单片机水塔水位控制及水质监测

成绩□优□良□中□及格□不及格

课程设计

课程名称单片机原理及应用

课题名称水塔水位控制设计

专业电气工程及其自动化

班级1202班

学号201201010221

姓名

指导老师李晓秀、肖峰、林国汉等

2015年7月9日

电气信息学院

课程设计任务书

课题名称单片机水塔水位控制

姓名专业电气工程及其自动班级1202 学号21

指导老师

课程设计时间2015年6月29日-2015年7月9日

一、任务及要求

设计任务：

利用单片机为核心设计一个水塔水位控制系统，要求为控制水塔水位在规定的范围内。

1）水塔水位处于最高设定点和最低设定点之间。

2）低于最低设定点时控制水泵工作；高于最高设定点时停止工作；处于两者之间时保持先前状态不变。

3）检测水质洁度，低于标准时发出报警信号。

设计要求：

1）确定系统设计方案；

2）进行系统的硬件设计；

3）完成必要的参数计算与元器件选择；

4）完成应用程序设计；

5）应用系统的硬件和软件的调试。

二、进度安排

三、第一周：

周一：集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。

周二～周三：完成硬件设计和电路连接

周四～周日：完成软件设计

第二周：

周一～周三：程序调试

周四～周五：设计报告撰写。周五进行答辩和设计结果检查。

三、参考资料

1、王迎旭等.单片机原理及及应用[M]. 2版.机械工业出版社，2012

2、胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.清华大学出版社，2010.

3、戴灿金.51单片机及其C语言程序设计开发实例[M].清华大学出版社，2010

目录

第1章总体方案设计 (1)

1.1设计任务与要求 (1)

1.2设计原理及设计思路 (1)

1.3总体设计框图 (3)

第2章硬件电路设计 (4)

2.1 水位监测 (4)

2.2 水质监测 (4)

2.3 水位水质信号检测 (5)

2.4 LED显示电路 (5)

2.5 电机控制及水质报警电路 (6)

第3章软件设计 (7)

3.1 程序流程图 (7)

3.2 A/D0808转换程序 (7)

3.3 LCD1602显示程序 (7)

第4章调试 (9)

4.1 调试方法 (9)

4.2 调试结果 (9)

第5章总结 (12)

附录 (13)

附录A 水塔水位控制系统原理图 (13)

附录B 程序清单 (14)

第1章总体方案设计

1.1设计任务与要求

设计任务：利用单片机为核心设计一个水塔水位控制系统，要求为控制水塔水位在规定的范围内。

1）水塔水位处于最高设定点和最低设定点之间（本次假定水深为5M）。

2）低于最高设定点时控制水泵工作；高于最高设定点时停止工作；处于两者之间时保持先前状态不变。

3）检测水质洁度，低于标准时发出报警信号。

设计要求：

1）确定系统设计方案；

2）进行系统的硬件设计；

3）完成必要的参数计算与元器件选择；

4）完成应用程序设计；

5）应用系统的硬件和软件的调试。

1.2设计原理及设计思路

分析课题可知应分两个电路来实现系统的功能，一是水位控制电路，二是水质检测电路。

1.2.1水塔水位控制系统思路

常见水塔水位控制原理如图 1.2所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，单片机检测b、c所连的单片机管脚的高低状态，通过控制电机使保持水位在虚线范围之内。

但在本设计中，更为人性化的加入深度显示，为用户提供了更好的使用体验。具体实施方案如图2所示。水深传感器采用MH1160型投入式液位变送器，深度传感器输出与水深成正比的4～20mA标准信号电流（可测最深水深为100m），经过电阻后转换为模拟电压值，A/D转换后送入到单片机，得到此时的水深H，并在LCD1602上显示水深值。如果水深H在最高限制之内，则电机工作抽水，如果达到最大水深，则电机停转。水质检测得到的模拟电压值经过A/D转换后，送入单片机，如果其值超过预设值，红灯会亮，表示水质超标。

图1.2 水位感应原理图

1.2.2水质监测电路思路

水质监测电路是根据不同的模拟量（本次课设的模拟量是电压）的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较后，由单片机产生不同的驱动信号，从而使对应的二极管发光，以显示不同的水质状态。一般会检测浑浊度使用光控二极管，根据水质的不同，接受的照强度不同，给出的电压不同来监测。本次模拟电压最高5v，当接收电压0-2.5v，表明水质良好，此时等不显示，当接受电压2.5-5v时。表明水质变坏，LED屏上显示水质的变化程度如下表：

表1.2.2报警灯的工作原理

模拟电压LED显示

0—2.5V LED灯暗

0—5V LED灯亮

1.3总体设计框图

图1.3.1总设计框图

电流信号

模拟电压值

模数转换

液晶显 示

单片机

水 深 传 感 器

第2章硬件电路设计

水塔水位控制系统主要有CPU（AT89C51）、水位和水质检测电路、报警电路、电机控制电路和时钟振荡等部分组成。

2.1水位监测

图2.1水位监测系统

如图2.1，控制滑动变阻器，输出不同电压给AD转化器，再传给C51单片机，由单片机控制单机的转动，控制显示器显示水位变化。

2.2水质监测

图2.2.1水位监测系统

调节输出信号，不同的信号传给AD转换器，AD转化器转化成数字信号传给C51单片机后单片机在把水质信号显示在显示器，与此同时当水质超过一定范围警示灯亮。