【正文】 第1章 緒論 課題研究的意義大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。從水資源節(jié)約方面考慮，以往的人工控制在很多情況下，造成資源不必要的浪費(fèi)，大部分原因是水箱內(nèi)部水位沒有及時(shí)的反饋信息到操作員，從而使控制上有一定的延遲，從而造成了水量過多或者沒能及時(shí)補(bǔ)水而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對(duì)水箱水位的監(jiān)控以及自動(dòng)化的引入可以很好的改善補(bǔ)水過多和及時(shí)補(bǔ)水的情況，可以很好的節(jié)約資源有效的降低成本。單片機(jī)，一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，它的誕生使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。80C51以它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)簡單，制造廉價(jià)，支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中。綜上所述，可以看出對(duì)本課題水箱液位檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的研究有著重要的意義。 研究現(xiàn)狀目前，水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域，它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢，已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段，它的成本還很高。比如把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自動(dòng)化控制的水箱，從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè)，對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施的性價(jià)比較高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。但是，從長遠(yuǎn)來看，隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低，以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。我國仍然處于生產(chǎn)型發(fā)展中國家，所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中，水箱是比不可少的部件，即使是發(fā)達(dá)國家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。隨著我國嵌入式技術(shù)的發(fā)展，我國控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際水平，但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品，大量的水箱控制任然通過專職的人員進(jìn)行控制。隨著我國單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，以及單片機(jī)生產(chǎn)成本的下降，基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的發(fā)展空間。而且越來越多的水箱生產(chǎn)廠商開始聘用單片機(jī)開發(fā)人員和電路設(shè)計(jì)人員，將控制系統(tǒng)成為水箱設(shè)計(jì)的一部分，以提高自身產(chǎn)品的安全性能和科技含量來提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。一些發(fā)達(dá)國家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上，已經(jīng)積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)入了國際市場。我國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，與其他發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，但是我國研究人員已經(jīng)克服很多困難，并在不斷摸索中前進(jìn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域趕上甚至超越發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平，這是發(fā)展趨勢。 主要研究內(nèi)容和要求一個(gè)水箱液位檢測系統(tǒng)，本文以單片機(jī)為主控制器，將受到的信號(hào)送到單片機(jī)中進(jìn)行處理，能夠?qū)λ涞撵o態(tài)或動(dòng)態(tài)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，顯示被測液位值，當(dāng)液位超限后進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行手動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)的要求：；；第2章 系統(tǒng)的方案論證方案一：本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的，利用傳感器來采集水位信號(hào)。利用水的導(dǎo)電性，有水則導(dǎo)電的特性，在固定水位高度安插節(jié)點(diǎn)。如圖21所示：圖21水箱節(jié)點(diǎn)示意圖電路共有五個(gè)發(fā)光二極管，如果發(fā)光二極管全部亮，表示水箱中的水已充滿。12V電源送到水箱底部的水中，晶體管(T1～T5)只要得到基極電壓，就會(huì)導(dǎo)通并點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管(LED1～LED5)。當(dāng)水箱中的水到達(dá)最低水位C時(shí)，晶體管T1導(dǎo)通，LEDl點(diǎn)亮；當(dāng)水位上升到水箱的1/4時(shí)，晶體管T2導(dǎo)通，LEDl與LED2點(diǎn)亮；當(dāng)水位升到水箱的一半時(shí)，晶體管T3導(dǎo)通，則LEDl、LED2和LED3點(diǎn)亮；當(dāng)水位升到水箱的3/4時(shí)，晶體管T4導(dǎo)通，則LEDl～LED4均點(diǎn)亮；當(dāng)水箱的水充滿，晶體管T5導(dǎo)通，五個(gè)發(fā)光二極管全亮，同時(shí)使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響。因此從發(fā)光二極管點(diǎn)亮的狀態(tài)，就能知道水箱中的水位。發(fā)光二極管應(yīng)安裝在容易監(jiān)視的位置。此方案，器件易于腐蝕，易產(chǎn)生誤差。水箱中的水位發(fā)光的LED最高水位LEDLEDLEDLEDLED5水位LEDLEDLEDLED4水位LEDLEDLED3水位LEDLED2最低水位LED1方案二：浮子式水位傳感器其主要產(chǎn)品有上海精浦機(jī)電有限公司的GEMPLE GPH500，正天科技的FYC3型浮子式水位傳感器等。工作原理：它利用液體浮力測液位的原理，靠浮子隨水面升降的位移反映水位變化。漂浮通過繩索經(jīng)滑輪與編碼器相連，編碼器的數(shù)字輸出即為水位高度。為防止錯(cuò)碼的出現(xiàn)，其編碼器的編碼為格雷碼。機(jī)械浮子式和光電浮子式都是來用機(jī)械齒輪減速產(chǎn)生進(jìn)位和退位的辦法來形成編碼。其工作示意圖如圖22所示:圖22浮子式水位計(jì)工作示意圖其主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍： 5m 10m 20mm 40mm 80mm分辨率： 1cm 1mm精度：177。1cm回差：≤177。1cm使用環(huán)境：溫度5℃+50℃根據(jù)其參數(shù)此方案適合測量范圍大的，且測量誤差比較大。方案三：基于超聲波的水位傳感器超聲波水位傳感器是利用空氣聲學(xué)回聲測距原理來進(jìn)行水位變化測量的新型水位測量儀器。由收發(fā)共用換能器發(fā)射一聲脈沖、經(jīng)聲管傳聲遇水界面產(chǎn)生反射，回波經(jīng)由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時(shí)間及現(xiàn)場聲速，算出換能器發(fā)射面至水面的距離，依據(jù)換能器安裝基準(zhǔn)面及水位零點(diǎn)得到水位值。特點(diǎn)是非接觸測量，無需建造水位測井，安裝方便，自動(dòng)測量；具有聲速補(bǔ)償；RS485數(shù)據(jù)輸出。其水位測量原理如圖23所示：圖23水位測量原理圖方案四：電子類液位傳感器測量原理是把液位的變化轉(zhuǎn)化為電氣參數(shù)的變化，利用一定的測量電路將電參數(shù)檢測出來，從而達(dá)到測量液位的目的。其中最常用且最成熟的是電容式液位傳感器。電容式液位計(jì)它是利用空氣和液體作電容器兩極極板間的電介質(zhì)，將液位變化轉(zhuǎn)換成靜電電容變化