水塔水位控制器

控制部分 执行部分
单片机 键盘模块 传感器 A/D转换器 显示模块 电源模块
水泵
水塔水位控制原理
图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。正常情 况下，水位控制在虚线范围之内。在水塔内的不同高度 处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C。用以反映水位 变化的情况。A棒在下限水位．B棒在上、下限水位之间 ，C棒在上限水位，水塔由电机带动水泵供水。单片机 控制电机转动，随着供水，水位不断上升．当水位上升 到上限水位时，由于水的导电作用。使B、C棒均与+5 V 连通。因此b、C两端的电压都为+5 V即为。l”状态，此 时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处 于上、下限之间时。B棒和A棒导通．而C棒不能与A棒导 通，b端为“r状态。C端为“O”状态。此时电机带动水 泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不 断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限 位置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0” 状态。此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水
第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一弹性电线与水泵连接，可 用于水塔、水池水位高低的自动控制和缺水保护，允许接的用电器 是220V,10A左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线 长度，决定水位的高低。这种水位开关价格便宜，对于一些要求不 太严格的场合适用，有一定耐污能力。但存在这样的问题：浮球易 受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同 一小水箱里不宜使用多个，否则会相缠绕。使用寿命相对短些，而 且多数直接接220V,存在一定的安全隐患，终有一天因为电线破损而 漏电电人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装 置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线 进行修理。
相对于机械式水位控制器，电子式的水位控制器有着无可比拟的优 点：添加水位显示电路、电机保护电路、强制性手动开、关机电路 可以达到水位显示、简单的电机保护、水位自动控制，控制精度是 传统机械式水位控制器的几何倍。
本控制器采用了高效率、高稳定性、低功耗的TA89S51单片机，具 有水位显示、抽水时间显示、并有故障检测功能。集高效、高精度、 高稳定性、低功耗、高性价比、良好的人机交流界面、操作简便、 显示直观以及低功耗等功能于一体的智能水塔水位控制器。
+5V
R9 1K
U3 GDOUHE
K1
1
2
+5V
3
CON3
R10
1 0K
D7
R7
JUMP RELAY-SPDT
2K Q3 NPN
R8
2K
电源电路
电源电路虽然简单，但需要功能可靠，所用采用两个三端集
成稳压器7812、7805，可以方便的实现此功能。
U1 7 81 2 1 Vin
D2 D3 C4 1000uF C5 0 .1 u F
基于单片机的全自动水塔水位控制器。
该系统为一个液位控制系统。
组成部分：控制部分和执行部分 组成。
控制部分：单片机最小系统模块、 键盘模块、传感器、A/D转换器、 显示模块、电源模块等。
执行部分：主要由水泵装置组成。 液位控制系
统
整个系统实现对数据的采集运算， 对液位参数的设置，对采集数据 的显示和水泵装置的控制。
单片机原理与应用讨论课
————水塔水位控制器
班 级：10级卓工——机电 成 员：叶绵庶 刘毅 指导老师：王洪波
主要内容
一、水位开关的类型 二、设计方案 三、使用操作说明
研究的背景与意义
传统
单片机
大多采用水塔、高位水 箱或者增压设备，用水 泵高出实际用水高度的 扬程来提升水位高度， 以保证又足够的用水量。
水位传感器
