基于MCS51单片机的液位控制电路基于单片机的智能温度测试控制仪的毕业设计.docx

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基于MCS51单片机的液位控制电路基于单片机的智能温度测试控制仪的毕业设计

题目：

基于MCS-51单片机的液位控制电路设计

摘要：

随着电子技术的不断发展，以单片机为基础的控制电路有着体积小，价格低廉，系统结构简单，处理功能强，易于控制等优点，这使得单片机的应用更为广泛。

而液位控制是现代工业中常见的参数，有着直接观察、容易测量，过程时间常数小的优点，本系统采用AT89C51单片机为主控制器，通过液位传感器来检测水位的高度，通过键盘来设置水位的高度，并能控制电路来自动调节液位的高度，并可由LCD显示实际水位与检测的水位高度，其分辨率小于1cm，并具有一定的水位报警功能。

因此，比较适合应用于一般的液位控制，如自来水厂蓄水槽、污水处理厂的污水槽、大坝的警戒水位等都需要液位检测装置来检测液位。

关键词：

单片机水位检测智能化控制

Abstract:

Withthecontinuousdevelopmentofelectronictechnologytosingle-chip-basedcontrolcircuithasasmall,inexpensive,simplestructureofthesystemtodealwithstrongfeaturesandeasytocontrol,etc.,whichmakessingle-chipapplicationofamuchwiderfield.Thelevelcontroliscommoninmodernindustrialparameters,adirectobservationandmeasurementeasy,smalltimeconstantprocessoftheadvantagesofthissystemAT89C51MCU-basedcontrollers,liquidlevelsensortodetectthehighwaterlevel,throughthekeyboardTosetthehighwaterlevelandcontrolcircuitautomaticallyadjusttothehighlevelandtheactualwaterlevelbytheLCDdisplaywithahighlevelofdetection,theresolutionoflessthan1cm,andtoacertainlevelofalarmfunction.Asaresult,moresuitableforgeneralapplicationoftheliquidlevelcontrol,suchaswaterstoragetankwaterplant,asewagetreatmentplantofseptictanks,thedam'swaterlevelhavetobealertleveldetectiondevicetodetectliquidlevel.

Keywords:

Single-chiptestingintelligentwaterlevelcontrol.

前言

在人类文明高度发达的今天，人民对信息的提取、处理、传输及综合利用越来越迫切，单片机作为现代电子技术，计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标志着现代电子系统时代的到来。

目前，单片机有着价格低廉，集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单等优点，这使得单片机的应用更为广泛，因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电路，使各种新颖的、高性能的各种潜在能力得到充分的发挥，使电路的各种潜在能力得到充分的发挥，使电路的性能更符合要求，还可以制造出各种便于控制的新型电路，使电子控制出现新局面。

而液位控制是现代工业中常见的参数，有着直接观察、容易测量，过程时间常数小的优点，因此，液位控制也成为一般工业界所不可缺少的，如自来水厂蓄水槽、大坝的警戒水位检测等都需要液位控制来检测液位。

而从价格、性能、稳定性等方面与电脑控制、PLC控制和其它类型的单片机控制比较，MCS-51单片机具有体积小，价格低廉，系统结构简单，处理功能强，易于控制等优点，因此我们选用MCS-51单片机为基础的液位控制系统，通过适当的组合，可以提供各种液位检测对象，如污水处理厂的污水槽、大坝的警戒水位等，针对该液位控制试验装置，采用单片机编程技术设计开发了液位控制系统的软件平台。

但是,采用MCS-51单片机控制在远距离控制、近距离的抗电磁干扰方面受到一定的限制，因此，在研究此课题时要对部分电路加以强化，以确保其正常的工作。

方案论证

方案一

为了完成液位检测设计的各种功能，将整个电路分为三个部分：

数控部分、电路检测部分和控制驱动电路部分。

框架如下图所示。

方案原理方框图

（1）数控电路部分

主要有数字电路部分构成，它要完成键盘控制，预置按键开关输入控制、LCD显示控制、及水泵电机工作时，无水泵出或水管液位不变化时报警等功能。

由于数控部分功能较多，选用了INTEL公司的8位单片机AT89C51，与INTEL公司的8096系列相比，AT89C51具有明显的价格优势，而且能够满足数控部分的需要。

