水位测量方案新.docx
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水位测量方案新
详细设计：
水位测量系统:
设计实现一种水箱水位控制系统,可以根据实际需要,当达到最高水位时自动停止,当达到一定时自动给水这样一个水箱水位控制系统。
此系统需用到金属棒水泵浮球AT89S51单片机HK4100F-DC5V-SHG电磁继电器等。
作为水位的检测，完全可以利用水的导电性来对水位进行判断。
将不与系统地相连，这样当探测器与水相接触时，由于水的导电性，探测器的电位也会被水拉成低电平，系统可以据此判断出水位信息，探测器数量越多，探测的结果越清确，这对于一般的水位控制系统，精度足够了。
金属棒和水的导电
注：
①②③④金属棒必须接电阻单片机每个端口的工作电流不要超过15毫安，否则容易因为过流而损坏单片机。
水位下降到②金属棒时其电压变为0，则单片机输入低电平时工作报警，水泵同时开始注水。
当水位上升到③金属棒是不报警正常工作。
当水位上升到④金属棒时其变为高电平，则单片机输入高电平时工作报警，同时关闭水泵停止注水。
水位测量:
浮球开关测量水位：
一、水箱总体结构及说明
说明：
A、B为两个浮球开关，当水位下降到A以下时此处的浮球开关闭合输出高电平由单片机控制继电器启动水泵，注水；当水位上升到B时此处的浮球开关断开输出低电平由单片机控制继电器停止水泵,不注水。
①②分别接单片机P1.0，P1.1，P1.0输入口高电平有效，即启动水泵；P1.1输入口低电平有效，即关闭水泵。
P1.0
P1.1
水箱内水状态
水泵状态
0
0
水位到达B
停止
0
1
水位在AB间
停止
1
0
无此状态
无
1
1
水位在A以下
注水
0
1
水位在AB间
注水
0
0
水位到达B
停止
二、单片机结构几个组成部分
1、80C51单片机芯片引脚结构
本系统采用的单片机引脚具体控制如下：
P1口和P3口为输入输出检则信号和控制信号。
下面是芯片引脚具体分配：
P1.0：
水位低低输入信号。
（低0，高1）
P1.1：
水位低输入信号。
（低0，高1）
P1.2：
水位高输入信号。
（高1，低0）
P1.3：
手动与自动转换输入信号。
（手动1，自动0）
P1.4：
M1起动KM1控制输出信号。
（手动1，自动0）
P1.5：
M2起动KM1控制输出信号。
（手动1，自动0）
P1.6：
M1开关状态输入信号。
（开0，关1）
P1.7：
M2开关状态输入信号。
（开0，关1）
P3.0：
水位低低报警输出信号。
P3.1：
水位低报警输出信号。
P3.2：
水位高报警输出信号。
P3.4：
手动起动M1输入信号，低电频有效动作。
P3.5：
手动起动M2输入信号，低电频有效动作。
P3.6：
手动停M1输入信号，低电频有效动作。
P3.7：
手动停M2输入信号，低电频有效动作。
2单片机震荡单路
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
AT89S51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片
机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。
3单片机复位电路
单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。
当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。
具体数值可以由RC电路计算出时间常数。
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
（1）上电复位：
51系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
（2）按键复位：
按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时
三、单片机控制继电器水泵电路
1AT89S51单片机控制HK4100F-DC5V-SHG电磁继电器
驱动原理：
1、当AT89S51单片机的P.6引脚输出低电平时，三极管T5饱和导通，＋5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。
2、当AT89S51单片机的P3.6引脚输出高电平时，三极管T截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，继电器的常开触点释放，相当于开关断开。
注：
在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势对其他电路的干扰，这就是二极管D1的保护作用。
温控系统：
温度测量模块采用数字温度传感器DS18B20。
此器件经软件设置可以实现高分辨率测量。
电热丝有效功率采用继电器控制。
通过控制使水温稳定在在某一个值上。
并且具有键盘输入温度给定值，LED数码管显示温度值和温度达到极限时报警功能。
能在0摄氏度至100摄氏度范围内控制水温，通过键盘设计需要保持的水温，实时显示水的温度，静态控制精度为0.1摄氏度。
在达到一定温度后自动断电保持水的温度，在水温低到一定程度后自动通电烧水，DS1820数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值。
系统设计要求;
（1）温度在一定范围内可有人工设定，实现自动调整。
（2）温度设定范围为0℃~100℃，最小区分度为1℃。
（3）能用十进制数码管显示谁的实际温度。
一．温度采集模块
DS18B20数字温度计以九位数字量的形式反应温度值，可直接与单片机通信，读取测温数据，并且从DS18B20读出信息或写入信息仅需要一根口线。
下面为DS18B20模块图
DS18B20的供电方式：
通过使用连接到VDD引脚的外部电源
二．加热装置模块
本模块采用电热丝加热，继电器控制。
当水温过高时，电热丝停止加热进行降温处理，让其自然冷却。
电热丝只能工作在最大功率或零功率，可以有多路加热丝组成功率控制。
继电器控制图如下
当时测温度低于设定值时，由单片机输出高电平信号，三极管9014导通，继电器开始工作电源对水加热。
为了防止继电器频繁动作。
在软件中对水温测量精确到0.5℃，而在温度设定时只取整数。
三．键盘与显示模块
利用四个数码管显示温度值，我们采用的显示器是共阴数码管，左边两个数字表示温度值，右边两个数码管显示的是设定报警的温度值。
分立元件的可调直流稳压电源
电压可在1.5V-15V之间连续可调,R3决定最大输出电流,因放大倍数有限,内阻比用集成电路要大,虽然增加三极管可加大放大倍数、降低内阻，但电路会变得复杂，不利于初学者分析。
下边是材料清单，变压器根据所需电流决定功率，可用220V输入、输出15V/1A左右的。
如没有合适的找个12V几瓦的也能用，只是输出的电压和电流要低一些。
图中参数如下：
编号封装说明型号
C1R1.5/2.5电解电容2200uF/25V
C2R1.5/2.5电解电容22uF/25V
C3R2.5/5.0电解电容22uF/25V
Q1TO-92PNP三极管SS8550
Q2TO-220NPN三极管TIP41
Q3TO-92NPN三极管SS9014
R2RJ-14固定电阻1k
R3RJ-14固定电阻100k
R4RJ-14固定电阻100
R5RJ-14固定电阻100
R6自定义微调电阻2.2k
V1DO-41整流二极管1N4007
V2DO-41整流二极管1N4007
V3DO-41整流二极管1N4007
V4DO-41整流二极管1N4007
V5DO-41整流二极管1N4007
键盘的接口电路
键盘是单片机应用系统的一个重要输入设备，用于输入数据、干预系统的工作状态。
1．按键输入原理
在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。
当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。
对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。
CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。
4、4×4键盘接口电路
单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用行列式（也称行列式）键盘。
用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。
例如用2×2的行、列可构成4个键的键盘，4×4的行列结构可构成16个键的键盘。
因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。
键盘工作原理:
行列式键盘的按键设置在行、列线交点上。
行线通过上拉电阻接到+5V上。
当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。
这是识别按键是否按下的关键。
然而，行列式键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定有无按键按下，及按键的位置。
总电路图：
电源水位温度显示电路：
键盘及显示时间电路：
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