【正文】 水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài) [14]；當(dāng)水位低于下限時， =0， =0，此時啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水 箱 供水。 KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編 C語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標(biāo)文件和庫，創(chuàng)建 HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。用 C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴充。 C言是一種編譯型程序設(shè)計語言。 7 L1L2L3L4D1L E D R E DD2L E D G RE E ND3L E D Y E L L O WD4L E D B L U ER41 0 0R51 0 0R61 0 0R71 0 0 圖 7 報警電路 L5 圖 8 電機控制電路 4 液位自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計 系統(tǒng)軟件編譯開發(fā)環(huán)境 8051系類 單片機共擁有 111條系統(tǒng)指令，可實現(xiàn) 51種基本操作。 P 1 . 0P 1 . 1O F F ON 1243D S W 1DI P S W _ 2R24 .7 kR34 .7 k 圖 6 液位檢測接口電路 報警電路 和電機控制電路 為 了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴(yán)重后果， 在超出、低于警戒界水位時，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得 ，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時對電機的運轉(zhuǎn)進(jìn)行控制 [13]。單片機通過負(fù)電極 [12]重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時 (此時兩個開關(guān)均置 0)，電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平 (此時開關(guān) 1 置 1，開關(guān) 2 置 0)；當(dāng)水位過高時 ，檢測信號為高電平 (此時開關(guān) l 和 2 都置 1)，單片機檢測到 和 為高電平后，立即停機。將單片機的 端口接開關(guān) 1， 端口接開關(guān) 2。上電瞬間 RST 引腳獲得高電6 平，隨著電容 C3 的充電， RST 引腳的高電平將逐漸下降 [9]。本 設(shè)計 采用上電復(fù)位 的方式 ，電路圖如圖5 所示。 X T A L 1X T A L 2C13 0 p FC23 0 p FX1CR Y S T A L 圖 4 時鐘電路 復(fù)位電路 當(dāng)在 80C51 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持兩個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。振蕩脈沖信號經(jīng)過內(nèi)部時鐘發(fā)生器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機的時鐘信號 [7]。電容 C1 和 C2對頻率有微調(diào)作用，電容取 30pF。單片機采用 40 引腳雙列直插式封裝 （ DIP） ，其引腳 排列和邏輯符號如圖 3 所示，4 個并行口共有 32 根引腳，可分別作地址線、數(shù)據(jù)線和 I/O 線； 2 根電源線； 2根時鐘振蕩電路引腳和 4 根控制線 [5]。 硬件電路設(shè)計分為時鐘電路、復(fù)位電路、 液位檢測電路 、 報警電路，電機控制電路幾個部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖 2 所示 。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應(yīng)采用電壓控制水位。 3 硬件 電路設(shè)計 水 箱 供水的主要問題是 箱 內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免 “空 塔 ”、 “溢塔 ”現(xiàn)象發(fā)生 [4]。對此，我們應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)（水）選擇合適的金屬棒且應(yīng)定期檢查它的導(dǎo)電性；同時，我們也應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，選擇合適的的上、下限水位。 圖 1 液位控制原理圖 該方式所采用的信號是頻率隨水位變化而變的脈沖信號（開關(guān)量），因此電路設(shè)計中省去了 A/D 轉(zhuǎn)換部分，這不僅降低了硬件電路的成本，而且由于采用4 數(shù)字脈沖信號通信，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力、穩(wěn)定性和精度。單片機控制電機轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升。 A 棒接 +5V 電源，B 棒 、 C 棒各通過一個電阻與地相連。 在正常情況下，水 位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。但其控制電路較復(fù)雜、運算量很大、成本較高。 復(fù)雜控制器控制方式 3 這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道 上的壓力傳感器，把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、 A/D 變換成數(shù)字信號傳送到單片機，經(jīng)單片機運算和給定參量的比較，進(jìn)行 PID 運算，得出調(diào)節(jié)參量 [3]；經(jīng)由 D/A 變換給調(diào)壓 /變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制水塔水位的目的。 2 方案 論證 簡單的機械式控制方式 其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。 當(dāng) 水位下降至下限水位時，啟動 電機 ；水位上升至上限水 位時，關(guān)閉 電機 ；水位在上、下限水位之間時， 電機 保持原狀態(tài)；供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， 故障 報警；故障解除時，水泵恢復(fù)正常工作。一般工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差 、 干擾強 ， 利用單片機控制就能克服這些缺點 ， 因此單片機在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 ， 使用單片機控制 液體液位 是很好的選擇。單片機是在一塊芯片上集成了一片微型計算機所需的 CPU、存儲器、輸入、輸出等部件 [2]。 （ 3） 具有水位 控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全 性 。 液體的液位的自 動 控制 ， 是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù) ， 它是微型計算機軟2 件、硬件、自動控制等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物 ，工程作業(yè) 采用的是微機控制和原有的儀表控制 [1]， 微機控制有以下明顯優(yōu)勢 ： （ 1） 直觀而集中的顯示各運行參數(shù) ， 能顯示液位狀態(tài)。 