定义:能将被测点水位参量实时地转变为相应电量信号的 仪器。 概述:LC-SW1型水位传感器由全密封隔离膜充油传感器和 内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂 移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协 议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性极好的特点. 应用:广泛用于水厂、炼油厂、化工厂、玻璃厂、污水处 理厂、高楼供水系统、水库、河道、海洋等对供水池、配 水池、水处理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池 及对各种液体静态、动态液位的测量和控制。 原理:容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到 控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号 进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动 阀发出"开""关"的指令，保证容器达到设定水位。
水塔水位控制器的类型
1、通过浮球开关来控制水位。
基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球，浸在水 中时浮力大，可以控制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上 升，带动球阀运动，使阀门关闭，停止进水，当水少了，浮球下降， 阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器和 卫生间的冲水器上。 还有一种是带干簧管的微型浮球开关，由外 面的带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合，从而控制水位，多数 应用在清水的水位控制，易受污物影响，不适用在污水上。
稳压电路的设计
电源部分采用了常用的三端稳压电路。通过变压器 将220v的市电降成12v的交流电，经过D1~D4桥堆和 2200UF电容进行整流、滤波，通过0.1uf电容滤出 高次谐波，得到了波形叫平稳的13.2v左右的直流电， 通过7812后得到了非常平稳的12v直流电；再经过 一次相同的稳压过程得到了纹波系数更小的5v直流 电。
红灯闪烁
高水位警告
三盏灯常亮
水满
红灯常亮
高水位正常
黄灯常亮
中水位显示
绿灯常亮
低水位正常
绿灯闪烁
低水位警告
三灯闪烁
水源缺水报警
水塔水位状态 指示 低水位: 黄灯亮 正常水位: 绿灯亮
满水位: 红灯亮
系统完善
问题 1
传感器接收 信号与实际 水位高度有 一定的偏差
问题 2
电机停止时 工作采集信 号出现突变
控制精度低、能 耗大
利用水的导电性连续地全 天候地测量水位的变化， 用水位的变化自动调节系 统的运行参数,保持水压
恒定以满足用水要求
成本低，安装方 便，灵敏性好。
现有的二级供水方式，既先用水泵从水井中抽到蓄水池中供用户使 用，要求蓄水池的水位必须保持一定的高度，还需要防止水的溢出。 可是现在市售的都是传统的水位控制器，多以浮球式、触点式为主， 可靠性不好，有着无法改进的致命缺点，如：无水位显示，无电机 保护，可靠性不高，控制精度改进度不大，寿命不长……
主板: 主要是由 TA89S51 、 24c04 存储芯片和一些 外围电路构成
TA89S51各引脚功能如下：
24C204各引脚功能：
P0.0~P0.7
P1.0~P1.2 P1.3~P1.5 P1.6~P1.7 P2.0~P2.4 P2.5~P2.7
P3.7
数码管驱动
按键控制输入端 指示灯输出端
接24C204第5、6脚 数码管位选信号输出
传感器信号输入 接光耦第2脚
第1、2、3、4、7脚 第8脚
接地 接电源
光耦各引脚功能
第1脚 第2脚 第3脚 第4脚 第5脚 第6脚
5v电源 P3.7 悬空
三极管Q5基极
12v电源
悬空
主要芯片资料应用说明
输入、输出接口电路
P0、P1、P2、P3口的锁存器、驱动器及串行口控制等组成并行/串行接口电路， 完成片机与外部设备之间的数据交换。两个16位定时/计数电路构成定时器/计数 器接口。中断电路为5个中断源提供中断逻辑控制信号。
4 70 u f 0 .1 u f
LED
3 B
Size
Nu mber
Rev isio n
CON3
B
A 1
Dat e:
1 3-Ju n -2 0 07
Sheet o f
File:
E:\水i\最后的电源.d db
Drawn By:
A
2
3
4
光报警显示电路
此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管 为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16 为上拉电阻起限压控流作用
改进
可增加防漏 功能 一旦发 现水体泄露 即可自动中 断当前操作
V1 VSIN
D1 D4
GND 2
GND 2
Vout 3
U2 7 80 5 1 Vin
C6 0 .1 u F
Vout 3 C7
0 .0 1 uF
J1
1 2V 5V GND
1 2 3
CON3
程序框图及说明
水塔水位状态指示
