基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)74318(已修改)

　

【正文】 摘 要水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見到的蓄水裝置，基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)使水塔水位自動(dòng)保持在一定的位置，通過(guò)對(duì)其水位的控制對(duì)外供水，以滿足需要。該系統(tǒng)使用水位傳感器對(duì)水塔水位進(jìn)行檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)傳給單片機(jī)STC89C52進(jìn)行處理，通過(guò)調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間來(lái)增大或者縮小占空比，并采用C語(yǔ)言編寫控制程序，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。最后，使用帶字庫(kù)的LCD1602液晶屏顯示當(dāng)前水位狀態(tài)以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了過(guò)低水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警、過(guò)低警戒水位自動(dòng)處理、正常水位蜂鳴器鳴笛報(bào)警以及正常水位處理、手動(dòng)按鍵調(diào)整PWM(Pulse Width Modulation)電機(jī)調(diào)速等功能。本系統(tǒng)適應(yīng)在不同的用水場(chǎng)合下的用水速度需要，節(jié)省工作時(shí)間，提高了整體工作的效率，實(shí)現(xiàn)水塔水位的自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；水位檢測(cè)；LCD1602顯示；PWM電機(jī)調(diào)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(jiǎn)介 12 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 3 功能要求 3 設(shè)計(jì)要求 3 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 3 單片機(jī)芯片的選擇方案論證 4 顯示模塊選擇方案論證 43 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 電路設(shè)計(jì)框圖 5 MCU主控芯片簡(jiǎn)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(jiǎn)單介紹 7 液晶屏1602的簡(jiǎn)要概述 7 液晶屏1602的使用具體 8 系統(tǒng)功能電路 12 最小工作系統(tǒng)原理 12 蜂鳴器報(bào)警電路原理 14 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(tǒng)總體原理圖設(shè)計(jì) 164 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 編程語(yǔ)言介紹 17 C語(yǔ)言簡(jiǎn)介 17 C語(yǔ)言的特點(diǎn) 17 C源程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 18 PWM調(diào)速控制概述 19 PWM脈寬調(diào)制簡(jiǎn)介 19 PWM調(diào)節(jié)的具體過(guò)程 19 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 20 程序設(shè)計(jì)步驟 20 軟件的安全冗余設(shè)置 21 程序流程圖 21 程序源代碼 235 調(diào)試 24 調(diào)試過(guò)程 24 電路檢測(cè) 24 調(diào)試步驟 24 調(diào)試遇到的問(wèn)題及解決方案 24 功能實(shí)現(xiàn) 25結(jié) 論 26參考文獻(xiàn) 27附錄一 系統(tǒng)原理圖 28附錄二 程序源代碼 29致 謝 351 引 言 課題簡(jiǎn)介水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見到的蓄水裝置，通過(guò)對(duì)其水位的控制對(duì)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(jī)控制系統(tǒng)水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應(yīng)用。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，自動(dòng)檢測(cè)水位的檢測(cè)系統(tǒng)能根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。水塔供水的主要問(wèn)題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。在水塔中的水位到達(dá)水位下限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，給水塔供水；在水塔水位達(dá)到正常水位的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)，停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時(shí)候能夠發(fā)出警報(bào)，以及時(shí)排除故障，隨時(shí)保證水塔的對(duì)外的正常供水作用。在工業(yè)和我們的日常生活中，對(duì)水位的監(jiān)測(cè)是非常必要的。大到對(duì)江河，水庫(kù)等的水位，特別在洪災(zāi)或者旱災(zāi)的時(shí)候，需要及時(shí)得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)；小到對(duì)水箱，熱水器水位等家用貯水容器的監(jiān)測(cè)，可以減少很多危險(xiǎn)和不必要的損[1]。現(xiàn)舉一例：在煤礦的開采過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的水。為了保證煤礦的安全和開采煤礦的正常進(jìn)行，應(yīng)將這些水通過(guò)水倉(cāng)安全排放，因此不僅應(yīng)控制水倉(cāng)水位在一定的范圍之內(nèi)，同時(shí)要保持一定的上下限，超過(guò)了限度則報(bào)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(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實(shí)際供水過(guò)程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，應(yīng)采用水位傳感器測(cè)量水位變化，從而控制電動(dòng)機(jī)，保證水位正常[3]。因此，這里給出以STC89C52單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測(cè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水塔水位檢測(cè)、LCD1602顯示當(dāng)前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報(bào)警，手動(dòng)按鍵調(diào)整PWM電機(jī)調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)過(guò)低警戒水位報(bào)警、過(guò)低警戒水位處理的系統(tǒng)要求。80年代以來(lái)，我國(guó)又發(fā)展了以自記遙測(cè)為主的水位測(cè)量技術(shù)。它主要是建立自記水位計(jì)，實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳。