水满报警器.docx
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水满报警器
水满报警器设计与仿真
一、【设计目的】
生活中很多时候，我们都需要人工控制水位，这样不仅浪费人力，而且人工不能做到实时的监控和精确的定位，这就需要一个测控电路去实现水位的监控和报警控制。
目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不方便。
以至于水用完之前不知道水已经很少了，等到用完了才知道没水了，如果是急需用水的情况下，那就十分麻烦，要等到加水之后才有水用；加水过程当中，还需要人时时刻刻检查水位情况，以防止水位超过最高的水位；以上一系列的问题，都在期待一种简单、经济的高塔水位控制系统的诞生。
二、【指标要求】
实现水位检测传感器
通过控制，使水罐水位维持在正常的范围内。
具有报警功能，当水位超过上限或下线时，能及时报警。
三、【设计的原理】
1、系统框图
单片机
AT89C51
水位检测装置
稳压电路
显示电路
报警电路
水泵控制
图1水满报警器系统的设计框图
水满报警系统（图1）主要是由5个模块组成。
既水位检测装置，稳压电路，单片机，显示电路、报警电路和水泵控制电路。
✧水位检测传感器：
对水位情况进行检测；
✧稳压电路：
对从水位检测传感器输出的信号进行稳压处理；
✧单片机：
控制系统，获取水位信息并作出相应；
✧报警电路：
对水位进行显示及对高、低水位报警；
✧水泵控制电路：
当水位过低时，用单片机来控制水泵的工作。
检测到的水位信息通过稳压电路放大后传给单片机，单片机控制显示电路，显示水位信息，当水位过高或过低时报警，并且当水位过低时控制水泵加水。
2、各模块工作原理的分析与介绍
2.1、水位监测器
图2水位检测电路
水位检测器如上图2所示。
A为接+5V电源的线与水一直保持连通，B线为低水位控制线，当它不导通时，表示是低水位了。
C为中水位控制线，当它导通时，表示水位适中。
D为高水位控制线，当它导通时，表示是高水位了，即水满状态。
检测器选用细铜丝，因为细铜丝的电阻率比较低，这样就可以避免由于电阻过大而使输出的电平过低，以致不能很好的驱动单片机工作；细铜丝的传电性能比较好，传电速率比较快，也可以说是灵敏性很好；还有就是细铜丝经济实惠，便于我们取材。
2.2、稳压电路
图3稳压电路
稳压电路（图3）由两级三极管放大电路组成。
水位检测传感器将探测到的信号送给稳压电路，若是高电平，则R1, R2, Q1, Q2导通，将低电平送给单片机；若是低电平，则R1, R2, Q1, Q2均不导通，而是通过R3将高电平送给单片机。
2.3显示电路
图4显示电路
图4所示的显示电路采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况。
当水位是低水位时，从单片机的P2.1口输出一个低电平，驱动红色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光；
当水位时中等水位时，从单片机的P2.2口输出一个低电平，驱动绿色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光；
当水位是高水位时，从单片机的P2.3口输出一个低电平，驱动黄色的发光二极管发光，其余颜色的二极管均不发光。
光报警电路时采用共阳极连接，低电平时有效。
其中R4, R5, R6为上拉电阻起
2.4、报警电路
图5报警电路
如图5所示的报警电路，当水位处于低水位时，单片机的P2.4口输出一个高电平，从而驱动三极管导通，使蜂鸣器发声，起到报警的作用。
2.5、水泵自动控制
图6水泵控制电路
如图6所示的水泵控制电路，此电路由继电器RL1，光电耦合器MOC3021，水泵，电阻R8, R9, R10，R11，三极管Q4等组成。
当水位在低水位时，单片机的P2.0口输出一个高电平，使光电耦合器（MOC3021）导通，继而驱动Q4导通，这样就使继电器（RL1）闭合，从而让220v的交流电接通水泵，让水泵转动开始加水。
4、原理图及软件设计
4.1、原理图（本设计所有电路都是在protues7.8上仿真的）
本原理图分为图7和图8两部分，由复位电路、振荡电路、水位的检测电路、稳压电路、显示电路、报警电路及水泵控制电路构成。
图7单片机与水位监测电路，稳压电路相连