低水位:黄灯亮、高音频信号 正常水位:绿灯亮、中音频信号 满水位:红灯亮、无音频信号
1
2
3
4
D
D1 D2
D
DIODE DIODE
R7
C
2 1
+12 V
7812 1
Vin
Vo ut
3
2 20 0 u f
0 .1 u f
1 00
1
Vin 7 80 5 Vo ut
3
R ES2
C J2
GND 2
GND 2
Titl e D3 D4
1
D5
2
B
DIODE DIODE
2 20 0 u f
0 .1 u f
按都安装在外部。
数码管显示设计
• 抽水时间和次数，由一个四位数码 管显示。
报警器的设计：
• 当电机出现空转，欠压，失压，水 源缺水以及路出现故障时，进行自 动报警并且自动控制电机停止运转。
状态指示灯设计：
当红、黄、绿三灯同时亮起时显示水位已满，红灯闪烁表示高水位 警告显示，红灯亮表示高水位正常显示，黄灯亮表示中水位显示，绿灯 亮表示低水位正常显示，绿灯闪烁表示低水位警告，红黄绿三灯同时闪 烁表示水源缺水报警。
AT89S51工作极限参数：
工作温度……………………………
储藏温度……………………………
任一脚对地电压……………………… 最高工作电压………………………… 直流输出电流…………………………
－1.0V to +7.0V 6.6Ｖ 25.0mA
引脚说明 TA89S51单片 机的外形结构 为40条引脚双 列直插式封装， 其引脚排列如 图:
+ 5V
P1. 4 P1. 3 P1. 2
D1 0 YELLOW D9 GR EED D8 R ED
R16 1K
R14 1K
R15 1K
继电器控制水泵加水电路
该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R7、R8、 R9、R10以及D7、Q3等组成。当水位在低水位时单片机给 P1.1送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q3导 致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水
2、通过非接触式的水位开关来控制 例：超声波液位控制器。液位控制器的探头产
生高频超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉 冲会在容器壁和液体中传播，还会被容器内 表面反射回来。通过对这种反射特性的检测 和计算，就可以判断出液位是否达到了液位 控制器安装的位置。液位控制器输出继电器 信号，来完成对液位的监控。主要用于监测 储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是 否有液体存在，储罐材质可以是各类金属、 金属或不发泡塑料。这种方式不受介质密度、 介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、 沉淀等因素的影响，所以适用于医药，石油， 化工，电力，食品等行业的各类液体液位工 程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的 检测，该产品更是理想的选择，但在有泡沫 的情况下也易出现误动作。
水位开关的设计
• 三个水位开关由三个电子式水位开关组成。 • 分别安装在水塔的高，中，低部位。 • 最高是停止抽水，最低是启动抽水，中间是起时间报警保护水泵作
用。
潜水泵的选择
• 水泵为单相水泵。 • 潜水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ安装在水源内部
设计按键部分
• 复位按键，维护按键，模式按键，功能按键，电源开关。 • 复位按键设计在内部。维护按键，模式按键，功能按键，电源开关
3、水位继电器。本产品采用集成 电路，并结合高层楼宇上、下 水池的水位分级提升进行设计， 具有上下水池联合控制、水池 排水及缺水保护等功能，可实 现水箱补水、排水，并有效防 止水池水位过高溢出或溢出空 转损坏。效果还可以，这种方 式怕水垢，水垢厚了就就容易 误判。
4、通过电子式水位开关和搭配的水位 控制器(BZ201、BZ202)来控制， 电 子式水位开关原理是通过电子探头 对水位进行检测，再由水位检测专 用芯片对检测到的信号进行处理,当 被测液体到达动作点时，芯片输出 高或低电平信号，再配合水位控制 器，从而实现对液位的控制。不需 浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污 耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安 装,该种水位控制器有较强的耐污能 力和较强的防波浪功能，适宜长时 间浸在水中,工作电压是直流5-24V， 很安全。这种方式较实用，耐污， 寿命长，安全。 最大的优点是:安全耐用、稳定可 靠、耐污耐水垢能力强、接线简单、 安装非常方便。