基于单片机的水箱液位控制系统论文.docx

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基于单片机的水箱液位控制系统论文

扬州工业职业技术学院

论文设计

题目：

基于单片机的水箱液位控制系统

学号：

1001320130

姓名：

孙亚

专业班级：

1001石油化工

指导教师：

周寅飞

完成日期：

2012.6.6

摘要：

大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。

在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。

所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。

本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以8051单片机为核心控制水箱的水位，并实现了报警和手动、自动切换功能。

该系统操作方便、性能良好，比较符合电厂生产用水系统控制的需要。

关键词：

单片机水位控制报警

Abstract:

Largewatertanksarealotofcompaniesessentialtotheproductionprocessofparts,itsperformanceandthequalityofworknotonlyonproductionofthefinehasenormousinfluence,butalsothesafetyofproduction.Inthepast,manyofthetanksareoperatedbythestafftooperate,sothatartificialmeansalotofdrawbacks,suchasthewaterlevelcontrol,watertanksatalltimestomonitortheenvironment,andsoonthenightofmonitoring,theoperatorslightlynegligence,ordamagetotheSummaryofthemonitoringdevicewillbringirreparabledamagewillbeevenmoreseriouscrisisinproduction,suchasthepersonalsafetyofstaff.Therefore,controlofwatertanks,iftheuseofsophisticatedandcantotallyberuninstrictaccordancewiththeprovisionsoftheautomatedproductionsystemthatcanmaximizethechancesofavoidingaccidents,butalsosaveresourcesandcaneffectivelyimprovetheefficiencyofproduction.

Thepurposeofsingle-chipsystemdesignistheapplicationofsingle-chipcontroltechnology,to8051asthecoretocontrolthewaterlevelinwatertanks,andlementationofthealarmandmanual,automaticswitchingfunction.Thesystemiseasytooperate,goodperformance,moreinlinewiththepowertocontroltheproductionofthenecessarywatersystem.

Keywords:

Single-chipLevelControlAlarm

目录

一、前言…………………………………………………………………1

（一）课题背景………………………………………………………………1

（二）国内外研究的现状…………………………………………………1

（三）使用单片机实现水体液位控制的优点…………………………2

二、本课题主要研究内容………………………………………………2

（一）系统硬件总体方案………………………………………………2

（二）系统软件总体方案………………………………………………3

（三）设计的研究进程…………………………………………………3

三、系统硬件设计…………………………………………………………3

（一）核心芯片8051单片机…………………………………………4

（二）液位传感器设计…………………………………………………7

（三）光电传感器的基本特性…………………………………………….10

（四）DAC0832D/A转换器和ADC0809A/D转换器…………………12

（五）键盘及显示接口…………………………………………………16

（六）报警装置…………………………………………………………17

四、软件的设计…………………………………………………………18

（一）软件设计流程图……………………………………………………18

（二）水位检测的主程序…………………………………………………19

五、结论…………………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………22

一、前言

（一）课题背景

液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。

在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。

液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。

液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:

1直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。

2在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。

3具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性

综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。

单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。

单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。

一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。

（二）国内外研究的现状

目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。

在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。

上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。

一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上,已积累了很多经验,奠定了基础,进入了国际市场。

我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上,与其他发达国家相比还存在差距,但是我国的研究人员已经克服很多困难,并在不断的摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平,这是发展趋势。

（三）使用单片机实现水体液位控制的优点

使用单片机实现水体液位控制具有较高的实用价值和稳定性好等特点。

采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器测量水位，可有效保证水位的自动控制，能更好地对水体水位进行自动化控制,避免了工作人员在现场进行检测操控,方便了人员对液位系统的控制,控制方便且系统稳定性能好；单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现给水系统的自动控制与调节，维持稳定系统，保证安全经济运行。

本文就是采用8051单片机为核心芯片的一种水体水位控制系统，具有较高的实用价值和优越性。

本系统与PLC控制系统相比大大降低了使用成本,提高了控制运行速度。

根据仿真模拟运行的结果表明,该系统能很好的运行,将液位控制在给定的范围内,对过高和过低进行安全报警,稳定性能好,容易操作和控制,保证了生产的正常进行。

二、本课题主要研究内容

本设计是采用8051单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水体液位控制系统,在用液位传感器测液位的同时,CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位数据,实施报警安全提示,当水体液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵或打开排水泵。

（一）系统硬件总体方案

系统的原理是采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器对液面进行控制,通过四对传感器分别安装在现场的四个不同的位置，由上至下测量水体的液位值,。

并把这四个液位状态通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过3位七段LED显示器显示出液位的四种状态及报警安全提示。

用LED显示是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵,需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。

本设计主要运用了液位传感器测液位,第三章将着重介绍。

（二）系统软件总体方案

水位检测是通过四对由高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，实时对水位进行检测。

当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。

由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水电磁阀，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此位置时，控制系统会自动接通加水电磁阀，开始加水；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀可能出故障。

本系统所使用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机与组态软件技术对工业生产过程进行自动控制有着重要的意义。

其优越性主要在于：

首先，通过对水体液位进行