基于单片机的水塔水位自动控制装置论文设计.doc

摘 要本设计从分析水塔水位报警器的原理和设计方法入手，主要基于单片机的硬件电路和语言程序设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成同时对各个部分进行了详细的论述，并给出了主要的流程图和软件设计程序关键词：单片机 ；水位自动控制 ； 继电器 ；自动保护 ABSTRACTThe design starts from the analysis of the water-level alarm principle and design methods of the towers,mainly based on SCM language,achieve a level to implement automatic control, with automatic protection,automatic voice-alarm function control system.The control system consists of A / D conversion, single-chip microcomputer control, digital display, motor-driven, motor control components.Meanwhile exposits various parts of the details gives the main flow chart and software design procedures.KEY WORDS: Single chip microcomputer ；Voluntarily control the Lever level ； Relay ；Auto-protectingI目录摘 要 I12ABSTRACT II第一章 引 言 1第二章 系统设计 22.1方案比较 22.1.1传感器选择方案 22.1.2 A/D转换方案 22.1.3单片机复位方案 22.1.4单片机起振方案 32.1.5驱动显示方案 32.1.6电机驱动方案 32.1.7电机选择方案 32.2方案论证 42.2.1总体思路 42.2.2设计方案 4第三章 硬件设计 53.1单元模块设计 53.1.1 A/D转换设计 53.1.2起振电路设计 73.1.3数码显示设计 73.1.4电机驱动设计 83.1.5电机控制 83.1.6报警电路 103.2系统整机分析 10第四章 软件设计 114.1 详细流程图 114.1.1主程序 114.1.2 中断子程序 124.1.3 GAODU子程序 134.1.4查表子程序 144.1.5状态子程序 154.1.6 状态控制子程序 174.2 源程序 21结束语 38致 谢 39参考文献 40附录一 41附录二 42文 献 综 述 43第一章 引 言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。

一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一 任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题人类已经进入数字化时代从计算机到3G数字通信，从娱乐使用的声像设备MP3、MP4、数字电视到军用雷达，数字技术的应用比比皆是由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，使数字技术的使用已渗透到人类生活的各个领域因此，如何进行数字系统设计也便成为数字系统设计领域研究的热点课题建筑设备自动化系统BAS（building automation system）是一个对建筑物或建筑群内电力、照明、空调、给排水、防灾、保安、车库管理等设备或系统的工作状态进行监视、控制和统一管理的自动化系统，是智能建筑的重要组成部分它的主要任务是为用户提供安全、高效、经济和舒适的工作和生活环境，保证整个系统经济运行，并提供智能化管理它的内容包括空调系统、冷水机组、供水系统、给排水系统、自发电机组、电梯、照明等设备的控制和管理。

BAS的系统结构有集散式控制系统和分布式控制系统两种集散式系统以分布在现场被监控设备附近的多台控制器，完成设备的实时监控任务，在中央控制室设置具有很强控制功能的管理计算机，用它来完成集中操作、显示报警、打印输出与优化控制等任务典型的集散式BAS系统包括给排水系统其中，给排水控制子系统的作用是为了保证供水/排水系统的正常运行，其基本控制内容是对各给水泵、排水泵、污水泵及饮用水泵的运行状态进行监控，对各水箱及污水的水位、给水系统压力进行监测，并根据这些监测信息，控制相应的水泵启/停或按某种节能方式运行本设计针对水塔水位高度的显示、报警、电机控制系统正是给排水监控子系统的功能之一第二章 系统设计2.1方案比较2.1.1传感器选择方案 传统的水位检测通过设检测点来完成对水位的检测通常，由于受检测点物理体积的影响，水位检测点的数目有限，从而影响了后续电路控制的精度本设计，采用新型水位传感器，可以达到对水位高度的精确检测，以利于提高后续电路控制的精度2.1.2 A/D转换方案通过对传感器的选择，可知由传感器输出的水位高度信号是0～10V的直流电压在设计中，可以通过采样、保持电路对这一信号进行处理，将模拟信号转换为多个采样点信号。

