基於微控制器的水位控制系統設計

萍鄉高等專科學校

微控制器課程設計報告

姓名：學號：1

專業：應用電子

系別：機械電子工程系

目錄1　概述 3

2　設計的基本任務和要求 4

2.1 基本功能 4

2.2塔水位控制原理 4

2.3 系統硬體總體方案 5

3　控制系統方案設計 5

3.1系統硬體方案 5

3.2 核心晶元at89c51微控制器 6

3.3系統軟體總體方案 7

設計與** 8

4.1元器件清單 8

4.2基於微控制器水位控制原理圖5 9

4.3基於微控制器的水位控制pcb圖6 9

4.4水位檢測的主程式 10

4.5 實驗**結果 13

4.6 結語 13

5 設計體會 13

參考文獻 14

液位控制系統是以液位為被控引數的控制系統，它在工業生產的各個領域都有廣泛的應用。在工業生產過程中，有很多地方需要對容器內的介質進行液位控制，使之高精度地保持在給定的數值，如在建材行業中，玻璃窯爐液位的穩定對窯爐的使用壽命和產品的質量起著至關重要的作用。液位控制一般指對某一液位進行控制調節，使其達到所要求的控制精度。

液體的液位的自動控制,是近年來新開發的一項新技術,它是微型計算機軟體、硬體、自動控制等幾項技術緊密結合的產物,工程作業採用的是微機控制和原有的儀表控制,微機控制有以下明顯優勢:

1)直觀而集中的顯示各執行引數,能顯示液位狀態。

2)在執行中可以隨時方便的修改各種各樣的執行引數的控制值,並修改系統的控制引數,可以方便的改變液位的上限、下限。

3) 具有水體控制過程的自動化處理以及監控軟體良好的人機介面，操作人員在監控計算機上能根據控制效果及時修執行引數，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產過程的實時性、安全性

綜合以上的種種優點可以預見採用計算機控制系統是行業的大勢所趨。微控制器是在一塊晶元上整合了一片微型計算機所需的cpu、儲存器、輸入、輸出等部件。微控制器自問世以來,效能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點使它的應用領域日益廣泛。

一般,工業控制系統的工作環境差,干擾強,利用微控制器控制就能克服這些缺點,因此微控制器在控制領域得到廣泛的應用,使用微控制器控制液體液位是很好的選擇。

目前我國在微控制器測控裝置研究、生產、應用中,取得了很大的成績,總結了很多經驗,但是各行業仍處於發展期,經調查,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和演算法,數年來這方面的研究的**較多,著重生產實際的很少。在上海,新型的微控制器測控裝置與系統研究的生產基礎較雄厚,在生產過程中需要新型的測控裝置與系統,因此在不斷的努力研究與開發。上海的工程技術研究人員更著重的是生產實際研究,對理論、演算法和成果的**較少;深圳在研製新型的測控裝置與系統領域也比較有成就,儘管與其他國家比較尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特點就是實際,與生產實際應用專案無關的問題基本不去考慮,主要考慮選取什麼材料,測控什麼物理量,優點是什麼,與機器裝置的通訊介面等等。

2.1 基本功能

本設計是採用at89c51微控制器為核心晶元,及其相關硬體來實現的水體液位控制系統,在用液位感測器測液位的同時, cpu迴圈檢測感測器輸出狀態,並用3位七段led顯示示液位高度,檢測液位資料,實施報警安全提示,當水體液位低於使用者設定的值時,系統自動開啟幫浦上水,當水位到達設定值時,系統自動關閉水幫浦或開啟排水幫浦。

微控制器水塔水位控制原理如圖l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，安裝固定不變的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．當水位上公升到上限水位時，由於水的導電作用。使b、c棒均與+5 v連通。因此b、c兩端的電壓都為+5 v即為。

l」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「r狀態。c端為「o」狀態。

此時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。

2.3 系統硬體總體方案

系統的原理是採用8個按鈕進行水位檢測，在現場的3個不同的位置，由下至上測量水體的液位值,。並把這四個液位狀態通過模數轉換器傳到微控制器中,在通過3位七段led顯示器顯示出液位的三種狀態及報警安全提示。用led顯示是因為它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉換效能高、壽命長等特點，根據當前的液位值和使用者設定的水位決定是否進行開、關水幫浦,需要是否開啟和關閉驅動閥門的電動機。

系統方案設計液位控制是利用把液位的狀態轉換成模擬訊號,再通過模數轉換器at89c51把輸出狀態直接接到微控制器的i/o介面，微控制器經過運算控制，輸出數碼訊號，輸出介面接led進行顯示,實現液位的報警和鍵盤的顯示與控制；圖2即是液位控制系統：

圖2液位控制系統

由上圖可觀察到感測器通過對液面進行測量，輸出模擬訊號，再通過模數轉換器把輸入的模擬訊號轉換成數碼訊號，通過at89c51微控制器的運算控制，在通過led進行顯示,通過報警裝置進行報警,報警顯示之後再通過對閥門的開啟實現對水體的液位進行調節控制,閥門的驅動裝置是電動機。

3.2 核心晶元at89c51微控制器

at89c51是一種帶4k位元組flash儲存器（fperom—flash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高效能cmos 8位微處理器，俗稱微控制器。at89c2051是一種帶2k位元組快閃儲存器可程式設計可擦除唯讀儲存器的微控制器。微控制器的可擦除唯讀儲存器可以反覆擦除1000次。

該器件採用atmel高密度非易失儲存器製造技術製造，與工業標準的mcs-51指令集和輸出管腳相相容。由於將多功能8位cpu和閃爍儲存器組合在單個晶元中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c微控制器為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

外形及引腳排列如圖3所以。

圖3 at89c5引腳圖

水位檢測是通過8個按鈕進行水位檢測的，當水位到檢測位置其輸出埠就向微控制器輸出低電平。由上至下的第乙個位置為水位上限報警線，即當水位高於此位置時，開水閥控制系統就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個位置是自動停止加水線，即當水位高於此位置時，控制系統會自動關閉加水電磁閥，停止加水；第三個位置是自動加水線，即當水位低於此位置時，控制系統會自動接通加水電磁閥，開始加水；第四個位置是水位下限報警線，即當水位低於此位置時，控制系統就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障如圖4。

圖4 水位控制流程圖

圖5水位控制原理圖

圖6水位控制pcb圖

4.4水位檢測的主程式

本控制系統採用的是控制，由於模糊控制量的求取是採用查表法，因此軟體程式較簡單，整個軟體部分較多，現取最重要的水位檢測主程式。

#include<>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit mor=p2^7;

sbit mot=p2^6;

sbit led=p2^0;

code uchar tab=;

void delay (uint n)

void led_show()

if(p1==0xfd)

if(p1==0xfb)

if(p1==0xf7)

if(p1==0xfd)

if(p1==0xef)

if(p1==0xdf)

if(p1==0xbf)

if(p1==0x7f) }

void main()

}根據所設計系統的軟體流程圖，編寫相應的程式在pro-teus軟體環境下實際**，實驗結果表明，該系統能成功實現了水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴充套件性強。通過製作pcb板子，該系統已成功運用於某實驗水冷卻系統。

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