液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本 文 對不同的液位控制方式進(jìn)行了 分析比較 ， 利用 Proteus 和 Keilc 軟件 模擬了水 位控制系統(tǒng)硬件電路以及控制程序設(shè)計，并進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試和仿真 ， 且調(diào)試成功 。 本科畢業(yè)論文 學(xué) 院 物理電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子 科學(xué)與技術(shù) 年 級 2021 級 姓 名 設(shè)計題目 基于 Proteus 的液位自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2021 年 05 月 09 日 目 錄 摘 要 ................................................................. 1 Abstract ................................................................ 1 1 引言 .................................................................. 1 液位控制系統(tǒng)的研究背景及意義 .................................... 1 課題設(shè)計目標(biāo)及主要工作 .......................................... 2 2 方案論證 .............................................................. 2 簡單的機械式控制方式 ............................................ 2 復(fù)雜控制器控制方式 .............................................. 2 通過水位變化上下限的控制方式 .................................... 3 3 硬件電路設(shè)計 .......................................................... 4 單片機最小系統(tǒng) .................................................. 4 液位檢測電路 .................................................... 6 報警電路和電機控制電路 .......................................... 6 4 軟件 設(shè)計 .............................................................. 7 系統(tǒng)軟件編譯開發(fā)環(huán)境 ............................................ 7 系統(tǒng)主程序流程圖 ................................................ 8 5 Keilc 與 Proteus 連接調(diào)試 .............................................. 8 Proteus 介紹 .................................................... 8 電路仿真 ........................................................ 9 6 結(jié)束語 ................................................................ 9 參考文獻(xiàn) .............................................................. 10 致謝 .................................................................. 11 附錄 .................................................................. 12 1 基于 Proteus 的液位自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究 學(xué)生姓名： 馮峨寧 學(xué)號： 20215044001 學(xué) 院 ：物理電子工程學(xué)院 專業(yè)：電子 科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師： 鐘莉娟 職稱：講師 摘 要 ： 供水是一個關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的人工供水方 式，勞動強度大 、 工作效率低 、 安全性難以保障，為此很有必要對水塔水位進(jìn)行自動控制。 關(guān)鍵詞 ： 液位；自動控制； 89C51； Proteus 仿真 Design and Research of Liquid Level Auto Control System Based on Proteus Abstract： Water supply is an important industry for the people’s livelihood. Traditional way of water supplying makes higher labor intensity, lower efficiency and poor security. So, it is necessary to control liquid level automatically. In this article several different liquid level control methods are demonstrated. Meanwhile liquid level control system’s hardware circuit and control procedures design are simulated by used of the software of Proteus and keilc, and system’s debugging and simulation are successfully finished. Key words： Liquid level； Automatic control； 89C51； Proteus simulation 1 引言 液位控制系統(tǒng)的研究背景及意義 液位控制一般指對某一液位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對容器內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。 （ 2） 在運行中可以隨時方便的修改各種各樣的運行參數(shù)的控制值 ， 并修改系統(tǒng)的控制參數(shù) ， 可以方便的改變液位的上限、下限。 綜合以上的種種優(yōu)點可以預(yù)見采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機自問世以來 ， 性能不斷提高和完善 ， 體積小、速度快、功耗低的特點使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。 課題設(shè)計目標(biāo)及主要工作 課題設(shè)計目標(biāo) 設(shè)計一個對 液 位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。 課題設(shè)計主要工作 該課題設(shè)計的主要工作分為以下兩個方面： （ 1） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計； （ 2） 系統(tǒng)軟件設(shè)計。存在問題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能單獨控制，與計算機進(jìn)行通信較難實現(xiàn)。 該方式的特點是可以進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理且控制