基于單片機的水塔水位控制系統(已修改)

　

【正文】 摘 要水塔是在日常生活和工業應用中經常見到的蓄水裝置，基于單片機的水塔水位控制系統使水塔水位自動保持在一定的位置，通過對其水位的控制對外供水，以滿足需要。該系統使用水位傳感器對水塔水位進行檢測并將檢測到的信號傳給單片機STC89C52進行處理，通過調整定時器的定時時間來增大或者縮小占空比，并采用C語言編寫控制程序，從而實現電機的調速。最后，使用帶字庫的LCD1602液晶屏顯示當前水位狀態以及電動機的轉速。該系統實現了過低水位蜂鳴器鳴笛報警、過低警戒水位自動處理、正常水位蜂鳴器鳴笛報警以及正常水位處理、手動按鍵調整PWM(Pulse Width Modulation)電機調速等功能。本系統適應在不同的用水場合下的用水速度需要，節省工作時間，提高了整體工作的效率，實現水塔水位的自動控制。關鍵詞：單片機控制；水位檢測；LCD1602顯示；PWM電機調速ABSTRACTThe water tower is monly seen in daily life and industrial as application of storage device. The system is based on singlechip microputer control system help to keep water towers in certain water level and according to the automatic level of control to supply the needs of water. Water level sensor is used for towers on the examination detect signal and transfer the signal to STC89C52 , through the adjustment of the time to increase or narrow the duty ratio, and using C language program, so as to realize the pilation control of motor speed. Finally, current levels and motor speed are shown with 1602 LCD screen in this system. This system realizes the buzzer low level alarm, low whistle warning level automatic processing, normal level alarm or normal water buzzer sirens and manual buttons Pulse Width Modulation. This system realizes the automatic control in different water situation of water to save the working time, speed, and also improves the overall efficiency of water towers.Key Words：SCM control。 Water detection。 LCD1602 display。 PWM motor speed。目 錄1 引 言 1 課題簡介 12 系統的整體方案設計 3 功能要求 3 設計要求 3 系統基本方案選擇和論證 3 單片機芯片的選擇方案論證 4 顯示模塊選擇方案論證 43 系統的硬件設計 5 電路設計框圖 5 MCU主控芯片簡介 5 主控制器芯片STC89C52概述 5 芯片下載程序 7 液晶屏1602的簡單介紹 7 液晶屏1602的簡要概述 7 液晶屏1602的使用具體 8 系統功能電路 12 最小工作系統原理 12 蜂鳴器報警電路原理 14 電機驅動電路原理 14 按鍵功能電路原理 15 液晶1602顯示功能電路圖 15 系統總體原理圖設計 164 系統的軟件設計 17 編程語言介紹 17 C語言簡介 17 C語言的特點 17 C源程序的結構特點 18 PWM調速控制概述 19 PWM脈寬調制簡介 19 PWM調節的具體過程 19 系統程序的設計 20 程序設計步驟 20 軟件的安全冗余設置 21 程序流程圖 21 程序源代碼 235 調試 24 調試過程 24 電路檢測 24 調試步驟 24 調試遇到的問題及解決方案 24 功能實現 25結 論 26參考文獻 27附錄一 系統原理圖 28附錄二 程序源代碼 29致 謝 3536 / 401 引 言 課題簡介水塔是在日常生活和工業應用中經常見到的蓄水裝置，通過對其水位的控制對外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。水塔水位的單片機控制系統水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應用。水位控制在日常生活及工業領域中應用相當廣泛，自動檢測水位的檢測系統能根據水位變化的情況自動調節。水塔供水的主要問題是塔內水位應始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現象發生。在水塔中的水位到達水位下限時自動啟動電機，給水塔供水；在水塔水位達到正常水位的時候自動關閉電機，停止供水。并能在供水系統出現異常的時候能夠發出警報，以及時排除故障，隨時保證水塔的對外的正常供水作用。在工業和我們的日常生活中，對水位的監測是非常必要的。大到對江河，水庫等的水位，特別在洪災或者旱災的時候，需要及時得到第一手數據；小到對水箱，熱水器水位等家用貯水容器的監測，可以減少很多危險和不必要的損[1]。現舉一例：在煤礦的開采過程中，會產生大量的水。為了保證煤礦的安全和開采煤礦的正常進行，應將這些水通過水倉安全排放，因此不僅應控制水倉水位在一定的范圍之內，同時要保持一定的上下限，超過了限度則報警，從而給其排水[2]。