基于單片機的水位控制系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于單片機的水位控制系統設計畢業論文目錄河系學院本科生畢業論文（設計）誠信聲明 2河西學院本科生畢業論文（設計）開題報告 3摘要 6ABSTRACT 61. 緒論 7 研究背景 7 7 8 設計任務及要求 8 設計任務 8 設計要求 8 要求分析 83. 系統方案論證與選擇 8 8 系統整體方案 10 各單元電路方案論證 10 主要模塊簡介 11 核心芯片STC89C51單片機 11 1602液晶顯示器 144. 硬件電路設計 17 單片機最小硬件系統電路 18 18 水位調整及其報警電路 19 205. 程序設計 20 20 水位控制系統主程序 206. 實物調試與測試 21 21 測試結果分析 217. 結束語 22參考文獻 23致 謝 24附 錄 25河西學院本科生畢業論文（設計）題目審批表 33河西學院物理與機電工程學院指導教師指導畢業論文情況登記表 34河西學院畢業論文（設計）指導教師評審表 35河西學院本科生畢業論文（設計）答辯記錄表 361. 緒論 研究背景 水位自動控制技術越來越頻繁地進入到自動控制系統設計者的視線。傳統的水位控制系統雖結構簡單,但功能單一,無法實現人機交互,且通用性差。如今隨著電子技術的飛速發展,電子產品制造工藝成熟,批量生產降低了產品價格。人們開始意識到采用單片機來實現水位控制。其人機交互性強, 功能強大, 控制精度高, 能夠方便地與上位機通訊, 實現數據共享。且價格低廉, 通用性、實用性強, 能夠在稍作改造后或直接用于諸如自來水廠的儲水池、爆氣池, 污水處理廠、化學工廠的各類液體池以及電廠一的鍋爐氣泡等需要水位自動控制的場合。 在許多工業生產系統中，需要對系統的液位或物料位進行監測，特別是對具有腐蝕性的液體液位的測量，傳統的電極法是采用差位分布電極，通過給電脈沖來檢測液面，電極長期浸泡在液體中，極易被腐蝕、電解、失去靈敏性，因而對測試設備的抗腐蝕性要求較高。超聲波液位檢測系統，利用了超聲波傳感技術的原理，采取一種非接觸式的測量方法，能夠實現對工業系統中液位或物料位的檢測；而且超聲波具有很好的指向性和束射特性，人耳聽不見，一般不會對人體造成傷害檢測工程方便、迅速、易做到實時控制，而且測量精度又能達到工業實用的要求，所以有廣泛的工業應用前景。并且目前，我國住宅小區樓房自來水供水系統主要采用高塔供水，既在樓頂或者另外建設的高塔上面建個蓄水池以保證用戶水壓的恒定。目前大多數的住宅小區都是采用人工加水的辦法，即當水用完的時候，就人工開啟水泵進行加水，十分不便。所以這一切問題的存在，都在呼喚一種簡單經濟的水位檢測報警控制系統的誕生。傳統的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點,而自動控制原理, 依據用水量的變化自動調節系統的運行參數,保持水壓恒定以滿足用水要求, 從而提高了供水系統的質量，而且成本低，安裝方便，經過多次實驗證明，靈敏性好，是節約水源，方便家庭和單位控制水位的理想裝置。 設計任務及要求 設計任務設計一個以單片機為基礎，用超聲波傳感器測量水位并將水位高度實時顯示在液晶顯示器上；用發光二極管直觀顯示水位當前狀態；水位最高與最低值能在按鍵上調節的智能水位控制系統。 設計要求（1）控制容器的水位在某一值附近。當水位發生變化時利用單片機控制進水閥或水泵，使水位能迅速調整到預定值；（2）能通過鍵盤對水位控制的閾值進行設置；（3）能通過數碼管、液晶顯示器或PC機顯示當前水位值及水位閾值等信息；(4)要求水位控制精度在5%以內。 要求分析根據該設計的任務及要求分析知該系統中測量水位這是一個重要部分，只有準確的測量出了水位才能用單片機控制其余硬件電路做出響應。要準確測量水位需選用合理的測距模塊，經過分析和比較幾種傳感器的功能和原理，此次用超聲波測距模塊來解決這個問題。3. 