基于单片机和智能水位控制系统

毕业论文（设计）

题目水位控制系统

指导教师职称

学生姓名学号

专业班级

院（系）工程学院

完成时间 2011年4月23日

水位控制系统

摘要

本文采用AT89C52单片机系统实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。该系统具有水位检测、水位高度LCD显示、低水位高水位报警以及自动加水等功能。

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。本设计传感器使用了超声波模块，并且详细阐述了超声波测距测的原理，给出了系统构成框图。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时监控液位。并采用52单片机系统控制整个电路的信号处理以及采用光电耦合和继电器来实现弱电控制强电来实现加水系统的自动控制。它能自动完成水位检测、光报警、上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层液体储存的理想设备。

关键词单片机/超声波模块/自动监测/LCD液晶/自动控制

目录

中文摘要 .................................................................................................................... I 英文摘要 .................................................................................... 错误!未定义书签。1绪论 . (1)

1.1研究现状 (1)

1.2液位测量技术概况 (1)

1.2.1机械浮子类液位计 (2)

1.2.2电子类液位传感器 (2)

1.2.3热学式液位计 (3)

1.2.4．雷达液位传感器 (3)

1.2.5超声波液位传感器 (3)

1.2.6同位素/放射性液位传感器 (3)

1.2.7液压类液位计 (4)

1.2.8光学液位计 (4)

1.3国内外液位传感器的现状 (4)

1.4设计任务与计划 (5)

2总体方案的设计 (7)

2.1设计思路 (7)

2.2方案设计 (8)

3硬件设计 (10)

3.1系统方框图 (10)

3.2系统工作原理 (10)

3.2.1单片机介绍 (10)

4各部分电路设计 (15)

4.1传感器的选用 (15)

4.2显示模块 (16)

4.3单片机控制处理电路 (17)

4.4光报警显示统电路 (17)

4.5继电器控制电路的原理图 (18)

4.5.1光电耦合器简介 (19)

4.5.2继电器简介 (20)

5软件设计 (22)

5.1水位控制系统程序流程图 (22)

5.2 水位控制系统主程序 (23)

6系统仿真 (24)

6.1程序编译和加载 (24)

6.2 Proteus系统仿真 (24)

6.3系统仿真结果分析 (25)

7结论 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录1 (29)

附录 2 (30)

1绪论

1.1研究现状

在许多工业生产系统中，需要对系统的液位或物料位进行监测，特别是对具有腐蚀性的液体液位的测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电脉冲来检测液面，电极长期浸泡在液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性，因而对测试设备的抗腐蚀性要求较高。超声波液位检测系统，利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触式的测量方法，能够实现对工业系统中液位或物料位的检测；而且超声波具有很好的指向性和束射特性，人耳听不见，一般不会对人体造成伤害检测工程方便、迅速、易做到实时控制，而且测量精度又能达到工业实用的要求，所以有广泛的工业应用前景[1]。

并且目前，我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，既在楼顶或者另外建设的高塔上面建个蓄水池以保证用户水压的恒定。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。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检测报警控制系统的诞生。

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量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，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。

1.2液位测量技术概况

液位传感器是指检测液体高度信息的仪器，液位测量技术在工程领域有着极为广泛的应用。在一般的生产工艺加工过程中，通常只需要对物料的表面位置进行记录和储存，以作为确保生产工艺、安全等方面的需要。随着生产自动化程度的不断提高，必须首先对液位测量数据进行控制与调节，以保证自动化生产能够自动控制在最佳状态。在现代化的企业生产过程中，采用计算机控制系统对生产进行各种综合控制与管理的普及，控制系统的智能化、统一化，要求测量的对象要广、测量的精度要高、可

靠性要好、实用性要强、且适用于特殊测量环境等，这些对液位测量技术也提出了更高的要求。尤其是当液面具有波动和存在气泡，或液面高度随时间改变的动态测量，或被测介质具有粘滞性、导电性，或需要考虑容器的密封性以及介质是否含有腐蚀物、毒性和易爆性等情况下，选择合适的液位测量技术就显得尤为重要[2]。

目前国内外工业生产中普遍采用的液位测量方法有19种以上，主要有以下几大类:

1.2.1机械浮子类液位计

测量原理是利用传动装置把与液位同高度的浮子高度信息转换成脉冲信号或连续信号，转换器是一些机械舌簧、磁铁、电子或光电设备。此类液位计可以进行连续测量，其问题是积聚在传动机械臂上的污物(如水垢沉积)会限制浮子运动，从而产生故障。

1.2.2电子类液位传感器

测量原理是把液位的变化转化为电气参数的变化，利用一定的测量电路将电参数检测出来，从而达到测量液位的目的。其中最常用且最成熟的是电容式液位传感器。

电容式液位计它是利用空气和液体作电容器两极极板间的电介质，将液位变化转换成静电电容变化，用电子学方法测量电容值，从而探测液体高度信息。它结构简单，精度较高，而且量程广，适合于测量各种介质(导电介质、非导电介质)的液位，但是要求液体具有相同、稳定的介电常数，需要有温度的补偿。尤其用长电缆连接时，对电缆中的干扰和寄生电容很敏感，精度较差，且对导电介质或粘性介质，误差较大、易受干扰，严重影响测量结果。

电阻式液位计探测器在空气中的阻值要比它浸在液体中的阻值大得多，通过电子学方法测量液体容器底部与顶部之间的电阻，从中可探知液位信息。其测量精度受液体污染情况的影响较大，探针的污染和沉积物，会导致错误的输出，在直流工作时会产生电解，响应速度慢。