目錄摘要2引言3
一、設計方案的選擇4
1.1 簡單的機械式控制方式4
1.2 複雜控制器控制方案4
1.3 通過水位變化上下限的控制方式……………………4
二、水塔水位控制原理5
三、電路設計6
3.1 水位檢測介面電路8
3.2 報警介面電路8
四、系統軟體設計9
4.1 流程圖9
4.2 程式10
總結12
摘要隨著微電子工業的迅速發展，微控制器控制的智慧型控制器廣泛應用於電子產品中，為了使學生對微控制器控制的智慧型控制器有較深的了解。經過綜合分析選擇了由微控制器控制的智慧型液位控制器作為研究專案，通過訓練充分激發學生分析問題、解決問題和綜合應用所學知識的潛能。另外，水位控制在高層小區水塔水位控制，汙水處理裝置和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應用。
通過對模型的設計可很好的延伸到具體應用案例中。設計一種基於微控制器水塔水位檢測控制系統。該系統能實現水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能。
實現超高、低警戒水位報警，超高警戒水位處理。介紹電路介面原理圖，給出相應的軟體設計流程圖和匯程式設計序。實驗結果表明，該系統具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴充套件性強。
關鍵詞：微控制器；水位檢測；控制系統
引言水塔供水的主要問題是塔內水位應始終保持在一定範圍，避免「空塔」、「溢塔」現象發生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由微控制器控制實現自動執行，使水塔內水位保持恆定，以保證連續正常地供水。實際供水過程中要確保水位在允許的範圍內浮動，應採用電壓控制水位。
首先通過實時檢測電壓，測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常。因此，這裡給出以atmel公司的at89c51微控制器為核心器件的水塔水位檢測控制系統設計，實現水位的檢測控制、電機故障檢測、處理和報警等功能。
一、設計方案的選擇
對於水位進行控制的設計方式有很多，而應用較多的主要有3種，三種方式的實現如下：
1.1 簡單的機械式控制方式
其常用形式有浮標式、電極式等，這種控制形式的優點是結構簡單，成本低廉。存在的問題是精度不高，不能進行數值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能單獨控制，與計算機進行通訊較難實現。
1.2 複雜控制器控制方式
這種控制方式是通過安裝在水幫浦出口管道上的壓力感測器，把出口壓力變成標準工業電訊號的模擬訊號，經過前置放大、多路切換、a/d變換成數碼訊號傳送到微控制器，經微控制器運算和給定參量的比較，進行pid運算，得出調節參量；經由d/a變換給調壓/變頻調速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調節電機轉速，以達到控制水塔水位的目的。
1.3 通過水位變化上下限的控制方式
這種控制方式通過在水塔的不同高度固定的不動的3根金屬棒abc，以感知水位的變化情況。其中，a棒處於下限水位，c棒處於上限水位，b棒處於上、下限水位之間。a棒接+5v電源，b棒、c棒各通過乙個電阻與地相連。
針對上述3中控制方式，以及設計需達到的效能要求，這裡選擇第三種控制方式。最終形成的方案是，利用微控制器為核心，設計乙個對供水箱水位進行監控的系統。當水塔水位下降至下限水位時，啟動水幫浦；水塔水位上公升至上限水位時，關閉水幫浦；水塔水位在上、下限水位之間時，水幫浦保持原狀態；供水系統出現故障時，自動報警；故障解除時，水幫浦恢復正常工作。
二、水塔水位控制原理
微控制器水塔水位控制原理如圖1所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應控制在虛線範圍之內。為此，在水塔內的不同高度處，安裝固定不動的3根金屬棒a、b、c，用以反映水位變化的情況。
其中，a棒在下限水位，b棒在上、下限水位之間，c棒在上限水位（底端靠近水池底部，不能過低，要保證有足夠大的流水量）。水塔由電機帶動水幫浦供水，微控制器控制電機轉動，隨著供水，水位不斷上公升，當水位上公升至上限水位時，由於水的導電作用，使b、c棒均與+5v連通。因此b、c兩端的電壓都為+5v即為「1」狀態，此時應停止電機和水幫浦工作，不再向水塔注水；當水位處於上、下限之間時，b棒和a棒導通，而c棒不能與a棒導通，b端為「1」狀態，c端為「0」狀態。
此時不論電機帶動水幫浦給水塔注水，使水位上公升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應繼續維持原有工作狀態；當水位處於下限位置以下時，b、c棒均不能與a棒導通，b、c均為「0」狀態，此時應啟動電機轉動 ，帶動水幫浦給水塔注水。
圖1 水塔水位控制原理圖
三、電路設計
水塔水位控制系統主要由cpu（at89c51）、水位介面檢測電路、報警介面電路、復位電路、時鐘振盪等部分組成，如圖2所示。圖3為系統硬體電圖
圖2 水塔水位控制系統結構圖
圖3 系統硬體電路
3.1 水位檢測介面電路
為了便於實現水位檢測功能，用乙個兩位的撥碼開關模擬b、c端的狀態（1、0），正電極接+5v電源，每個負電極分別通過4.7kq的電阻（r1，r2）接地。將微控制器的p1.
