基于单片机的水塔水位控制系统设计学士学位论文.docx

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基于单片机的水塔水位控制系统设计学士学位论文

摘要

在当今社会，水塔水位控制系统在我们的各个行业中占有很重大的作用，在大型养殖场中为家畜提供饮用水，冲洗养殖圈；在工业生产中通过水塔控制系统来排放污水。

然而传统的水塔控制系统存在很大的不足，需要工作人员时刻监控，需要的劳动力十分强大，而且还会带来很多不足，轻则给人们的生活带来很大的不便，重则出现造成很大的事故和经济损失。

本次设计采用基于单片机水塔水位控制系统，为了使实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。

首先通过实时检测测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。

因此，这里给出以STC公司的STC89C52单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。

系统程序语言是使用比较广泛的C语言进行编写，结构清晰，达到的系统控制效果很好。

实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。

该基于单片机的水塔水位控制系统方便，降低工作人员的工作量提高了整体的效率。

关键词：

水塔控制；单片机STC89C52；Proteus软件；C语言

Abstract

Intoday'ssociety,thewatertowerwaterlevelcontrolsystemplaysveryimportantroleinourvariousindustries,inlargefarmsforlivestockwithdrinkingwater,irrigationfarmingcircles;inindustrialproductionbywatertowercontrolsystemtodischargethesewage.Howevertraditionalwatertowercontrolsysteminthepresenceofalotofproblemsandneedtostafftimemonitoringandneedoflaborforceisverystrong,butalsobringsmanyproblems,lighttopeople'slifebringinconvenience,reappearedalotofaccidentsandeconomiclosscausedby.BythedesignofcontrolsystembasedonMCUforwatertowerwaterlevel,inordertomaketheactualprocessofwatertoensurewaterlevelwithintheallowedrangeoffloating,thevoltagecontrollevel.Firstly,thewaterlevelismeasuredbyreal-timedetection,soastocontrolthemotorandensurethenormalwaterlevel..Therefore,givenheretoSTCSTC89C52microcontrollerasthecoredeviceofthewatertowerwaterleveldetectioncontrolsystemdesignandsimulation,toachievethedetectionofthewaterlevelcontrolandtreatmentfunctionandundertheenvironmentoftheProteusSoftwaresimulation.SystemprogramminglanguageistheuseofawiderangeofClanguage,structureclarity,toachievethesystemcontroleffectisgood.Experimentalresultsshowthatthesystemhasgooddetectioncontrolfunction,portabilityandscalability..ThewaterlevelcontrolsystembasedonMCUisconvenient,reducestaffworkloadandimprovetheoverallefficiency.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

KeyWords：

Controltower;SinglechipSTC89C52;ProteusSoftware；CLanguage聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

1引言

水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。

基于单片机的水塔水位控制系统在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。

水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。

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目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔水位保持恒定，以保证连续正常地供水。

实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，这里给出以STC89C52单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统，该系统能实现水塔水位检测、LCD1602显示当前水位功能以及蜂鸣器鸣笛报警，实现水位过满警戒报警、过低警戒水位处理的系统要求。

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80年代以来，中国已经制定了物位测量技术为基础的自动遥测。

它主要是建立层次记录，实现自动采集，存储，传输水平。

同期，也无人垂直标尺观测技术的发展，采用激光测距仪和经纬仪接口，支持一套设备，采用激光测距仪无反射棱镜距离，距离测量精度这项技术：

经纬仪来判定的衡量目标范围的方法。

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单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。

单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。

在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。

单片机的潜力越来越被人们所重视。

特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。

我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。

虽然单片机的引入使控制系统大大软化，但与其它计算机应用问题相比，单片机控制应用中的硬件内容仍然较多，所以说单片机控制应用有软硬件相结合的特点。

为此，在单片机的应用设计中需要软、硬件统筹考虑，设计者不但要熟练掌握汇编语言等编程技术，而且还要具备较扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。

更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。

以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。

这种以软件结合硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。

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2系统的整体方案设计

2.1功能要求

实际供水过程中要求确保水位在允许的范围内浮动，应采用水位传感器测量水位变化，保证水位正常。

因此，这里给出以STC89C52单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统，该系统能实现水塔水位检测、数码管显示当前水位功能以及蜂鸣器鸣笛报警，实现水位过满报警、水位过低和正常警戒水位处理的系统要求。

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2.2设计要求

开机检测水位，通过水位传感装置感应水位，在数码管上显示相应的水位，对应状感装置时，继电器断开，水泵停止抽水。

水满蜂鸣器报警，按下手动加水键，继电器打开控制水泵抽水，直到检测水满传感装置停止加水，在手动加水的过程序中，按下手动加水停止键，可以停止加水。

态的LED指示灯亮，当检测到低水位时，继电器打开控制水泵抽水。

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2.3系统基本方案选择

此设计系统也可以采用多种方式设计，能采用液罐液压检测的方式来做，这样在不同的水位时因为有不同的压力值，所以我们可以根据不同的压力值来确定到底水位在某个状态，但是这样的系统设计理念用处比较狭窄，因为这样的设计理念的前提必须是一个液压的封闭系统，这样才能有精确的压力值传送，保证系统的稳定性。

但是目前很多用到的水塔水位控制系统都不是封闭的水罐，所以这个方案有一定局限性。

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因为Atmel公司的51单片机需要专门的编程器，这样无形中加重了系统的成本，而STC公司单片机不仅支持ISP,还支持IAP等多种下载程序的方式，并且STC公司单片机工作在宽电压范围内，电压的波动对系统的影响不大，这样提高了系统的稳定性，另外STC单片机的加密性能也由于其他单片机，并且STC的单片机是增强型的51单片机。

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因此本设计方案选择基于STC89C52单片机以及单片机最小系统和水位传感器、数码管、LED、按键、蜂鸣器、继电器等部件组成的水塔水位控制系统，此设计方案能克服以上困难，而且能达到相同的目的，系统安全性能也比较好。

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3系统的硬件设计

3.1主电路设计

系统的总体框图主要由主控芯片基本电路，时钟电路，复位电路，水位检测电路，水位显示，水泵驱动，水泵工作显示电路组成。

除主控芯片电路外，其他的都是外围功能性电路。

电路设计框图如图3.1所示：

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时钟电路

水位显示

主控制芯片STC89C52

复位电路

水泵工作提示

水位检测电路

水泵驱动

图3.1水塔水位控制系统主电路设计框图

3.2MCU主控芯片简介

3.2.1主控制器芯片STC89C52概述

STC89C52是一款完全兼容8051内核指令的芯片，是宏晶科技公司的新一代增强性的8051单片机。

采用最新的加密技术解决了全球89系列单片机都被解密的困惑。

并且管脚完全兼容，性能更好，驱动力更强，功耗更低，价格也比传统的89系列低。

STC89C52的引脚说明图如图3.2。

STC89C52单片机的特点如下：

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（1）.增强性6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。

（2）.工作电压：

5.5v-3,4v（5v单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）。

（3）.工作频率范围为：

0-40MHZ,相当是普通8051的0-80MHZ，实际工作频率可达到48MHZ。

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（4）.用户应用程序的空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K,字节片上集成1280字节和512字节RAM。

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（5）.通用I/O口，复位后为是：

P1，P2，P3，P4是准双向口，如果上拉（普通8051的是传统I/O。

P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，若作为I/0口用时，则要上拉电阻。

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