系統方案論證與選擇方案一：本方案采用555電路進行控制，即當水位探測傳感器探測到低水位時送一個低于1/3VCC的低電平給NE555芯片,555的輸出即為高電平驅動水泵加水。當在正常的水位時候,送給NE555為1/3VCC2/3VCC的電平,即保持前一個水泵不加水的狀態。當水位居于高水位時,給NE555電路一個高電平,這時NE555輸出電平翻轉為低電平,不能驅動水泵,水泵停止加水。 方案一方框圖 方案二：本方案采用單片機STC89C51作為我們的控制芯片,主要工作過程是當水塔中的水在低水位時,水位探測傳感器送給單片機一個高電平,同時單片機驅動水泵加水和顯示系統使紅燈變亮。STC89C51單片機 水泵控制電路 顯示部分供水系統電源電路 超聲波 傳感器圖32 方案二方框圖方案論證：第一種方案設計使用起來比較方便也簡單,不用編程等軟件方面的設計，但是沒有穩壓電路,使輸入NE555芯片的電平十分不穩定,容易發生誤判水位引起混亂的情況,且NE555電路只有一個輸出端,不能接顯示系統,所以不能完成顯示功能。另外，此方案不能精確測量出液位高度，銅絲長時間沁在水中表面會發生氧化，長時間會是系統的誤判率升高。第二種方案中使用了單片機芯片和超聲波傳感器，單片機控制和超聲波測距技術是信息時代用于精密測量的技術。此系統使用過程中采用穩壓電路能夠準確地把輸入的電平送給單片機不會產生誤判的情況,由于STC89C51單片機有四端口32引腳能夠非常方便地設計顯示系統。綜上,我們已經清楚地看到了兩種方案的優劣,要能夠很好地完成本次設計的各個指標和達到設計的目的,我們選擇第二種方案作為我們的設計方案。 系統整體方案　 液位控制系統由上圖可觀察到此液位控制系統工作如下：傳感器通過對液面進行測量，輸出模 擬信號，再通過STC89C51單片機的運算控制，在LED上進行顯示,通過報警裝置進行報警,報警顯示之后再通過對閥門的開啟實現對水體的液位進行調節控制,閥門的驅動設備是電動機。 各單元電路方案論證(1)能使單片機工作的最小系統電路最小系統由復位電路、外部晶振和單片機STC89C51組成(2)顯示電路用LCD1602，指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊。(3)調整控制電路用三極管和電阻等元件構成的驅動電路接到家用電水泵上來調節水位。(4)聲音報警電路在停電或者水泵由于故障而無法上水時，聲音報警啟動，以便及時做出處理。●水位控制系統中傳感器的選用論證系統考慮的要求，在對器件的選擇過程中，側重于對傳感器的選擇。方案設計過程中主要對以下幾種傳感器做了比較。方案一：壓力傳感器 目前的液位壓力傳感器大部分是投入式靜壓液位變送器，而投入式靜壓液位傳感器只有參考大氣壓才能進行準確測量，然而連接電纜中的通氣會受到環境的影響，造成氣管內壁冷凝，結露。露水滴到電子器件和傳感器上，會影響精度或者輸出漂移。同時，結露過快，變送器的使用壽命也會大大縮短。此壓力傳感器容易受到環境的影響而造成測量不準確，并且安裝不方便。　　方案二：壓阻式壓力傳感器　　壓阻式傳感器是用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制作擴散壓敏電阻；硅平膜片在微小變形時有良好的彈性特性，當硅片受壓后，膜片的變形使擴散電阻的阻值發生變化；此變阻器容易受外部環境的影響，如溫度，從而造成測量不準確，而且體積一般比較大，不易安裝、不易攜帶；一般其精確度也比較低。不能滿足設計的需要，所以不選擇。　　方案三：超聲波傳感器　　超聲波傳感器是工業領域內第一款在產品上帶有按鍵設定功能和自診斷功能的小型傳感器。它雖然體積小，但是具有其它大型傳感器所具有的功能，安裝使用方便而且不受被測物體的顏色影響，有許多特設功能，如：具有自診斷LED 顯示和按鍵設定功能、溫度補償功能、可選擇模擬量或開關量輸出等；其供電電壓為10～30V，測量范圍為30mm～300mm，輸出電壓0V～10V，輸出電流為4mA～20mA， 歐，外形分為直線型和直角型。感應