设计 (23)5.1 组态软件概述 (23)5.2系统监控界面设计 (23)5.2.1新建工程 (23)5.2.2定义变量 (24)5.2.3调用器件 (25)5.2.4画面部署 (25)5.2.5报警窗口的设计 (26)5.3总结 (26)6.结论 (28)6.1本课题研究结论 (28)6.2课题存在问题与展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 (31)附录2 (35)1. 引言1.1 设计背景及意义在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。

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单片机水塔水位控制系统目录目录 (1)一、课程设计性质和目的 (2)1、性质 (2)2、目的 (2)二、课程设计的内容及要求 (3)1、内容 (3)2、要求 (3)三、课程设计的进度及安排 (4)四、设计所需设备及材料 (6)1、所需材料及零件 (6)2、所需设备 (7)五、设计思路及原理分析 (8)1、设计思路 (8)2、原理分析 (8)六、流程图及程序编写 (9)1、流程图 (9)2、程序编写 (10)七、调试运行 (11)八、结果及分析 (13)1、结果 (13)2、分析 (13)九、心得体会 (14)十、参考文献 (15)十一、致谢 (16)十二、附录 (17)1、protel原理图 (17)2、proteus仿真图 (18)3、仿真程序 (19)4、补充任务一 (20)5、补充任务二 (22)6、补充任务三 (23)7、实物图 (27)一、课程设计性质和目的1、性质这次课程设计《水塔水位控制》是继这学期我们学习的《单片机应用技术》课程与实验结束后的一门综合性实践课，让学生初步尝试把理论与实践结合，培养了学生的实践能力。

《水塔水位控制》设计需要紧密结合所学的知识，在参阅相关资料中，可以加深、巩固所学知识，同时也拓宽了知识面，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。

2、目的本次课程设计的目的主要是在学完《单片机应用技术》之后进行一次实操的机会，让我们在进行焊接的过程中增加实践能力，在编译、仿真以及调试中感受这门课的一些重点基础，同时，也让我们能通过这次实践中了解到一些这门课中能够应用于我们现实当中的知识。

让我们能对这门课有更加深入的了解和应用。

1、内容本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。

在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个铜片，以感知水位变化情况。

工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机，发出光报警信号。

完成单片机硬件的设计，包括：CPU、存储器（外扩ROM、RAM）、输入/输出接口（外扩并行I/O口）以及总线连接部分（电路原理图见附录）；详情：①水塔水位下降至下限水位时，启动水泵上水。

②水塔水位上升至上限水位时，关闭水泵。

③水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。

④供水系统出现故障时，自动报警，蜂鸣器不断在响的同时(选做)，发光二极管亮进行报警。

2、要求( 1)在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出信号，控制电机工作供水。

（2）水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C 点仍为低电平，应维持现状水泵继续供水。

（3）当水位上升到C点时，C接通。

这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出信号，控制电机断电停止供水。

（4）由于供水使水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C 点电位为低，应维持供水状态不变。

(5）当水位降到下限B点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制，回到（1）状态，使电机启动水泵供水。

(7）给出系统硬件电路原理图（用protel和其它电路图软件画出）；(8）给出系统程序流程图、程序清单（加注释）；(9）以论文格式给出设计报告。

表3.1 课程进度及安排续上表：四、设计所需设备及材料1、所需材料及零件表4.1 零件及材料列表原理图2、所需设备电脑一台（可进行画图，写程序和编译以及仿真等）其他辅助设备若干。

五、设计思路及原理分析1、设计思路由复位电路、时钟电路、水位检试电路、报警电路四个电路来控制单片机进而使单片机控制电机的转动与否，从而组成水塔水位控制系统。

2、原理分析图中虚线表示允许水位变化的上下限。

在正常情况下，保持水位在虚线范围内。

在图中A铜片处于下限水位，C铜片处于上限水位，B铜片在上下限水位之间。

水塔由电动机带动水泵供水，单片机控制电动机转动就可以达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒接通+5V。

因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不在给水塔供水。

当水位降到下限时，B、C铜片都不能与A铜片导电，因此b、c两端为0状态。

这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。

当水位处在上下限之间时，B铜片与A铜片导通。

而C铜片不能和A铜片导通，因此b端状态为1，c端为0状态。

这时，无论是电机已带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位不断下降。

都应保持原有的工作状态。

如下为水塔水位控制原理图：图5.1六、流程图及程序编写1、流程图图6.1：流程图2、程序编写主要程序编写即解释：if(gao==0&&di==0) //电机动{dianji=1;a=dianji;//将电机状态赋给a，led=0;}else if(gao==0&&di==1)//保持原状态{dianji=a;//电机保持前一个状态}else if (gao==1&&di==1)//水满，电机停{dianji=0;a=dianji;led=0;}else if (gao==1&&di==0)//出现错误，报警灯亮，电机停{dianji=0;led=1;}}七、调试运行调试阶段让班上的很多人急得直挠头，让无数人脑里一片空白啊！在我所知道的最常见问题就是电机不动和电机一直动不受程序控制，而我出现的问题就是电机不动，电机一直转不停不受水位控制的原因有：1、问题：接铜片的电阻太大，使得电流太小，铜片无法感应到高低电频的变化，使得无法进行控制电机的转动与否。

