水位检测设计

摘要对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位值（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示利用水位监测模拟传感器以测得水位的状况，通过单片机和显示系统在水位现场以LED的方式显示出来，并通过与之相连的GSM模块将水位信息以一种无线的方式发送给远程终端，起到检测的作用。

在终端通过仿人工智能控制算法在大惯性、纯滞后系统中的应用，可克服传统PID控制的相位滞后、积分饱和，解决控制系统的稳定性及准确性的矛盾。

在每一个预定水位检测点处，将两个电极安装在容器壁，使其一端能够与没过该点的水充分接触，另一端引出到容器外面同检测电路相连，两个电极等高度并间隔一定距离。

当水位没有达到该检定点时，两个电极间电阻为无穷大；而一旦水位上升到该点高度，则两个电极同时没于水中，由于水的导电性，两个电极导通。

通过检测两个电极是否导通就可以检测水位的高度了。

对15个检测点相应有15个检测通道，本设计运用了两片8通道的多路开关CD4051，对各通道循环检测来实现数据采集。

系统的软件的核心是两个不断循环执行的中断程序：TMR0中断用于驱动数码管和LED显示：TMR1中断用于采集水位值并且将采集结果送缓冲寄存器供显示部分读取，同时对采集结果进行简单的分析，判断其是否超过水位上限或下限，若超过则点亮相应的报警灯。

整个软件部分大体可分为初始化程序、TMR1中断服务程序、数据转化子程序、TMR0中断服务程序4个部分。

该系统还设计了报警系统，因为水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用而本设计采用的是一种低成本的数码管显示驱动方案。

所以在对成本较敏感的小型系统中，该方案有着一定的参考价值。

关键字:单片机水位检测应用前言在当今社会,水在人们正常生活和生产中起着非常重要的作用。

给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。

任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。

就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。

因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。

本设计介绍一种利用水位监测模拟传感器以测得水位的状况，通过单片机和显示系统在水位现场以LED的方式显示出来，并通过与之相连的GSM模块将水位信息以一种无线的方式发送给远程终端，起到检测的作用。

在终端通过仿人工智能控制算法在大惯性、纯滞后系统中的应用，可克服传统PID控制的相位滞后、积分饱和，解决控制系统的稳定性及准确性的矛盾。

将控制算法应用到水位控制，取得了较好的控制效果。

在社会经济飞速发展的今天,水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。

一旦断了水,轻则给人民生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失。

因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一.任何时候都能提供足够的水量,平稳的水压,合格的水质是对给水系统提出的基本要求.就目前而言,多数工业,生活供水系统都采用水塔,层顶水箱等作为基本储水设备,由一级或二级水泵从地下市政水管补给。

因此,如何建立一个可靠安全,又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛,比如水塔,地下水,水电站等情况下的水位控制。

而以往水位的检测是由人工完成的,值班人员全天候地对水位的变化进行监测,用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。

然后主控室再开动电机进行给排水.很显然上述重复性的工作无论从人员,时间和资金上都将造成很大的浪费。

同时也容易出差错。

因此急需一种能自动检测水位,并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统,我所研究的就是这方面的课题。

目录1系统总体设计 (1)1.1系统主要功能 (1)1.2系统工作原理 (1)2系统硬件电路设计 (2)2.1单片机系统 (2)2.1.1单片机简介……………………………………………………………………………2.1.2单片机发展概述………………………………………………………………………2.1.3单片机内部结构………………………………………………………………………2.2水位检测与数据采集………………………………………………………………………2.2.1PLC16F877芯片介绍…………………………………………………………………2.2.2CD4051芯片介绍………………………………………………………………………2.2.3水位检测电路…………………………………………………………………………2.3数码管与LED显示…………………………………………………………………………2.3.1相关芯片介绍…………………………………………………………………………2.3.2显示部分工作原理……………………………………………………………………2.4报警电路……………………………………………………………………………………3系统软件程序设计………………………………………………………………………………3.1初始化程序…………………………………………………………………………………3.2TMR1中断服务程序…………………………………………………………………………3.3数据转换子程………………………………………………………………………………3.4TMR0中断服务程序…………………………………………………………………………3.5程序清单及注释……………………………………………………………………………4 结论……………………………………………………………………………………………致谢参考文献1 系统总体设计水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用。

本设计采用的是一种低成本的数码管显示驱动方案。

在对成本较敏感的小型系统中，该方案有着一定的参考价值。

1.1系统主要功能对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位值（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示。

整个装置主要包含水位检测和显示两个部分，现将每部分功能说明如下：（1）水位检测：在0mm 、±10 mm 、±25 mm 、±50 mm 、±80 mm 、±120 mm 、±160 mm 、±240 mm 共15点基础上，检测水位偏离零点的大小。

（2）水位显示：将上一步检测结果用数码管显示出来，显示值以比实际水位小的最近点为准，例如：水位实际高度为35 mm ，则数码管显示25 mm 。

同时，用15个竖直排列的双色LED 阵列直观的模拟当前水位高度，当水位没有达到某点相应的LED 显示红色，达到或超过则显示绿色。

当水位低于﹣240 mm 时报警灯显示绿色，高于240 mm 时报警灯显示红色，当水位恢复正常值时报警灯熄灭。

1.2系统工作原理本设计采用电接点水位检测方法，在每一个预定水位检测点处，将两个电极安装在容器壁，使其一端能够与没过该点的水充分接触，另一端引出到容器外面同检测电路相连，两个电极等高度并间隔一定距离。

当水位没有达到该检定点时，两个电极间电阻为无穷大；而一旦水位上升到该点高度，则两个电极同时没于水中，由于水的导电性，两个电极导通。

通过检测两个电极是否导通就可以检测水位的高度了。

对15个检测点相应有15个检测通道，本设计运用了两片8通道的多路开关CD4051，对各通道循环检测来实现数据采集。

本系统由水箱、检测元件、多路开关、单片机系统、数码显示和报警六大部分组成。

如下图所示：图1.1 系统组成框图2系统硬件电路设计2.1单片机系统2.1.1单片机简介单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、检测元件 多路开关单片机系统 数码显示 报警 水 箱为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。

它由主机、键盘显示器等组成。

还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。

顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品、升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。

究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

2.1.2单片机发展趋势1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。

特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。

单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O 通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

20世纪70年代，微技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。

它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机。

到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段。

此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。