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機控制實現自動運行，使水塔內水位保持恒定，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范圍內浮動，應采用水位傳感器測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常[3]。因此，這里給出以STC89C52單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統，該系統能實現水塔水位檢測、LCD1602顯示當前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報警，手動按鍵調整PWM電機調速功能，實現過低警戒水位報警、過低警戒水位處理的系統要求。80年代以來，我國又發展了以自記遙測為主的水位測量技術。它主要是建立自記水位計，實現水位自動采集、存儲、遠傳。同期，還發展了無人立尺觀測技術，這種技術采用激光測距儀與經緯儀接口配套組成的一套設備，利用激光測距儀無須反射棱鏡測定距離（測距精度：0～5m）的性能，配以經緯儀測角測定目標高程的一種測量方法。隨著近代科學技術的發展和新材料新器件的開發，采用傳感器研制水位計近年來有較大發展[4]。主要采用的傳感器有超聲波、光電、壓力、接觸式、浮于式等幾種。超聲波式水位計是將換能器向水面發射超聲波，測量超聲波傳播時間，計算出水位。壓力式水位計也是不需要水位測并，其基本原理是測量靜水壓力來實現水深的測量，已采用過波紋管和水銀位移式壓力傳感器等方法。固態壓力傳感器由于其靈敏度高、體積小、壽命長、且有抗腐蝕性而受到重視，但由于半導體傳感器受溫度影響大等原因，使其實用受到限制。近年來固態傳感器溫度自動補償問題有了進展，固態壓阻式水位計已經得到應用[5]。接觸式水位計使用機電的方法用探頭跟蹤井內水面高低變化測量水位，已在少數領域使用，浮子式水位計，利用水球（或其它浮子） 作敏感器件，避免了溫度、濕度等因素的影晌，性能穩定，工作可靠，因而得到長期使用和發展。 我國使用的自記水位計，最常見的為浮子式水位計。近年來，由于土建工程費用不斷上漲，無需水位量的壓力式水位計隨著現代技術的發展和進步也日趨穩定和成熟，致使人們越來越重視使用壓力式水位計。單片機自20世紀70年代問世以來，以極其高的性能價格比受到人們的重視和關注，所以應用很廣，發展很快。單片機的特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強，對環境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發較為容易。正因為單片機有如此多的優點，因此其應用領域之廣，幾乎到了無孔不入的地步[6]。在我國，單片機已被廣泛地應用在工業自動化控制、自動檢測、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統和和國防軍事、尖端武器等各個方面。單片機的潛力越來越被人們所重視。特別是當前用CMOS工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發展。我們可以開發利用單片機系統以獲得很高的經濟效益。雖然單片機的引入使控制系統大大“軟化”，但與其它計算機應用問題相比，單片機控制應用中的硬件內容仍然較多，所以說單片機控制應用有軟硬件相結合的特點。為此，在單片機的應用設計中需要軟、硬件統籌考慮，設計者不但要熟練掌握匯編語言等編程技術，而且還要具備較扎實的單片機硬件方面的理論和實踐知識。更重要的意義是單片機的應用改變了控制系統傳統的設計思想和方法。以前采用硬件電路實現的大部分控制功能，正在用單片機通過軟件方法來實現[7]。這種以軟件結合硬件或取代硬件并能提高系統性能的控制技術稱為微控制技術。例如，本文所要論述的基于單片機的水塔水位控制系統。2 系統的整體方案設計 功能要求實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內浮動，應采用水位傳感器測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常。因此，這里給出以STC89C52單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統，該系統能實現水塔水位檢測、LCD1602顯示當前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報警，手動按鍵調整PWM電機調速功能，實現過低和正常警戒水位報警、過低和正常警戒水位處理的系統要求。 設計要求按下電源按鈕后，燈會閃爍幾下，然后是常亮狀態，蜂鳴器會響。電機不會轉的，此時系統在待機狀態，且為正常狀態。要先選擇好電機的抽水速度是哪個檔位，共有4個檔位。檔位越高，速度越快。在電機轉的時候，按下選擇檔位，電機立馬會停止的，這個是一個軟件安全冗余的設計理念。電機在水位模擬傳感器端口（低水位）按下后，說明水位太低，電機轉動，此時蜂鳴器會響一下，燈會閃爍幾下，以此表示報警，并且液晶也會顯示水位太低。當水位模擬傳感器端口（正常水位）按下后，說明水位已經到正常狀態，電機停轉，此時蜂鳴器也會響一下，燈一樣會閃爍，以此表示報警，且液晶屏也會顯示水位正常。而PWM速度調整就是檔位的選擇，必須在電機停止的狀態下去選擇電機輸出的速度。 系統基本方案選擇和論證 此系統可以采用多種的方式設計，能采用液罐液壓檢測的方式來做，這樣在不同的水位時因為有不同的壓力值，所以我們可以根據不同的壓力值來確定到底水位在某個狀態，但是這樣的系統設計理念用處比較狹窄，因為這樣的設計理念的前提必須是一個液壓的封閉系統，這樣才能有精確的壓力值傳送，保證系統的穩定性。但是目前很多用到的水塔水位控制系統都不是封閉的水罐，所以這個方案有一定局限性。 而采用特殊的水位傳感器，就可以克服上述的困難。因為液位檢測器可以很精確的檢測到液位系統，同樣達到預期的目的，且系統的應用面很廣，而且系統的安全性能很好，因此我們采取檢測液位作為系統的設計思想。 單片機芯片的選擇方案論證 目前市場上的單片機的種類有很多種，最多