基于单片机的水位检测控制新版专业系统设计.doc
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1、基于单片机水位检测控制系统设计学 院:专 业:姓 名:指引教师:信息学院自动化刘翔学 号:职 称:盛珣华 曹宇专家 助理工程师中华人民共和国珠海二一三年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交毕业设计基于单片机水位检测控制系统设计是在指引教师指引下,独立开展研究获得成果,文中引用她人观点和材料,均在文后按顺序列出其参照文献,设计使用数据真实可靠。本人签名:日期: 年 月 日基于单片机水位检测控制系统设计摘要随着社会和科技进步,以及人们生活原则水平逐渐提高与发展,以便全自动控制系统生活开始逐渐进入到咱们生活,单芯片微型计算机发展是其中一种重要分支,具备高可靠性,高性能价格比,低电压,低功耗等长处
2、,以单片机为核心自动化控制系统已经赢得了广泛应用范畴。本设计是基于单片机水位检测控制系统设计。设计系统目在于应用单片机自动运营技术,使得水塔中水位始终保持在一定范畴内,以保证持续正常供水。本设计是以AT89C51单片机为核心部件水塔水位检测控制仿真系统设计,用以检测水位并进行控制、解决以及报警功能,并在Proteus仿真软件环境中仿真测试。成果表白,设计系统具备良好检测和控制功能,以便移植性和可扩展性。核心词:水位控制 单片机 报警Based SCM the water level detection control system designAbstracWith the social an
3、d technological progress,as well as the level of peoples standard of living gradually improve with the exhibition,and the convenience of automatic control system for the beginning of life gradually into our lives,single-chip microcomputer development is an important branch,the advantages of high rel
4、iability,high performance and low cost,low-voltage,low-power microcontroller as the core of the automation control system has won a wide range of applications.The title of the graduate design microcontroller-based water level detection and control system design,three metal rods into the water used t
5、o detect the signal,the conductivity of the water,can see that the water level changes. Under normal circumstances,the water level should be kept within a certain range changes,the water level does not exceed the stipulated upper and lower limits,in the event of a system failure,should be promptly c
6、ut off electrical power,and there should be sound and audible alarm signals of the light-emitting diode. Design System aimed the application microcontroller run automatically,so that the water level in the water tower always maintained within a certain range in order to ensure the continuous normal
7、water. The design is based on AT89C51 microcontroller as the core components of the water tower water level detection and control simulation system designed to detect water level control,processing,and alarm functions,and Proteus simulation software environment simulation testing. Experimental resul
8、ts show that the design of the system has a good detection and control functions,portability and scalability.Keywords:Level controlmicrocontroller alarm目 录1前言11.1.本设计在国内发展概况11.2国外发展概况11.3设计目21.4设计意义22总设计22.1设计技术规定22.2应解决重要问题32.3设计原理32.4方案选取32.5给定参数52.6整体方案设计52.7长处和特色62.8创新点72.9系统运营过程也许存在问题72.9.1现场数据
9、通过DTU发送后在远程监控室接受不到73硬件简介73.1光电耦合器4N2573.1.1工作原理73.1.2重要性能83.1.3引脚图和引脚名称83.1.4极限参数83.2单片机芯片STC90C516RD+93.2.1芯片简简介93.2.2芯片STC90C516RD+引脚93.2.3重要性能103.3电磁继电器113.4蜂鸣器113.5远程通信模块DTU123.6液位高度传感器124组态软件134.1组态概况134.2组态设计135软件设计175.1Keil软件175.2程序方框图175.3程序设计185.4I/O口分派185.5子程序185.5.1延时子程序185.5.2报警子程序195.5.