还有一个情况是在水在导电性查解决：将两个5.1K的电阻给短路了。

和在水里加盐，增加电解质，加强导电能力。

2、问题：程序出现问题，使得单片机无法实行水位控制的功能或者是电路焊接错误，使得某些零件被短路或者直接断路，使得该控制系统出现故障。

解决：用跟自己设计的电路相同的人的程序进行控制尝试一下可否进行控制，同时检查是否是自己程序问题，若是，只进行修改后再进行尝试。

若是电路焊接错误或者是零件出现问题，则需要自己仔细检查，通过万能表进行逐一检查，看看是那个电路出现错误，若是自己没那种技术则需要请大神了，电机不转的原因：1、问题：哪条电线出现问题，或者连接线未插好，使得接触不良。

解决：将各各连接线检查并插紧2、问题：焊接时没焊好，有虚焊现象，使得电路间接触不良，或者零件的损坏，使得电路不接通，而今天调试的问题出现最多的是光耦的损坏，今天班上级别每个人都因为光耦的问题而无法运行。

解决：通过万能表检查电路是否完好，零件是否有损坏现象。

由于这批光耦很多出现问题，于是老师那里一些去年的光耦过来，所以当出现问题是可以尝试一下换一下光耦，或直接将光耦给短接了。

3、问题：程序问题，或者芯片问题，使得开发板不起控制作用。

解决：检查程序是否出现错误或换一下其他人的开发板。

而我出现的问题是电机一直不动，于是在一些同学的帮助下将可能出现的错误全部检查了一遍，有检查程序到检查电路和零件焊接情况，可是在花费了一个多钟的检查调试却依然检查不出不转的原因，于是在我急的直挠头的情况下，将自己的芯片弄到同学的开发板上去调试，本不报多大希望的我却在这次决定中惊讶的调试成功，于是我在此用其他已完成的同学的电路弄到自己的开发板上进行调试，可是发现本来完成了的作品却依然不转，于是最终的结论是，我的开发板有问题，虽然依然可以写程序，却不知是哪个引脚出现错误，使得我的调试不成功。

于是在本次调试中，可以说，我是幸运的，也是不幸的，幸运的是我最终调试成功。

不幸的是我居然在自己认为最不可能错误的地方出现了错误。

当然，我还是幸运的，比较我已调试完成，有些同学依然为完成。

八、结果及分析1、结果2、分析在焊接过程和调试过程中，出现的错误比较少，除了在调试时，由于开发板的问题而导致出现电机不动的情况下，就只是由于光耦不行而出现的错误了。

九、心得体会通过两周的单片机水塔水位控制设计让我对所学单片机知识做了很好的复习，在解决实际问题时的束手无策使我感到自己所学知识的有限！查阅相关书籍和参考文献是本次设计完成不可缺少的一步，对于水塔水位控制使我在对89C52单片机的结构和用途有了进一步的认识和了解。

当然，本次课程设计所实现的功能只是对单片机一个很简单的应用而已，设计到单片机的内容并不多，在未进行课程设计时，总是感觉这次课程设计太过容易，因为程序是比较简单的，电路也根本不是很复杂，但是，在进行课程设计之后我才知道，原来意见如此简单的事居然也能让自己忙的晕头转向，让自己在无数次进行设计时直挠头。

的确，对于我们来说，用proteus和keil程序进行仿真的确很简单，于是，我们理所当然的以为这次课程设计很容易，可是，梦想总是那么美好，现实却是那么残酷，当我们仿真完本以为将最困难的东西都完成了，剩下的还不是小意思？然而，当我们在调试遇见这种与那种的困难时，我们才发现，原来最难的不是理论而是实践，实践中总由无数个问题，要了焊接错误，要么零件不能用或电阻阻值太大而不通电，要么两个零件之间不配套，反正就是拥有无数凤问题让我们自以为容易的事却最终无法达到起所设计的要求，甚至还有一些人电机直接不动，而且还不知是何原因。

经过这两周的课程设计，让我最深刻的感受就是，纸上谈兵只是实践中能完成自己想要的一小步，只有能在实践中解决出现的问题才是我们现实社会中前进的一大步。

因此解决实际问题需要的不仅仅是理论知识，而且要求较强的理论联系实际的能力，完成本设计要求理清水塔水位控制的全过程。

才会对软件实现带来方便。

画出流程图可以帮助检查程序的错误以及对编程进行指导作用。

画出外部接线图也使我对一些绘图软件更加熟悉。

纵观整个设计过程，反映了我所的动手能力还是有限。

不能完全地将理论与实践相结合！十、参考文献【1】主编：王静霞《单片机应用技术》（C语言版/第三版）电子工业出版社2015.7【2】主编：郑艳《C语言程序设计基础》东北大学出版社 2014.7【3】主编：李文杰《C语言程序设计》清华大学出版社2010.9【4】主编：高玉良《电路与模拟电子技术[M]》高等教育出版社 2011.10十一、致谢经过了两周的课程设计，我深深感受团结的力量。

在这两周的课程设计在，我遇到了很多难题，有画图的，有软件使用的，有焊接的，而对于我来说，最困难的是protel的使用了，虽然我们这个软件教过，可是由于时间过去的有点长，所以使得我忘记怎么操作。

不过最终在同学的帮助下终于重新将protel软件给熟悉了。

在画图时也是在已经完成的同学纠错以及指导下才将自己设计的原理图给画出开。

在焊接时，有一次差点将三极管的引脚给焊错了，还好宿友们提醒了一下，才让我终于在没有出现错误的情况下完美的将电路板焊好。