【正文】 系統(tǒng)等方面，自動(dòng)控制技術(shù)得到大量應(yīng)用；在工業(yè)領(lǐng)域中，氣體、液體、粉體、石油化工制藥、輕工食品、建材等行業(yè)需要對(duì)溫度、壓力、物位、流量、成分等參數(shù)進(jìn)行控制，這些控制系統(tǒng)都無(wú)一例外地應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)已成為促進(jìn)當(dāng)今生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要因素。本課題就是在充分分析了智能水位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，查閱信號(hào)處理技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)等相關(guān)知識(shí)，針對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活領(lǐng)域的一些應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一個(gè)比較完整的基于單片機(jī)控制的智能水位控制系統(tǒng)，已達(dá)到自動(dòng)、高效、及時(shí)、準(zhǔn)確、安全供水的目的。該智能水位控制系統(tǒng)用AT89C51單片機(jī)作為控制器；外加電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、水位檢測(cè)信號(hào)輸入電路、電源電路、故障報(bào)警電路等組成系統(tǒng)硬件電路。在軟件設(shè)計(jì)上采用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際水位的判斷以及控制相應(yīng)的水泵啟停。設(shè)計(jì)可以根據(jù)缺水多少的不同情況智能化地啟動(dòng)不同數(shù)量的水泵，即缺水少時(shí)一臺(tái)水泵工作，缺水多時(shí)兩臺(tái)水泵同時(shí)工作，及時(shí)補(bǔ)充水量。以實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水、智能供水的目標(biāo)。43河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 智能水位控制器設(shè)計(jì)方案第2章 系統(tǒng)概述目前國(guó)內(nèi)在水位控制器領(lǐng)域有很多的研究和發(fā)展，包括浮球式機(jī)械控制器、基于PLC的水位控制器，基于單片機(jī)的水位控制器等等。而且僅從水位監(jiān)測(cè)這一部分就可以有很多種的信息采集方式，其中就包括由光敏二極管、壓力傳感器、光敏電阻等制成的水位液位檢測(cè)傳感器。因此為了使本次設(shè)計(jì)更加的經(jīng)濟(jì)合理，并且能突顯我們學(xué)科的優(yōu)越性，我要從綜合各方面的考慮來(lái)選擇具體的設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)總體方案現(xiàn)代控制理論本質(zhì)上是時(shí)域法，是建立在狀態(tài)空間基礎(chǔ)上的，它不用傳遞函數(shù)， 而是用狀態(tài)向量方程作基本工具，從而大大簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)表達(dá)方式，因此原則上可以分析多輸入多輸出、非線形以及時(shí)變系統(tǒng)。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了控制理論的發(fā)展，而自動(dòng)控制理論的發(fā)展，又指導(dǎo)了控制技術(shù)的應(yīng)用，使其進(jìn)一步完善，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)和理論已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于科技、冶金、石油、化工、電子、電力、航空、航海、航天、核反應(yīng)堆等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。近年來(lái)，控制科學(xué)的范圍還擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)領(lǐng)域，并為各個(gè)學(xué)科之間的相互滲透起了促進(jìn)作用，可以毫不夸張的講，自動(dòng)控制技術(shù)和理論已經(jīng)成為現(xiàn)代化社會(huì)的不可缺少的組成部分。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，從而提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，改善勞動(dòng)條件，而且在探索新能源，發(fā)展空間技術(shù)和創(chuàng)造社會(huì)文明等方面都具有十分重要的意義。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。