10、3初始化子程序205.4主程序206结论22参照文献23谢 辞24附录25程序代码251前言1.1.本设计在国内发展概况国产水位监测仪重要有浮筒式水位仪、压力传感器式水位仪、超声波式水位仪等,在功能齐全、性能稳定等方面,虽然与国际上先进同类型产品存在一定差距,但是却可以基本满足水位监测及控制需要。表1-1中将几类典型水位检测仪进行了对比。表1-1 国内水位监测仪对比技术指标浮筒式超声波式压力传感器式工作方式记录笔自记水位曲线或光码盘计数人工操作、数字显示多数为数字显示、人工记录,少量有自动采集,自动打印人为误差大较大较小辨别率1cm1cm1cm(mm)测量精度较低较低较高自动化限度半自动化半自
11、动化半自动化或全自动化电源无需/需要需要需要环境条件受压力影响受气温和湿度影响受气压影响总体技术水平较低较高较高当前国内使用大多数为SW40-1型日记水位计,LN-3型数字水位仪,WS-1040自动检测仪,其发展趋势都是向数字化、智能化方向发展。1.2国外发展概况国外某些发达国家在水位监测设备水平上也存在着较大差别,其中美国和荷兰产品在技术性能上代表着当今世界先进水平。近年来,水位监测已经融入了更多技术,例如美国和日本等国已相继推出水位水质监测设备,并已经走进国内市场了。下表1-2就是国外水环境监测仪器对比表。表1-2 国外水位检测仪对比产地监测参数工作方式美国水位、水温、电导率、浊度、PH值
12、、大气压等测量数据直接传入电脑中;数据显示仪器可自动显示并存储测量参数;数据无线传播。荷兰水位、水温、PH值传感器采集数据通过串行数据传播线将主机中数据传入计算机中。日本水位、水温、PH值、电导率、浊度、溶解氧现场原位自动监测。1.3设计目设计基于单片机水位检测控制系统,设计水位探测传感器用来探测三个水位,即低水位,正常水位,高水位。低水位时送给单片机一种高电平, 驱动水泵加水,红灯亮;正常范畴水位时,水泵加水,绿灯亮;高水位时,水泵不加水,黄灯亮。 本设计过程中需要应用到传感技术、单片机技术、光报警技术以及弱电控制强电技术。1.4设计意义水是一种宝贵资源,在生产生活中,水也是不可或缺,在生产
13、中需要对水位进行控制,防止挥霍或者不够用,这是就需要对水位进行控制,如果使用专职人员来对水位进行控制,既不可以进行精准控制,又不能保证长时间控制,是极大挥霍人力物力,如果使用单片机来控制水位话,则是极大节约了人力物力,并且满足工业生产中安全,可靠,简朴等需求。2总设计2.1设计技术规定1、运用单片机STC90C516RD+实现对水塔进行水位控制单片机技术; 2、把水位探测传感器探得水塔中水位送给单片机以实现对水泵抽水系统控制传感技术; 3、设计光报警显示系统电路,采用发光二极管来表达系统浮现故障时状况光报警技术;4、水泵加水电路由继电器进行控制弱电控制强电技术; 5、分析工作原理,绘出系统构造
14、原理图及流程图。2.2应解决重要问题1、高新技术应用,应当充分运用先进传感器技术、计算机技术、通讯技术于一体,采用各种高新技术集成。2、产品系列化,应当注重系统集成,不但着眼于单机,更注重系列、通用集成。将来检测控制仪将由传感器,采集系统,通讯系统等某些构成,各某些互相独立而又通用。3、注重性价比,在注重高档仪器开发同步,更应当减少设备研发以及生产成本。4、研发准则发生变化,不应当一味追求高精尖,而应当将研发转为“恰到好处”。5、水位检测控制有些时候是需要在非常恶劣环境条件下工作,因此要严格控制各个生产环节,提高产品质量保障。2.3设计原理本设计原理是运用水位高度传感器将水位高度数据返回给单片
15、机,然后单片机依照水位高度在某个设定好I/O口输出一种低电平信号,通过三极管放大后,控制光电耦合器,在驱动继电器就可以对电机开关进行调节了,用以实现对水位控制。在浮现系统报错状况后,单片机关闭电机,输出两个低电平信号驱动LED灯和蜂鸣器对现场工作人员进行报警,提示她们系统浮现问题,应当尽快解决问题。在外接多功能数据采集仪器后来,可以将现场数据,如实时水位,两个电机工作状态,实时进水流量,实时出水流量等众多数据通过无线或者有线网络传播,传送到远端监控室。这样就可以通过远程电脑主机看到工业现场设备运营状况以及进行控制了。2.4方案选取方案一:方案一数据采集方式如图2-1所示图2-1 方案一:运用D
16、TU进行远程数据采集这种方案是运用DTU将多功能数据采集仪器采集上来水位高度,电机工作状态,流入流出流量等信息传送到远端监控主机上,数据采集仪器和DTU用RS485双绞线连接,采集数据通过GPRS网络或者3G网络传送到远端3G路由器上,监控主机再使用TCP/IP合同从3G路由器上获取数据。监控主机上面应当安装组态软件,这样可以将采集数据实时显示出来,并可以在主机硬盘中储存水位监测系统历史运营记录。方案二:方案二数据采集方式如图2-2所示图2-2 运用主机从机C/S架构进行远程数据采集这种方案是运用远端监控主机和现场设备监控从机之间进行C/S架构而完毕远端数据传播,考虑到某些现场也许存在地区较为