但这种处理方法由于受电路规模和采样精度的影响，不可能对水位信号作出精确的处理，近而也无法对电机、水位高度显示和报警作出精确的控制因此，本设计中采用集成芯片ADC0809对0～10V的直流电压进行处理可以达到：①电路简洁、明了②高转换精度③高控制精确2.1.3单片机复位方案RST/VPD:复位/备用电源线，可以使单片机处于复位（即初始化）工作状态通常，单片机的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种，图2.2.3给出了它们的电路考虑到，水塔与居民生活密切相关，当因特殊原因导致单片机掉电，需单片机立即自动复位（如：夜间短时间停电，导致本系统停止工作），故本设计采用上电复位方式 2.1.4单片机起振方案XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用也可以采用外部时钟源驱动器件考虑到设计、使用的方便，本设计中采用片内时钟驱动即XTAL1和XTAL2只需外接晶振（配上相应的电容），便可以给单片机提供相应的时钟频率2.1.5驱动显示方案 本设计中需将水塔水位高度在数码管中进行显示，有两种方案选择：①利用MAX7219进行驱动：MAX7219是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器。

每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，可以数片级联，而与微处理器的连接只需3根线MAX7219内部设有扫描电路，除了更新显示数据时从单片机接收数据外，平时独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源②利用74LS48驱动数码管：与单片机连接较为复杂，需占用单片机8个端口且在与数码管连接时需附加上拉电阻，用以完成数码管的驱动考虑到本设计中，需显示的位数较少（两位），若利用MAX7219驱动数码管，将造成资源浪费，且MAX7219芯片价格较高，采用后大大提高成本支出同时，随着MAX7219的使用（对MAX7219的编程）将提高源程序的复杂度，对编译、调试和单片机运行效率都将造成影响故设计中采用74LS7448驱动数码管显示 2.1.6电机驱动方案利用单片机驱动交流接触器，进而驱动电动机的运转其中，在单片机的输出端到交流接触器间需接驱动模块该驱动模块，可以由分离元件组成放大电路来实现对交流接触器的驱动，也可以单使用一块芯片实现本设计中，采用一块芯片实现对交流接触器的控制以达到使电路简洁，调试方便，易于维修的目的2.1.7电机选择方案电动机有支流、交流之分异步电动机属于交流电机的一种；另一种交流电机是同步电机。

异步电机由于结构简单，维护方便，价格便宜，所以应用最为广泛本设计中，采用交流电机，为了克服沿程阻力损失和高度差所产生的静压力，供水水泵的扬程应根据实际情况有所变化 2.2方案论证2.2.1总体思路①水位高度的检测：利用水位传感器完成②传感器输出信号处理：传感器输出信号，有直流电压和直流电流之分设计中需将这一信号进行处理，以便单片机能够接收和处理③单片机控制：单片机将由前级输入的检测信号进行分析和处理，从而产生相应的控制信号④数码显示、电机驱动和报警电路根据单片机产生的控制信号，作出相应的动作⑤电机控制电路根据电机驱动电路的状态作出相应的动作2.2.2设计方案水位自动控制电路是通过水位传感器将水位高度转换为0—10V的直流电压，再经过A/D转换后，将转换所得的8路并行数字量送入单片机进行处理来达到对水位进行自动控制的目的通过对电压和水位的转换关系，最终利用单片机进行精确的控制，实现对水位高度的显示、主/备电机和报警装置的控制 水位自动控制器由6个部分组成，即水位传感器、A/D转换、单片机、数码显示、电机控制、报警控制部分，其总框图如图2.2.2所示第三章 硬件设计3.1单元模块设计 3.1.1 A/D转换设计AT89C51与ADC接口时必须弄清并处理好三个问题：①要给START线送一个100ns宽的启动脉冲。

②获取EOC线上的状态信息，因为它是A/D转换结束的标志③要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE线上送一个地址译码器输出信号AT89C51和ADC接口通常采用查询和中断两种方式采用查询法传送数据时AT89C51应对EOC线查询它的状态：若查询到EOC变为高电平，则给OE线送一个高电平，以便从D0—D7线上提取A/D转换后的数字量采用中断方式传送数据时，EOC线作为CPU的中断请求线CPU响应中断后，应在中断服务程序中使OE线变为高电平，以提取A/D转换后的数字量ADC0809内部有一个8位“三态输出锁存器”可以锁存A/D转换后的数字量，故它本身即可看作一种输入设备，也可认为是并行I/O接口芯片因此，ADC0809可以直接和AT89C51接口，当然也可以像8255这样的接口芯片连接在本设计中采用ADC0809和AT89C51直接连接,如图3.1.1 所示，START和ALE互连可使ADC0809在接收模拟量路数地址时启动工作START启动信号由AT89C51WR-和译码器输出端F0H经或门M2产生平时，START因译码器输出端F0H-上的高电平而封锁，当AT89C51执行如下程序后 MOV R0 ， #0F8H MOV A ， #00H ；选择IN0模拟电压地址送A MOVX @R0, A ；START上产生正脉冲START上正脉冲（此时F0H—和WR—线上皆为低电平）启动AD。