基于8051單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-13 22:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能 化工具。單片機(jī)具有多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格的顯著特點(diǎn)。所以利用單片機(jī)對(duì)水箱進(jìn)行控制可以極大的減少投入，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與實(shí)用性。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)水箱控制，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源等都有 著積極意義 [1]。 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容 本次設(shè) 計(jì)的系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)出水箱的水位，根據(jù)相應(yīng)的要求對(duì)水箱的水位進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)控制。系統(tǒng)以 8051 單片機(jī)作為主控制芯片，通過水泵為水箱上水和放水，通過按鍵對(duì)系統(tǒng)水位上、下限進(jìn)行調(diào)整。 ，黃燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，水泵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停止向水箱送水。 ，藍(lán)燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，水泵機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，開始向水箱送水。 ，綠燈亮，維持原有工作狀態(tài)。 4. 在水箱水位處于混亂中時(shí)，水泵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，紅燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。 手動(dòng) /自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換控制如下：全自動(dòng)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)判斷水位的狀況；在手動(dòng)的模式下，水泵機(jī)的運(yùn)行控制可由人工操作。 2 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方框圖 圖 系統(tǒng)電路總體方框圖 硬件設(shè)計(jì)原理圖 圖 水箱 水位控制 系統(tǒng) 的 總 電路 圖 水箱水位控制系統(tǒng)由檢測(cè)電路、手動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、指示電路、報(bào)警裝置和供水裝置構(gòu)成。 檢測(cè)電路 AT89C2051 單片機(jī) 報(bào)警裝置 供 水裝置 時(shí)鐘電路 手動(dòng)電路 指示電路 3 水箱 水位控制的電路如圖 。 檢測(cè) 電路得到的是頻率隨水位變化的調(diào)頻脈沖，它反映了貯水池水位的高度，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制及故障報(bào)警等功能。 上限的時(shí)候，黃燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，水泵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停止向水箱送水。 ，藍(lán)燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，水泵機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，開始向水箱送水。 ，綠燈亮，維持原有工作狀態(tài)。 4. 在水箱水位處于混亂中時(shí)，水泵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，紅燈亮，并出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。 4 第 3 章 系統(tǒng)硬件各主電路設(shè)計(jì) 檢測(cè)電路 圖 檢測(cè)電路 利用 和 連接的導(dǎo)體檢測(cè)水箱的水位，當(dāng)水接觸到導(dǎo)體的時(shí)候相應(yīng)的 P1 端口會(huì)出現(xiàn)高電平，否則出現(xiàn)低電平。水位的高低可以通過 和 的電平判斷出來，然后數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中，使單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的程序來控制水箱的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱水位的控制 [2]。 開始時(shí)水箱無水時(shí)， 為低電平輸入水泵機(jī)啟動(dòng)補(bǔ)水；水位上升到下限檢測(cè)金屬棒時(shí)， +24V 電源通過水介質(zhì)連通下限水位檢測(cè)金屬棒， 輸入為高電平，水泵機(jī)繼續(xù)補(bǔ)水，當(dāng)水位上升到上限水位檢測(cè)棒時(shí)， 輸入由低電平變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)水泵停止補(bǔ)水工作，當(dāng)水位下降而脫開下限水位檢測(cè)棒時(shí)， 輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，水泵機(jī)再起動(dòng)補(bǔ)水，依次往復(fù)，循環(huán)工作 [3]。 表 檢測(cè)電路有無報(bào)警現(xiàn)象對(duì)應(yīng)關(guān)系 水位狀 態(tài) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 報(bào)警現(xiàn)象 0 0 低于下限 運(yùn)轉(zhuǎn) 有 0 1 混亂（轉(zhuǎn)入手動(dòng)模式） 停止 有 1 0 處于上、下限之間 維持 無 1 1 高于上限 停止 有 5 光電三極管 圖 光電三極管 當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流， CE 導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止， CE 不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平 “0” 時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平 “1” ；當(dāng)輸入為高電平 “1” 時(shí)， 光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平 “ 0” [4]。 水泵電動(dòng)機(jī)供水電路 圖 供水電路 當(dāng)水位的信號(hào)被采集到 AT89C2051，然后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制水泵電動(dòng)機(jī)的工作，形成反饋控制系統(tǒng) [5]。水泵電動(dòng)機(jī)供水電路主要由光電耦合器和繼電器線圈構(gòu)成，如圖 。當(dāng) 端口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管亮，其光線使 6 光敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，使光敏三極管集電極有電流，從而驅(qū)動(dòng)繼電器 J線圈產(chǎn)生電，繼電器觸頭相應(yīng)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正常工作 [6]。當(dāng) 端口為高電平的時(shí)候 ,發(fā)光二極管不亮，因此水泵電動(dòng)機(jī)也 不轉(zhuǎn)，停止供水。繼電器 J兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，目的是為繼電器 J在通斷時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)提供續(xù)流回路，以防止晶體管被擊穿 [7]。 報(bào)警電路 圖 報(bào)警電路 報(bào)警信號(hào)由 輸出，當(dāng) 輸出為低電位時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，使光敏三極管集電極有電流，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器響，讓人們能夠很容易發(fā)現(xiàn)水箱出現(xiàn)的問題 [8]。 當(dāng)水箱水位高于水位上限的時(shí)候，黃燈亮，出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。 當(dāng)水箱水位低于水位下限的時(shí)候，藍(lán)燈亮，出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。 當(dāng)出現(xiàn) 為低電平而 為高電平的狀態(tài)輸入時(shí)即出現(xiàn)下限位金屬棒沒有檢測(cè)到水箱內(nèi)有 水而上限位金屬棒卻檢測(cè)到水位已經(jīng)到達(dá)上限位的狀態(tài)情況，說明檢測(cè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障 [9]。 出現(xiàn)以上情況時(shí)， 輸入低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器響報(bào)警。 7 控制電路 圖 控制電路 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C2051，內(nèi)部集成了 Flash 存儲(chǔ)器；兩個(gè)電容為 30pF瓷片電容，與晶體振蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路，晶振頻率為 [10]。 手動(dòng)模式控制電路 圖 手動(dòng)控制電路 8 利用 和 是由手動(dòng)來控制高低電平，當(dāng)開關(guān)按下接通開關(guān)的時(shí)候，相應(yīng)的 P1 端口會(huì)出現(xiàn)高電平，否則出現(xiàn)低電平。當(dāng)水箱在自動(dòng) 模式下出現(xiàn)故障或者時(shí)自行控制水箱水位時(shí)，可由手動(dòng)電路轉(zhuǎn)入手動(dòng)模式，可以通過 和 的高低電平直接將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中，使單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序來控制水位的高低，達(dá)到排除故障或者控制水位的目的。 表 手動(dòng)模式下 對(duì)應(yīng)關(guān)系 水位狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 報(bào)警現(xiàn)象 0 0 低于下限 運(yùn)轉(zhuǎn) 有 0 1 轉(zhuǎn)入自動(dòng)模式 停止 有 1 0 處于上、下限之間 維持 無 1 1 高于上限 停止 有 指示電路 圖 指示電路 指示電路由相應(yīng)程序控制，當(dāng)水箱水位高于水位上限的時(shí)候， 口為低電平，黃燈亮；當(dāng)水箱水位低于水位下限的時(shí)候， 口為低電平，藍(lán)燈亮；當(dāng)水 9 箱水位處于上下水位之間的時(shí)候， 口
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