17、偏远,监控从机联网所需金额巨大,且C/S架构后期运营维护成本较高,因此普通不考虑此方案。本设计中,远端数据采集检测控制选取方案一。2.5给定参数在系统浮现故障而发生报警时,发光二极管亮与灭时间蜂鸣器响铃;水位高度传感器通过A/D转换模块连接到单片机上;水泵电机供电某些,咱们接入+9V直流电源;为了防止经三极管放大后电流即发射级电流讲光电耦合器中二极管烧坏,在此处之路中加入一种51电阻;继电器通过光耦和单片机连接用于接受断开、闭合信号,从而可以在另一端控制水泵启动、停止;在远端监控主机上,可以显示出实时水位高度,水泵工作状态,以及以报表和曲线形式把水位高度和时间关系进行显示,以及历史记录查询。2
18、.6整体方案设计在前面我已经阐明了本设计原理,方案选取。接下来就是整体设计方案思路了。一方面是将压力式液位传感器通过A/D转换模块连接到单片机上,这样单片机就可以精确读出压力大小,依照压力大小单片机就可以拟定水位高度,这样好处就是可以避免使用简易三块铜片采集数据时所导致低水位无电压而高水位处有电压错误状况、以及精确拟定水位当前高度状况。接下来单片机依照所读取电压值大小来决定与否需要启动或者关闭电机、或者进行水位过低以及水位过低报警解决。电机启动与关闭是单片机在一种I/O输出一种信号,通过三极管放大,然后经由光电耦合器控制连接到电机上继电器来进行控制,由于电机驱动普通都需要很大电压,因此在这里使
19、用继电器是对单片机有一种较好地保护作用。同步单片机在通过一种MAX485模块后,可以和DTU连接起来,这样可以使用DTU接受到得远程数据来控制单片机。在外接一种多功能数据采集器用来采集现场方面水位和水泵运营状况以及进出水实时流量等数据,然后通过RS-485双绞线连接到DTU上,将数据传送到远端监控主机上。监控主机上组态软件先将需要采集数据组态好,然后依照经3G路由器接受到DTU所传数据,将现场状况反馈到显示屏上,并且记录。同步也可以对界面中某些设备进行调试,这样就可以通过DTU将远在现场设备进行工作状态切换了。设计自身构造完整,所使用压力式液位传感器、单片机、多功能数据采集仪器、DTU、组态软
20、件,这些都是非常成熟产品,已经在国内外大某些重要工业领域有所建树,安全性、稳定性都非常突出。并且有了组态软件,在遥远监控室就可以对现场状况了如指掌,并且免除了人为记录误差,所有数据都会自动保存在监控主机硬盘里;有了DTU就可以免除前去工业现场劳累,坐在监控室中获得数据就和在现场获得数据毫无差别。最后设计示意图如图2-3所示。图2-3 设计示意图2.7长处和特色本设计重要长处是在水位监测控制系统端,充分运用了单片机简朴可靠,便携易懂。而在远距离传播端,DTU无线传播功能是一种本设计一大特色。DTU作为当前最可靠工业级远程无线传播模块,可以提供各种以便有利功能,例如发生故障可以向预先设定好手机发送
21、短信提示系统发生故障或者DTU无线传播发生故障。在监控端,通过组态软件可以虚拟出来现场状况,并且依照主界面上显示出来图像和数据,对远端现场状况有所理解,并且可以储存长达历史运营记录,以便随时查看。2.8创新点创新地方在于使用了DTU远程无线通信,可以实现远距离数据传播,短信报警提示等功能,减少了人为记录误差。并且在监控室内可以检测工业现场某些数据,并且可以将数据储存起来,以便随时查阅。并且可以在组态软件上进行某些操作,通过GPRS网络或者3G网络来控制远在工业现场设备。2.9系统运营过程也许存在问题2.9.1现场数据通过DTU发送后在远程监控室接受不到1、DTU与否对的设立。2、DTU内SIM
22、卡与否欠费。3、监控室组态与否对的。4、监控室3G路由器与否能正常使用。5、监控室固定IP或者绑定域名时候过期。3硬件简介本设计所需器件重要有:8051系列单片机板(使用芯片STC90C516RD+,单片机板集成蜂鸣器)、微型水泵一种、光电耦合器4N25一种、12V微型继电器一种、电路板(4*4cm)一块、直流稳压电源一台、DTU一台(具有GPRS流量SIM卡一张)、水位高度传感器一台、多功能数据采集器一台(涉及检查液位高度、电机工作状态、进水流量、出水流量等)、可以连接网络计算机一台(安装组态软件)。3.1光电耦合器4N253.1.1工作原理光电耦合器是一种光作为媒介传播电信号光电转换电气设
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