0埠接開關1，p1.1埠接開關2。假設被水淹沒的負電極都為高電平，此時開關置1；露在水面的負電極都為低電平，開關此時置為0。
微控制器通過負電極重複採集檢測水位，當缺水時（此時兩個開關均置0），電機必須帶動水幫浦抽水；若水位在正常範圍內時，檢測訊號為高，低電平（此時開關1置1，開關2置0）；當水位過高時，檢測訊號為高電平（此時開關1和2都置1），微控制器檢測到p1.0和p1.1為高電平後，立即停機。
3.2 報警介面電路
為了避免系統發生故障時，水位失去控制造成嚴重後果，在超出、低於警戒水位時，報警訊號直接從高、低警戒水位電極獲得。微控制器p1.7埠為啟動電機命令輸出埠，p1.
7=0為低電平，經過非門後與電機的另一端接地導通，啟動電機工作；p1.7=1為高電平，反之，電機停止工作。電機故障報警由微控制器控制，電機故障報警訊號由p1.
0和p1.1輸入。當p1.
5為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位，微控制器控制系統使電機停止轉動，向水塔內供水工作也停止。
四、系統軟體設計
4.1 流程圖
當水塔水位處於上、下限之間時，p1.0=1，p1.1=0，此時無論電機是在帶動水幫浦給水塔供水使水位不斷上公升，還是電機沒有工作使水位不斷下降，都應繼續維持原有工作狀態；當水位低於下限時，p1.
0=0，p1.1=0，此時啟動電機轉動，帶動水幫浦給水塔供水。水位檢測訊號與輸出控制操作關係如表1所列，圖4為水塔水位控制程式流程。
圖4 水塔水位控制程式流程
表1 水位檢測訊號與輸出控制操作關係
4.2 程式
org 0030h
loop： orl r103h ；為檢查水位狀態準備
mov ap1
jnb acc.0 ， one ； p1.0=0則轉
jb acc.1 ， two ； p1.1=1則轉
back： acall d10s ； 延時10s
ajmp loop
one： jnb acc.1 ， three ； p1.1=0則轉
clr 95h ； 0—p1.5，啟動報警裝置
setb 97h ； 1—p1.7，停止電機工作
four： sjmp four
three： clr 97h ；啟動電機
ajmp back
two: setb 97h ；停止電機工作
ajmp back
延時子程式d10s（延時10s）：
org 0100h
d10s： mov r3 ， #19h
loop： mov r1 ， #85h
loop1： mov r2 ， #0fah
loop2： djnz r2 ， loop2
djnz r1 ， loop1
djnz r3 ， loop3
ret總結
該系統設計是基於在微控制器嵌入式系統而設計的，充分利用微控制器強大控制功能和方便通訊介面，該檢測控制系統在實驗室某實驗水冷卻系統得到成功實踐，實現水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。進一步優化系統軟硬體設計，可為實時實現遠端控制，因此，該系統在農村水塔，城市水源檢測控制等領域有著廣闊的應用前景。
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