水塔水位控制器

6.水塔水位控制器

要求：通过对水位下限开关K1和水位上限开关K2的检测，控制抽水电机的运转，实现水塔水位控制在水位上下限之间的目的。

控制功能：利用拨动开关K1和K2模拟水位的上下限检测开关。利用继电器控制绿色LED的亮与灭代表抽水电机的启动与停止。系统首次运行时，由于水塔内没有水，因此K1

和K2均发出低电平，电机运转（表示电机通电的绿色LED点亮）。当水位达到水位下限（K1=1）时，电机继续运转，直到水位上升到水位上限（K2=1，K1=1），电机停止运转（表示电机通电的绿色LED熄灭）。这时，单片机点亮黄色的LED，表示系统处于正常状态。随着水的使用，水位逐渐下降，当水位下降到水位下限（K1=0，K2=0）时，系统启动抽水电机向水塔内加水，直到水位达到水位上限（K2=1,K1=1）。在抽水电机向水塔内加水的过程中，若电机启动60秒水位还未达到水位上限，说明电机出现故障，系统应立即关闭抽水电机，同时使红色LED以0.5秒的间隔进行闪动，表示系统出现故障。当故障排除后，人工搬动拨动开关K3发出一正脉冲，启动系统继续运行。注意：K1和K2状态的采样，采用20mS定时中断来查询。

使用的主要元器件：8031、6MHz的晶振、74LS373、2764、7407、74LS240、发光二极管L1-L3、拨动开关K1-K3、继电器等。

结果的验证：按照功能要求搬动拨动开关K1-K3，模仿实际运行中的情况，查看系统是否按照要求动作。同时分析系统中不完善的地方，提出改进建议。

二、课程设计内容：

1、硬件设计

（1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。

（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C 电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。

（3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。

2、软件设计

（1）根据功能要求画出控制程序流程图。

（2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。

三、功能要求：

1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。

2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。

3、供水系统出现故障时，自动报警。

四、调试

1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。

2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。

3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。

摘要

供水是一个关系国计民生的重要产业。近年来随着科技的飞速发展，自动控制水位已经成为了这个领域的发展方向。本水塔水位控制系统是以80C51单片机为核心设计的系统，首先单片机循环采集传感器的信号并经过处理，然后再发出相应的控制信号，信号经过NPN三极管放大，以及光电耦合，最后使继电器吸合，达到弱电控制强电的效果，让电机运转或停止。同时，在出现故障时，单片机产生报警信号，控制LED灯的闪烁和蜂鸣器的启动。

关键词：上限下限报警

目录

一、课程设计题目水塔水位控制系统 (2)

二、课程设计的要求 (1)

三、课程设计用仪器和器件 (1)

四、课程设计的内容 (1)

1、水塔水位控制原理 (1)

2、硬件设计 (2)

3、软件流程 (4)

五、课程设计心得体会 (4)

六、参考文献 (4)

附录：源代码 (5)

一、课程设计的目的

计算机控制系统课程设计是《计算机控制系统》课程与实验结束后的一门综合性实践课。所选题目《水塔水位控制》紧密结合所学的主要内容，加深巩固所学知识，同时对所学内容进行扩展，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过电路设计、安装、调试等一系列环节的实施，提高学生的计算机控制应用系统的设计能力。

二、课程设计的要求

1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵上水。

2、水塔水位上升至上限水位时，关闭水泵。

3、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。

4、供水系统出现故障时，自动报警。

三、课程设计用仪器和器件

硬件：1、塑料桶一个(Φ25-30cm)

2、塑料尺30cm 一个

3、微型水泵一个

4、塑料管2米

5、光电耦合器4N25 一个

6、12V微型继电器(TWTMP-53) 一个

7、电路板（6*4cm）一块

8、薄铜片2cm*10cm *o.5mm 一块

9、直流稳压电源一台、PC机一台、XL1000/XL2000仿真仪一台。

10、其它：导线2米、二极管一个、PNP三极管一个、4.7K电阻2个、

300欧电阻2个，12针排针1片。

软件：keil软件

四、课程设计的内容

1、水塔水位控制原理

图1 水塔水位检测原理图

水塔水位控制原理图见图(1)，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V，B、C接地。

在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B 点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低．水泵供水。

2、硬件设计

图2 水塔水位控制硬件图

（1）如图：用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED 闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。

（2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电极置于水位10cm 处，接5V电源的正极；B电极置于水位15cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.0口；C电极置于水位20cm处，经5.1K的下拉电阻接单片机的P1.1口。

（3）两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表1所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还

C(P1.1) B(P1.0) 操作

0 0 电机运转

0 1 维持原状

1 0 故障报警

1 1 电机停转

表1 水塔水位信号状态表

（4）光电耦合器4N25

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

图2 光电耦合器4N25引脚图

（5）继电器

继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

3、软件流程

图3 软件流程图

源代码：见附录

五、课程设计心得体会

这次的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面、系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、计算机控制系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。在这个课程的过程中，给我留下最深印象的是，一个系统的设计和焊接或许很容易，但是在不能实现其功能时如何检查出错误才是一门真正的艺术，这里凝聚了我们所学的所有技能。与此同时我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础，这将是我求职道路上一笔重要的财富。

六、参考文献

[1]李全利. 单片机原理及接口技术. 北京：高等教育出版社，2009.

[2]盛珣华，李润梅. 计算机控制系统. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2007.

附录：源代码

#include

sbit b=P1^0;

sbit c=P1^1;

sbit d=P1^2;

sbit led=P1^3;

sbit fly=P1^4;

void delay(void) //误差0us {

unsigned char a,b,c;

for(c=167;c>0;c--)

for(b=171;b>0;b--)

for(a=16;a>0;a--); }

void main()

{

while(1)

{

P1=0xfc;

if(c==0)

d=0;

if(c==1)

{

led=0;

fly=0;

}

if(b==1&&c==1)

{

d=1;

led=1;

fly=1;

}

delay();

}

}