基于8051单片机的水箱水位控制系统的设计

基于8051单片机的水箱水位控制系统的设计内容摘要：

仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能 化工具。 单片机具有多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格的显著特点。 所以利用单片机对水箱进行控制可以极大的减少投入，具有很高的经济价值与实用性。 利用单片机实现水箱控制，对于提高劳动生产率和产品质量，节约能源等都有 着积极意义 [1]。 本设计任务和主要内容 本次设 计的系统能够监测出水箱的水位，根据相应的要求对水箱的水位进行自动或者手动控制。 系统以 8051 单片机作为主控制芯片，通过水泵为水箱上水和放水，通过按键对系统水位上、下限进行调整。 ，黄灯亮，并出现报警现象，水泵机停止转动，停止向水箱送水。 ，蓝灯亮，并出现报警现象，水泵机开始转动，开始向水箱送水。 ，绿灯亮，维持原有工作状态。 4. 在水箱水位处于混乱中时，水泵机停止转动，红灯亮，并出现报警现象。 手动 /自动模式转换控制如下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况；在手动的模式下，水泵机的运行控制可由人工操作。 2 第 2 章 总体方案设计 设计方框图 图 系统电路总体方框图 硬件设计原理图 图 水箱 水位控制 系统 的 总 电路 图 水箱水位控制系统由检测电路、手动电路、时钟电路、指示电路、报警装置和供水装置构成。 检测电路 AT89C2051 单片机 报警装置 供 水装置 时钟电路 手动电路 指示电路 3 水箱 水位控制的电路如图。 检测 电路得到的是频率随水位变化的调频脉冲，它反映了贮水池水位的高度，对其进行信号处理，便能实现对水位的控制及故障报警等功能。 上限的时候，黄灯亮，并出现报警现象，水泵机停止转动，停止向水箱送水。 ，蓝灯亮，并出现报警现象，水泵机开始转动，开始向水箱送水。 ，绿灯亮，维持原有工作状态。 4. 在水箱水位处于混乱中时，水泵机停止转动，红灯亮，并出现报警现象。 4 第 3 章 系统硬件各主电路设计 检测电路 图 检测电路 利用 和 连接的导体检测水箱的水位，当水接触到导体的时候相应的 P1 端口会出现高电平，否则出现低电平。 水位的高低可以通过 和 的电平判断出来，然后数据输入到单片机中，使单片机执行相应的程序来控制水箱的工作状态，从而实现对水箱水位的控制 [2]。 开始时水箱无水时， 为低电平输入水泵机启动补水；水位上升到下限检测金属棒时， +24V 电源通过水介质连通下限水位检测金属棒， 输入为高电平，水泵机继续补水，当水位上升到上限水位检测棒时， 输入由低电平变为高电平，这时水泵停止补水工作，当水位下降而脱开下限水位检测棒时， 输入由高电平变为低电平，水泵机再起动补水，依次往复，循环工作 [3]。 表 检测电路有无报警现象对应关系 水位状 态 电动机状态 报警现象 0 0 低于下限 运转 有 0 1 混乱（转入手动模式） 停止 有 1 0 处于上、下限之间 维持 无 1 1 高于上限 停止 有 5 光电三极管 图 光电三极管 当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流， CE 导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止， CE 不通。 对于数位量，当输入为低电平 “0” 时，光敏三极管截止，输出为高电平 “1” ；当输入为高电平 “1” 时， 光敏三极管饱和导通，输出为低电平 “ 0” [4]。 水泵电动机供水电路 图 供水电路 当水位的信号被采集到 AT89C2051，然后输出相应的控制信号，以控制水泵电动机的工作，形成反馈控制系统 [5]。 水泵电动机供水电路主要由光电耦合器和继电器线圈构成，如图。 当 端口为低电平时，发光二极管亮，其光线使 6 光敏三极管产生电信号输出，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动继电器 J线圈产生电，继电器触头相应动作，电动机正常工作 [6]。 当 端口为高电平的时候 ,发光二极管不亮，因此水泵电动机也 不转，停止供水。 继电器 J两端并联续流二极管，目的是为继电器 J在通断时产生的感应电动势提供续流回路，以防止晶体管被击穿 [7]。 报警电路 图 报警电路 报警信号由 输出，当 输出为低电位时，发光二极管发光，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动蜂鸣器响，让人们能够很容易发现水箱出现的问题 [8]。 当水箱水位高于水位上限的时候，黄灯亮，出现报警现象。 当水箱水位低于水位下限的时候，蓝灯亮，出现报警现象。 当出现 为低电平而 为高电平的状态输入时即出现下限位金属棒没有检测到水箱内有 水而上限位金属棒却检测到水位已经到达上限位的状态情况，说明检测环节出现故障 [9]。 出现以上情况时， 输入低电平驱动蜂鸣器响报警。 7 控制电路 图 控制电路 本系统采用单片机 AT89C2051，内部集成了 Flash 存储器；两个电容为 30pF瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路，晶振频率为 [10]。 手动模式控制电路 图 手动控制电路 8 利用 和 是由手动来控制高低电平，当开关按下接通开关的时候，相应的 P1 端口会出现高电平，否则出现低电平。 当水箱在自动 模式下出现故障或者时自行控制水箱水位时，可由手动电路转入手动模式，可以通过 和 的高低电平直接将数据输入到单片机中，使单片机执行相应程序来控制水位的高低，达到排除故障或者控制水位的目的。 表 手动模式下 对应关系 水位状态 电动机状态 报警现象 0 0 低于下限 运转 有 0 1 转入自动模式 停止 有 1 0 处于上、下限之间 维持 无 1 1 高于上限 停止 有 指示电路 图 指示电路 指示电路由相应程序控制，当水箱水位高于水位上限的时候， 口为低电平，黄灯亮；当水箱水位低于水位下限的时候， 口为低电平，蓝灯亮；当水 9 箱水位处于上下水位之间的时候， 口。