其中稳压电路有3部分，图中只作了与水位监测器D端（高水位）相连的部分，另外2部分与该部分电路相同，分别接稳压电路的B、C端。
图8单片机与显示电路，报警电路，水泵控制电路相连
注意的是图7与图8是通过P2.0~P2.5相连的。
4.2、软件设计
开始
程序初始化
水位过高吗
Y
N
黄灯亮
蜂鸣器响
水泵停止
水位过低吗
Y
N
红灯亮
蜂鸣器响
水泵工作
水位中等吗
Y
N
绿灯亮
蜂鸣器停
水泵工作
图9软件流程图
如图9，首先初始化，当单片机接收到来自水位检测传感器的一个信号，然后经过分析，在单片机的输出端口输出相应的信号，如果是低水位时，这时水泵转动并自动开始加水，红灯亮，黄灯和绿灯均不亮，并且蜂鸣器报警；如果是中等水位时，水泵继续工作，这时绿灯亮，红灯和黄灯均不亮，蜂鸣器不报警；如果是高水位时，水泵停止转动并且停止加水，黄灯亮，红灯和绿灯均不亮，蜂鸣器不报警。
四、【仿真与仿真结果分析】
部分仿真结果见图10，全部结果见表1。
图10水满报警器仿真结果
表1仿真结果
警报
显示
水泵
红灯
绿灯
黄灯
高水位
√
×
×
√
×
中水位
×
×
√
×
√
低水位
√
√
×
×
√
注：
√表示工作，×表示不工作
五、【元器件清单】
元器件清单如表2所示，包括名称、型号、规格、数量等相关信息。
表2元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1
RES2
100
1
R2
RES2
2k
1
R3
RES2
100k
1
R4~R6
RES2
2k
3
R7
RES2
10k
1
R8
RES2
1k
1
R9
RES2
10k
1
R10~R11
RES2
2k
2
R12
RES2
10k
1
C1~C2
CAP
12pF
2
C3
CAP
1uF
1
X1
CRYSTAL
1
D1
Led-red
1
D2
Led-green
1
D3
Led-blue
1
继电器
RL1
1
光电耦合器
MOC3021
1
水泵
Motor
1
按键
Button
1
六、【总结及改进思路】
水位报警计的设计首先应该从选用传感器的类型入手，由于所学知识设计这个部分的不是很多，故此部分运用简单的设计。
其次在硬件设计方面也需要下大工夫，从稳压电路到报警电路的选型都要慎重，使其性价比达到最佳水平。
最后就是软件方面的设计，对于编程是非常复杂的，对于结构化程序设计的方法有顺序结构程序、分支结构程序和循环结构程序等。
本设计采用模块化设计，然后进行调用子程序，使其运行方式一目了然。
编程时先画出了流程图，使得编程事半功倍。
关于改进方面，有水位监测器过于简单，达不到实时监控水箱水位的目的，只能粗略的估计出水箱的水位。
虽然达到了实验目的，但是不能运用于高精的需求的设备，估测需要进一步改进。
关于改进，我们可以采用专门的水位监测仪器，将检测到的水位信息通过模数转换器，转换成单片机可以处理的数据，从而更进一步、更精确的控制水位。
【附录】
ORG 0000H
LJMP START
START:
SETB P1.0
SETB P1.1
SETB P1.2
RESTART:
MOV A , P1
ANL A, #00000011H
CJNE A, #00H, LOOP1; 低水位，红灯亮，蜂鸣器报警，水泵抽水
SETB P2.4
SETB P2.3
SETB P2.2
SETB P2.0
CLR P2.1
LCALL DELAY
LJMP RESTART
LOOP1:
CJNE A, #03H, LOOP2; 中水位，绿灯亮，蜂鸣器不报警，水泵继续抽水
SETB P2.1
SETB P2.3
SETB P2.0
CLR P2.2
CLRP2.4
LCALL DELAY
LJMP RESTART
LOOP2:
CJNE A, #07H, RESTART;高水位，黄灯亮，蜂鸣器不报警，水泵停止抽水
SETB P2.1
SETB P2.2
CLR P2.0
CLR P2.3
CLR P2.4
LCALL DELAY
LJMP RESTART
DELAY:
MOV R0, #250
DELAY3:
MOV R1, #200
DELAY2:
MOV R2, #5
DELAY1:
DJNZ R2, DELAY1
DJNZ R1, DELAY2
DJNZ R0, DELAY3
RET
END
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