基于单片机的水位控制系统设计毕业论文

基于单片机的水位控制系统设计毕业论文

目录

河系学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 (2)

河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 (3)

摘要 (6)

ABSTRACT (6)

1. 绪论 (7)

1.1 研究背景 (7)

1.2研究现状 (7)

2.设计任务及要求分析 (8)

2.1 设计任务及要求 (8)

2.1.1 设计任务 (8)

2.1.2 设计要求 (8)

2.1.3 要求分析 (8)

3. 系统方案论证与选择 (8)

3.1方案设计 (8)

3.2 系统整体方案 (10)

3.2 各单元电路方案论证 (10)

3.3 主要模块简介 (11)

3.3.1 核心芯片STC89C51单片机 (11)

3.3.2 1602液晶显示器 (14)

4. 硬件电路设计 (17)

4.1 单片机最小硬件系统电路 (18)

4.2水位显示电路 (18)

4.3 水位调整及其报警电路 (19)

4.4初值设置按键电路 (20)

5. 程序设计 (20)

5.1水位控制系统主程序设计流程图 (20)

5.2 水位控制系统主程序 (20)

6. 实物调试与测试 (21)

6.1实物图 (21)

6.2 测试结果分析 (21)

7. 结束语 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

附录 (25)

河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 (33)

河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 (34)

河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 (35)

河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 (36)

1. 绪论

1.1 研究背景

水位自动控制技术越来越频繁地进入到自动控制系统设计者的视线。传统的水位控制系统虽结构简单,但功能单一,无法实现人机交互,且通用性差。如今随着电子技术的飞速发展,电子产品制造工艺成熟,批量生产降低了产品价格。人们开始意识到采用单片机来实现水位控制。其人机交互性强, 功能强大, 控制精度高, 能够方便地与上位机通讯, 实现数据共享。且价格低廉, 通用性、实用性强, 能够在稍作改造后或直接用于诸如自来水厂的储水池、爆气池, 污水处理厂、化学工厂的各类液体池以及电厂一的锅炉气泡等需要水位自动控制的场合。

1.2研究现状

在许多工业生产系统中，需要对系统的液位或物料位进行监测，特别是对具有腐蚀性的液体液位的测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电脉冲来检测液面，电极长期浸泡在液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性，因而对测试设备的抗腐蚀性要求较高。超声波液位检测系统，利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触式的测量方法，能够实现对工业系统中液位或物料位的检测；而且超声波具有很好的指向性和束射特性，人耳听不见，一般不会对人体造成伤害检测工程方便、迅速、易做到实时控制，而且测量精度又能达到工业实用的要求，所以有广泛的工业应用前景。

并且目前，我国住宅小区楼房自来水供水系统主要采用高塔供水，既在楼顶或者另外建设的高塔上面建个蓄水池以保证用户水压的恒定。目前大多数的住宅小区都是采用人工加水的办法，即当水用完的时候，就人工开启水泵进行加水，十分不便。所以这一切问题的存在，都在呼唤一种简单经济的水位检测报警控制系统的诞生。

传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点,而自动控制原理, 依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定以满足用水要求, 从而提高了供水系统的质量，而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水位的理想装置。

2.设计任务及要求分析

2.1 设计任务及要求

2.1.1 设计任务

设计一个以单片机为基础，用超声波传感器测量水位并将水位高度实时显示在液晶显示器上；用发光二极管直观显示水位当前状态；水位最高与最低值能在按键上调节的智能水位控制系统。

2.1.2 设计要求

（1）控制容器的水位在某一值附近。当水位发生变化时利用单片机控制进水阀或水泵，使水位能迅速调整到预定值；

（2）能通过键盘对水位控制的阈值进行设置；

（3）能通过数码管、液晶显示器或PC机显示当前水位值及水位阈值等信息；(4)要求水位控制精度在5%以。

2.1.3 要求分析

根据该设计的任务及要求分析知该系统中测量水位这是一个重要部分，只有准确的测量出了水位才能用单片机控制其余硬件电路做出响应。要准确测量水位需选用合理的测距模块，经过分析和比较几种传感器的功能和原理，此次用超声波测距模块来解决这个问题。

3.系统方案论证与选择

3.1方案设计

方案一：本方案采用555电路进行控制，即当水位探测传感器探测到低水位时送一个低于1/3VCC的低电平给NE555芯片,555的输出即为高电平驱动水泵加水;当在正常的水位时候,送给NE555为1/3VCC----2/3VCC的电平,即保持前一个水泵不加水的状态;当水位居于高水位时,给NE555电路一个高电平,这时NE555输出电平翻转为低电平,不能驱动水泵,水泵停止加水。

图3.1 方案一方框图

方案二：本方案采用单片机STC89C51作为我们的控制芯片,主要工作过程是当水塔中的水在低水位时,水位探测传感器送给单片机一个高电平,同时单片机驱动水泵加水和显示系统使红灯变亮。

图3-2 方案二方框图

方案论证：

第一种方案设计使用起来比较方便也简单,不用编程等软件方面的设计，但是没有稳压电路,使输入NE555芯片的电平十分不稳定,容易发生误判水位引起混乱的情况,且NE555电路只有一个输出端,不能接显示系统,所以不能完成显示功能。另外，此方案不能精确测量出液位高度，铜丝长时间沁在水中表面会发生氧化，长时间会是系统的误判率升高。