同期，還發(fā)展了無(wú)人立尺觀測(cè)技術(shù)，這種技術(shù)采用激光測(cè)距儀與經(jīng)緯儀接口配套組成的一套設(shè)備，利用激光測(cè)距儀無(wú)須反射棱鏡測(cè)定距離（測(cè)距精度：0～5m）的性能，配以經(jīng)緯儀測(cè)角測(cè)定目標(biāo)高程的一種測(cè)量方法。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料新器件的開發(fā)，采用傳感器研制水位計(jì)近年來(lái)有較大發(fā)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(jì)是將換能器向水面發(fā)射超聲波，測(cè)量超聲波傳播時(shí)間，計(jì)算出水位。壓力式水位計(jì)也是不需要水位測(cè)并，其基本原理是測(cè)量靜水壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)水深的測(cè)量，已采用過(guò)波紋管和水銀位移式壓力傳感器等方法。固態(tài)壓力傳感器由于其靈敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)、且有抗腐蝕性而受到重視，但由于半導(dǎo)體傳感器受溫度影響大等原因，使其實(shí)用受到限制。近年來(lái)固態(tài)傳感器溫度自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題有了進(jìn)展，固態(tài)壓阻式水位計(jì)已經(jīng)得到應(yīng)用[5]。接觸式水位計(jì)使用機(jī)電的方法用探頭跟蹤井內(nèi)水面高低變化測(cè)量水位，已在少數(shù)領(lǐng)域使用，浮子式水位計(jì)，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(wěn)定，工作可靠，因而得到長(zhǎng)期使用和發(fā)展。 我國(guó)使用的自記水位計(jì)，最常見的為浮子式水位計(jì)。近年來(lái)，由于土建工程費(fèi)用不斷上漲，無(wú)需水位量的壓力式水位計(jì)隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步也日趨穩(wěn)定和成熟，致使人們?cè)絹?lái)越重視使用壓力式水位計(jì)。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無(wú)孔不入的地步[6]。在我國(guó)，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國(guó)防軍事、尖端武器等各個(gè)方面。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。我們可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。雖然單片機(jī)的引入使控制系統(tǒng)大大“軟化”，但與其它計(jì)算機(jī)應(yīng)用問(wèn)題相比，單片機(jī)控制應(yīng)用中的硬件內(nèi)容仍然較多，所以說(shuō)單片機(jī)控制應(yīng)用有軟硬件相結(jié)合的特點(diǎn)。為此，在單片機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中需要軟、硬件統(tǒng)籌考慮，設(shè)計(jì)者不但要熟練掌握匯編語(yǔ)言等編程技術(shù)，而且還要具備較扎實(shí)的單片機(jī)硬件方面的理論和實(shí)踐知識(shí)。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)[7]。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。例如，本文所要論述的基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)。2 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 功能要求實(shí)際供水過(guò)程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，應(yīng)采用水位傳感器測(cè)量水位變化，從而控制電動(dòng)機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以STC89C52單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測(cè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水塔水位檢測(cè)、LCD1602顯示當(dāng)前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報(bào)警，手動(dòng)按鍵調(diào)整PWM電機(jī)調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)過(guò)低和正常警戒水位報(bào)警、過(guò)低和正常警戒水位處理的系統(tǒng)要求。 設(shè)計(jì)要求按下電源按鈕后，燈會(huì)閃爍幾下，然后是常亮狀態(tài)，蜂鳴器會(huì)響。電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)的，此時(shí)系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)，且為正常狀態(tài)。要先選擇好電機(jī)的抽水速度是哪個(gè)檔位，共有4個(gè)檔位。檔位越高，速度越快。在電機(jī)轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下選擇檔位，電機(jī)立馬會(huì)停止的，這個(gè)是一個(gè)軟件安全冗余的設(shè)計(jì)理念。電機(jī)在水位模擬傳感器端口（低水位）按下后，說(shuō)明水位太低，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)蜂鳴器會(huì)響一下，燈會(huì)閃爍幾下，以此表示報(bào)警，并且液晶也會(huì)顯示水位太低。當(dāng)水位模擬傳感器端口（正常水位）按下后，說(shuō)明水位已經(jīng)到正常狀態(tài)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)蜂鳴器也會(huì)響一下，燈一樣會(huì)閃爍，以此表示報(bào)警，且液晶屏也會(huì)顯示水位正常。而PWM速度調(diào)整就是檔位的選擇，必須在電機(jī)停止的狀態(tài)下去選擇電機(jī)輸出的速度。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 此系統(tǒng)可以采用多種的方式設(shè)計(jì)，能采用液罐液壓檢測(cè)的方式來(lái)做，這樣在不同的水位時(shí)因?yàn)橛胁煌膲毫χ担晕覀兛梢愿鶕?jù)不同的壓力值來(lái)確定到底水位在某個(gè)狀態(tài)，但是這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念用處比較狹窄，因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)理念的前提必須是一個(gè)液壓的封閉系統(tǒng)，這樣才能有精確的壓力值傳送，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是目前很多用到的水塔水位控制系統(tǒng)都不是封閉的水罐，所以這個(gè)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?yàn)橐何粰z測(cè)器可以很精確的檢測(cè)到液位系統(tǒng)，同樣達(dá)到預(yù)期的目的，且系統(tǒng)的應(yīng)用面很廣，而且系統(tǒng)的安全性能很好，因此我們采取檢測(cè)液位作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。 單片機(jī)芯片的選擇方案論證 目前市場(chǎng)上的單片機(jī)的種類有