因此單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用在當(dāng)今社會(huì)變的十分重要。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：1有優(yōu)異的性價(jià)比2集成度高、體積小、有很高的可靠性3控制功能強(qiáng)4單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典范、規(guī)范，非常容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。相比較PLC，單片機(jī)更加的靈活經(jīng)濟(jì)。因此，選擇以單片機(jī)為核心控制的水位控制器符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展。這次設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 系統(tǒng)的工作原理 首先通過(guò)水箱內(nèi)的電極式接觸式傳感器測(cè)出水箱的實(shí)際水位，并將信號(hào)傳輸至單片機(jī)，由單片機(jī)讀取檢測(cè)到的水位信號(hào)來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的輸出，并向外部硬件發(fā)出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令。當(dāng)單片機(jī)讀取到水位信號(hào)低于B電極時(shí)，即水比較少的時(shí)候，單片機(jī)將向兩臺(tái)水泵發(fā)出指令，這時(shí)將用兩臺(tái)水泵同時(shí)供水；當(dāng)單片機(jī)讀取到水位信號(hào)高于B電極而低于A電極時(shí)，缺水不多的時(shí)候，單片機(jī)只向第一臺(tái)水泵發(fā)出信號(hào)，而另一臺(tái)水泵則處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)只用一臺(tái)水泵供水；當(dāng)單片機(jī)讀取到水位信號(hào)高于A電極時(shí)，這時(shí)表示水位已滿，單片機(jī)向工作的水泵發(fā)出關(guān)閉指令，停止供水；當(dāng)單片機(jī)讀取到水位信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，如水位低于警戒線C，或者讀取指令有邏輯上的錯(cuò)誤時(shí)，則為傳感器出現(xiàn)故障，或水泵出現(xiàn)故障，或水源出現(xiàn)故障，此時(shí)系統(tǒng)切斷水泵電源，并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)進(jìn)行故障處理。這樣，就可在水箱缺水較多時(shí)用兩臺(tái)水泵供水，在水箱缺水較少時(shí)用一臺(tái)水泵供水，水箱水滿時(shí)停止供水，系統(tǒng)出現(xiàn)異常發(fā)出報(bào)警，并且從開(kāi)始工作后沒(méi)有手動(dòng)操作，完全是經(jīng)過(guò)單片機(jī)自主調(diào)節(jié)水位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、安全、及時(shí)供水，且供水效率高，可節(jié)省大量人力財(cái)力，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 智能水位控制器的硬件電路設(shè)計(jì)第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路是控制系統(tǒng)必不可少的組成部分,本設(shè)計(jì)中水位信號(hào)檢測(cè)部分、控制信號(hào)放大部分、交流接觸器的控制部分均由硬件電路完成，實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的鎂離子、鈣離子等，它們的存在使水導(dǎo)電。本設(shè)計(jì)就是利用水的導(dǎo)電性完成的。水位信號(hào)的檢測(cè)采用電極式接觸傳感器，在水源和水泵不出故障的情況下，應(yīng)保持水位在電極A以上。為了能檢測(cè)到水源或水泵的故障情況，以及在正常情況下保證水位位于電極A和C之間，在水箱的不同高度安裝了4根電極，以感知水位變化情況。 水位檢測(cè)電路電極A位于水箱的近底部，電極B位于水箱的中下部作為設(shè)定低水位，電極C位于水箱的頂部作為設(shè)定高水位。電極A、B、C分別經(jīng)1千歐的電阻接與+5V的電源正極，并且電極A、B、。當(dāng)水位低于C時(shí)，；當(dāng)水位高于C時(shí)，；當(dāng)水位高于B而低于C時(shí)，；當(dāng)水位低于B時(shí)，、。正常情況下，無(wú)論水位位于何處，，如果有不同于上述的情況，則為電極出現(xiàn)故障，或水泵出現(xiàn)故障，或水源出現(xiàn)故障，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出故障報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中，我以開(kāi)關(guān)電路模擬代替水位采集電路。