水位监测报警

水位监测报警系统长春大学大学生电子设计竞赛

电子信息工程学院

参赛人员：祝小蜜苏福龙刘晓庆

指导老师：王宪伟

水位监测报警器

【摘要】本水位监测报警器使用5V低压直流电源（也可以用3节5号电池代替）就可以对5~15厘米的水位进行监测，用LED显示和液晶显示屏显示水位，并可以对不再此范围内的水位发出报警。主要采用8051f020芯片，再加上MSC1602A液晶显示屏、蜂鸣器、发光二极管、电阻这些器件组成一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。

【关键字】译码电路报警电路监测电路

【Abstract】 The water level alarm monitoring the use of 5 V low-voltage DC power (can also use three batteries replaced on the 5th) will be able to 5 to 15 centimeters of water level monitoring, with LED display and digital display of water level, and this can no longer Within the scope of a water level alarm. Mainly 8051f020 chips, coupled with MSC1602A liquid crystal panel, buzzer, light-emitting diode, the resistance of these devices composed of a simple and sensitive monitoring alarm circuits. Because the majority of circuits using digital circuitry, so the water level monitored alarm system also has low energy consumption, high accuracy of the characteristics.

【Keyword】 Decoding circuit alarm circuit monitoring circuit

一、 前言

随着自动化技术的发展，自动化技术以深入到了各领域，为人们的生产生活带来了许多方便。水位的检测也可以用自动化来实现。大到可用于水库、湖泊、池塘水位的检测，小的可以用于鱼缸、锅炉水位的检测。我们针对我们设计的水位检测报警器的功能、原理、设计思路、调试等方面做了个系统的介绍。由于编者水平有限，差错在所难免，敬请读者批评指正。 二、 总体方案

根据设计要求，本系统主要由水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块、液晶显示模块、报警模块、编码模块等模块构成。其系统方案框图如下图所示：

我们对其中的几个模块设计了不同的方案并进行了比较 （1）水位信号模块的选择

方案1：采用开关的方法，在每个水位点放置一个光敏电阻，在水面上放置

一个发光二极，当水上升或下降到某一光敏电阻所在的位置时，此时的电路就会导通，从而就可得到一个信号。优点：灵敏度高、得出的时数字信号容易处理；缺点：分辨率不好提高，分辨率越高触点越多，越难实现，且不能连续采集数据。

方案2:采用电容式采集电容的方法。在水的表面处放一电极板，在水位的底部放一平行电极板。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA／δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。当水位的上升或下降时引起A变化，将引起电容量变化，并可用于测量。优点：结构简单,价格便宜，灵敏度高，可以连续采集；缺点：输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及连接电路较复杂，对电路的精确度要求高等。

方案3：采用水位传感器，由水位传感器所传来的电压数据，经过A/D采集就可显示当前水位，此方案的电路简单，且精度高，但是水位传感器比较昂贵，一个水位传感器至少150元，所以我们放弃此方案。

方案4：采用电位器采集电压的方法。在水面上放一重物经过滑轮再放一重物，当水位上升或下降时带动滑轮，是电位器的电压改变，从而可采集一个水位的信号，经过A/D转换就可在MSC1602A的液晶显示屏上显示出当时的水位。优点：灵敏度高，得出的水位信号容易采集，并且是连续采集的；缺点：由于物体之间有摩擦力，所以有一定小的误差。

考虑到分辨率要求、信号处理的连续性及对电路的要求，排除干扰因素，我们采用方案3。

（2）信号转换模块的选择

方案1:使用CD4066双向模拟开关，把微弱的水位信号引到CD4066的控制端，CD4066的输入端都接电源，这样就能把微弱的水位信号转换为稳定的电位信号。优点：工作稳定，便于集成化。;缺点：成本高。

。优点：成本低；缺点：工作不够稳定，使用数量多。

方案2：使用8051f020芯片，其本身就带有A/D 采集模块，采出的灵敏度高，分辨率为0.01V，且采出的信号稳定。优点：使用方便可靠，且为集成化的电路。缺点：成本高。

信号转换模块的工作影响的各个模块的正常工作及方便可靠性我们采用方案2。

（3）编码模块和液晶显示模块的选择

方案1：使用两个74HC573芯片锁存器直接驱动数码管显示。优点：电路结构简单；缺点：要编码的信号不够16个，造成浪费。

方案2：使用MSC1602A显示屏，可以显示水位的精确位置，直接由程序来驱动，使用时方便。优点：电路可靠，稳定；缺点:电路较复杂。

由于在显示方面可以精确显示，因此我们采用了方案2.

三、 工作原理

LCD1602

上面是电压的采集的原理图，图中AD0.0-IN 接入电位器的输出端，以获取不同水位的信号，将信号引到新华龙芯片的AIN0.0口，在芯片内的A/D 转换部分进行模数转换。当水位上升或下降时带动电位器的转动，使电位器输出电压改变，从而得知当前的水位。此电路是把水位的高度转变为电压的大小的原理。

随着水位的升高，把经过电位器出来后的电位信号，以驱动发光二极管显示当前水位，水上升到那，对应的发光二极管就发光。将5厘米或15厘米水位的对位信号由8051f020的一个脚引出，使得5厘米或15厘米的水位信号所对应的信号经过三极管放大之后驱动蜂鸣器报警，且让此驱动信号经发光二极管来实现发光的功能。

MSC160A2液晶显示模块的信号也是来自8051f020，直接由电压经A/D 转换后的数字信号来驱动，分为十位、个位、小数位的显示，其各自位的显示由程序直接控制。

电路设计

（1）水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块