数控部分的核心是一个AT89C51的最小应用系统、包括一片AT89C51芯片和一片A/D0809芯片。

采用3个按键分别作为输入控制，用AT89C51的P2.3、P2.4、P2.5口完成键盘输入。

当检测到有键盘输入就产生一个中断，而键盘的去抖动通过CPU用软件实现。

利用液位传感器检测，然后转换成对应的电压送到单片机进行液位高度的判断，在输出对应的液位高度值由LCD显示。

（2）液位测试部分

首先要将WMY型液位变送器测得的液位模拟量变为数字量。

然后送入单片机进行相应的处理，模数转换的部分采用AD0809芯片。

该芯片的输入量为0—5V的电压量。

因此需先将WMY型液位变送器的输出电流信号转换为对应的电压信号。

即在芯片采集信号端加入—个250欧的转换电阻，将电流转换为1～5V的电压值。

该电压值在ADC0809的输入范围内。

其原理图如下：

液位检测、报警系统原理图

（3）控制驱动电路部分

控制电路部分主要有电动机、继电器组成，利用继电器的功能来完成电路部分的控制驱动等。

其原理图如下：

控制驱动电路图

方案二

该方案与方案一基本相同，不同的是采用PLC控制，PLC采用的是循环扫描的工作方式，通过自诊断，通信处理，扫描输入，刷新输出这五个工作过程来完成一个周期。

但是，利用PLC控制价格比较昂贵,需要的其他硬件较多，给安装方面带来不便，且占用空间大。

方案三

该方案的控制电路由检测、控制及执行机构组成。

其工作原理如下图示，CW140为三端固定稳压集成块（输入电路略）；两只PTC热敏电阻（RT1、RT2）与R1、R2组成桥式液位检测电路；TWH8778电子开关与继电器K组成控制电路；由光电耦合器4N25提供触发信号；K的触点JK与电磁阀组成执行电路。

在正常情况下，RT1、RT2均处于液体中，电桥平衡Uab为零，于是4N25截止，TWH8778及K不动作，触点JK常开，DF-1关闭。

当液位下降到使RT1露出液面时，PTC热敏电阻阻值迅速增大，于是电桥失去平衡，4N25导通，并触发⑤使TWH8778导通，K得电吸合JK，DF-1开启向储液罐补充液体。

当液位上升到使RT1浸入液体时，其阻值迅速减小，电桥自动平衡，4N25截止，K失电释放JK,DF-1关闭，停止输入液体。

其原理图如下:

方案三原理图

方案比较

这三种方案均是可行的。

方案一原理直观，且价格低廉，集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，便于操作且稳定性高和抗干扰能力强等优点。

方案二的可靠性高，在功能上可进行开关逻辑控制、闭环过程控制、位置控制、数据采集及监控、多PLC分布式控制等功能，在编程手段上，直观、简单方便，易于各行业工程技术人员掌握。

同时在改变控制要求时，只要改变程序梯形图就可以满足要求。

但是利用PLC控制价格昂贵，且需要的其他硬件较多，且在安装方面带来不便，占用空间大。

方案三原理简单,且易于控制,但是检测误差大,且只能检测某一设定液位,不便于自动化控制等,综合以上方案比较，方案一具有明显的优势，因此采用方案一为本次液位控制的最佳方案。

硬件设计

方案的系统原理图如下：

1、数控部分

主要由数字电路构成，它要完成键盘控制、预制按键开关输入控制、A/D转换输出、LCD显示控制、液位报警等功能，选用AT89C51最小系统，如下图所示：

89C51的基本系统原理

（1）电路最小系统

此最小系统应包括一片89C51CPU芯片,一片AD0809芯片。

其具体如下：

①AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器,主要性能：

1、片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器。

2、宽工作电压范围：

Vcc可为2.7V到6V。

3、128*8位内部RAM。

4、两个16位定时器/计数器。

5、中断结构具有5个中断源和2个优先级。

6、空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。

如下图所示：

AT89C51芯片图

②ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

其原理、事物图如下图所示：

AD0809原理、事物图

（2）键盘控制电路

采用三个按键控制电路的增减及预制数字。

方案采用独立键盘式与单片机相连分别以S1、S2、S3键与单片机进行数据的交换，如下图所示。

键盘显示电路

（3）显示电路部分

显示模块采用LCD1602液晶显示，它是一个独立的显示模块，分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，其背光在应用无差别LCD1602主要技术参数：

显示容量：

16×2个字符；芯片工作电压：

4.5-5.5V；工作电流：

2.0mA（5.0v）；模块最佳工作电压：

5.0v。

如图示：

LCD1602结构图

2、液位测试部分

容器上的WMY型液位变送器的输出为4—20mA模拟信号，首先要将传感器测得的液位模拟量变为数字量。

然后送入单片机进行相应的处理，模数转换的部分采用ADC0809芯片。

该芯片的输入量为0—5V的电压量。

因此需先将液位变送器的输出电流信号转换为电压信号。

即在芯片采集信号端加入—个250欧的转换电阻，将电流转换为1～5V的电压值。

该电压值在ADC0809的输入范围内。

这里用AT89C51的P3．7口作为A／D转换的启动信号，其原理图如下：

液位检测、报警系统原理图

3、控制驱动电路部分

控制驱动电路主要电动机、继电器及相应的元件构成，它根据电路的实际需要来控制电机的启动、停止，从而能自动地控制液位的高度。

控制驱动电路原理图

4、电路板的制作

（1）原理图的绘制

利用Protel99SE软件来进行原理图的绘制,先将原理图做出,然后将其转化成相应的PCB图,在绘制过程中要注意布置线要求:

①当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~1.5mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm（60mil）可满足要求。

对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02~0.3mm（0.8~12mil）导线宽度。

当然