開(kāi)關(guān)A、B、C分別代替上圖中的電極A、B、C。而且電極通斷信號(hào)由開(kāi)關(guān)關(guān)斷信號(hào)代替，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通表示采集有水信號(hào)，關(guān)斷表示采集無(wú)水信號(hào)。 模擬水位檢測(cè)電路 控制信號(hào)輸出電路的設(shè)計(jì)水位信號(hào)由傳感器輸入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)讀取到的水位信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)晶體三極管放大后驅(qū)動(dòng)直流繼電器，再由直流繼電器控制交流接觸器，從而控制相應(yīng)水泵的啟停。 控制信號(hào)輸出電路 當(dāng)水位高于電極B而低于電極C時(shí)，，中間繼電器KA1的線圈接通，KA2的線圈斷開(kāi)，KA1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通交流接觸器KM1的線圈，KA2的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，交流接觸器KM2的線圈也斷開(kāi)，此時(shí)只有一臺(tái)水泵供水。當(dāng)水位低于電極B而高于電極A時(shí)，中間繼電器KA1和KA2的線圈均處于接通狀態(tài)，它們的常開(kāi)觸點(diǎn)KA1和KA2均閉合，使交流接觸器KM1和KM2的線圈接通，此時(shí)兩臺(tái)水泵同時(shí)供水。當(dāng)水位高于電極C時(shí)，中間繼電器KA1和KA2的線圈均斷開(kāi)，它們的常開(kāi)觸點(diǎn)KA1和KA2也斷開(kāi)，從而交流接觸器KM1和KM2的線圈也斷開(kāi)，此時(shí)兩臺(tái)水泵都不供水。 水泵啟停控制電路的設(shè)計(jì)兩臺(tái)水泵的啟停分別由交流接觸器KM1和KM2控制。 水泵啟停控制電路兩臺(tái)交流電機(jī)M1和M2通過(guò)刀開(kāi)關(guān)接于三相交流電源上，保險(xiǎn)管FU1和FU2在電機(jī)故障或過(guò)熱時(shí)熔斷，使電機(jī)與電源斷開(kāi)，起保護(hù)作用。KM1和KM2是交流接觸器的常開(kāi)觸頭，當(dāng)交流接觸器的線圈接通時(shí)，相應(yīng)的常開(kāi)觸頭閉合，使相應(yīng)的電機(jī)啟動(dòng)。FR1和FR2是熱繼電器，用于對(duì)電機(jī)的過(guò)熱保護(hù)。 故障報(bào)警電路的設(shè)計(jì)故障報(bào)警電路用于在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)向值班人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由聲音報(bào)警和光報(bào)警兩部分組成。 聲光報(bào)警電路光報(bào)警信號(hào)由發(fā)光二極管發(fā)出，聲音報(bào)警信號(hào)由蜂鳴器發(fā)出。系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障情況有傳感器自身出現(xiàn)故障，導(dǎo)致檢測(cè)到的水位信號(hào)出現(xiàn)異常，或水泵出現(xiàn)故障，或水源出現(xiàn)故障，導(dǎo)致單片機(jī)發(fā)出供水信號(hào)后水位繼續(xù)下降。在系統(tǒng)正常工作情況下，考慮到兩臺(tái)水泵在單位時(shí)間內(nèi)的供水量大于單位時(shí)間內(nèi)的最大用水量，最低水位不應(yīng)低于電極A，若單片機(jī)檢測(cè)到水位低于電極A，，發(fā)光二極管發(fā)出光報(bào)警信號(hào)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。在傳感器正常工作的情況下，當(dāng)水位低于電極B時(shí)，，如果出現(xiàn)這種情況，則應(yīng)按故障情況處理。當(dāng)水位高于電極C時(shí)，，也應(yīng)按故障情況處理。故障情況的處理方法同上，，由發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路用于顯示水泵的運(yùn)行情況，正常情況下顯示阿拉伯?dāng)?shù)字0、2，各數(shù)字代表正在供水的水泵數(shù)量。 數(shù)碼管顯示電路所用數(shù)碼管為共陽(yáng)極7段數(shù)碼管，由單片機(jī)P2口輸出段選碼，R6～R13為用于保護(hù)數(shù)碼管不因電壓過(guò)高而損壞的限流電阻，阻值為680歐。當(dāng)水位低于電極C而高于電極B時(shí)，只有一臺(tái)水泵供水，此時(shí)單片機(jī)P2口輸出為F9H，數(shù)碼管顯示1；當(dāng)水位低于電極B而高于電極A時(shí)，兩臺(tái)水泵同時(shí)供水，此時(shí)單片機(jī)P2口輸出為A4H，數(shù)碼管顯示2；當(dāng)水位高于電極C時(shí)，停止向水箱供水，此時(shí)單片機(jī)P2口輸出為C0H，數(shù)碼管顯示0；當(dāng)水位低于電極A或