计控水塔水位检测系统设计.doc
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1、计算机控制技术答辩(论文)计算机控制技术论文基于51单片机的水塔水位检测 姓名:张孟娜 学号:B10040806 系别:电气工程与自动化系 专业:自动化I计算机控制技术答辩(论文)基于51单片机的水塔水位检测摘 要 水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人临控的情况下自动进行工作,在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机,给水塔供;在水塔水位达到水位上限的时候自动关闭电机,停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够出警报,以及时排除故障,随时保证水塔的对外的正常供作用。因此,这里给出AT89C5l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计,实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能,
2、并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明,该系统具有良好的检测控制功能,可移植性和扩展性强。关键词:单片机,水位检测,控制系统,仿真Simulation design of water tower water level detection system based on MCU51ABSTRACTWater towers are basic requirements of the control system can be targeted in one of the circumstances, be in the water under the water tanks arri
3、ve within automatically start motor,give towers for,in the upper reaches of the water level of towers,when to stop water automatically closed motor.And in the water supply system of the abnormal warning,and can when faults,keep the normal supply of foreign towers.A water tower water level detection
4、system is designed in this paper. This system can realize water source detection, motor failure detection, processing and alarming. The independent detection circuit can realize the superelevation, the low warning water level can report to the police and superelevation warning water level process. O
5、n the principle of interface circuits, software design is the corresponding flow chart and the corresponding compilation of the main program, at the same time carries on the simulation with the proteus software. The result indicates that this system features good examination control function, the pr
6、obability and extendibility.KEY WORDS: chip microcomputer,water level examination,control system,simulation目录第1章 绪论-51.1 选题的背景与意义-51.1.1 选题背景-51.1.2 选题意义-51.1.3 控制原理-5第2章 系统总体设计-7 2.1 方案的选择-7 2.2 系统总体设计(要求有框图)-8第3章 硬件设计-93.1 硬件选型-9 3.2 引脚功能-9 3.3 硬件电路设计(按模块)-9 3.3.1水位检测接口电路-10 3.3.2报警接口电路-10 3.3.3存储
7、器的扩展接口电路-10第4章 软件设计-104.1 系统流程(流程图)-10 第五章 系统仿真-11结论(心得体会)-12参考文献-13附录-14II 第1章 绪论1.1 选题的背景与意义1.1.1 选题背景水在人们正常生活和生产中起着重要的作用,如果仍然使用人工方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,由此必须进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。随着科学技术的发展,单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统,智能仪器和家用电器中得到广泛应用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用
8、。水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作,在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机,给水塔供水;在水塔水位达到水位上限的时候自动关闭电机,停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报,以及时排除故障,随时保证水塔的对外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置,通过对其水位的控制对外供水以满足需要,其水位控制具有普遍性。该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。1.1.2 选题意义在人们的日常生活中,水塔水位大都未能实现自动控制,水塔中水位的高低常由水电管理人员进行控制。不仅浪费人力又会
9、造成不必要的资源浪费,这在一些不注意节约用水的单位显得尤为突出。为了解决经常停水和有效的避免水资源的浪费,节约能源。设计了一个适用于一般水塔水位的检测控制系统。本系统以AT89C51单片机为核心控制部件的水塔水位检测控制系统仿真设计,实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能,并在proteus软件环境下实现仿真。该系统操作方便、性能良好,比较符合一般单位用水系统控制的需要。1.1.3 控制原理单片机水塔水位控制原理如图l-1所示,图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下,水位应控制在虚线范围之内。为此,在水塔内的不同高度处,安装固定不变的3根金属棒A、B、C,用以反映水
10、位变化的情况。其中,A棒在下限水位,B棒在上、下限水位之间,C棒在上限水位(底端靠近水池底部,不能过低,要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水,单片机控制电机转动,随着供水,水位不断上升,当水位上升到上限水位时,由于水的导电作用,使B、C棒均与+5V电源连通。因此b、c两端的电压都为+5V,即为“1”状态。此时应停止电机和水泵工作,不再向水塔注水;当水位处于上、下限之间时,B棒和A棒导通,而C棒不能与A棒导通,b端为“1”状态,c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水,使水位上升,还是电机不工作,水位不断下降,都应继续维持原有工作状态;当水位处于下限位置以下时,B、C棒均不能与A
11、棒导通,b、c均为“0”状态,此时应启动电机转动,带动水泵给水塔注水。 图1-1 水塔水位控制原理图1第2章 系统总体设计2.1 方案的选择对于水位进行控制的设计方式有很多,而应用较多的主要有3种,三种方式的实现如下:(1)简单的机械式控制方式其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结构简单,成本低廉。存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。(2)复杂控制器控制方式这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算
12、和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到控制水塔水位的目的。(3)通过水位变化上下限的控制方式这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的3根金属棒ABC,以感知水位的变化情况。其中,A棒处于下限水位,C棒处于上限水位,B棒在上下限水位之间。A棒接+5V电源,B棒C棒各通过一个电阻与地相连。针对上述3种控制方式,以及设计需达到的性能要求,这里选择第三种控制方式。最终形成的方案是,利用单片机为控制核心,设计一个对供水箱水位进行监控的系统。当水塔水位下降至下限水位时,启动水泵;水塔水位上升至上限水位时,关闭水
13、泵;水塔水位在上、下限水位之间时,水泵保持原状态;供水系统出现故障时,自动报警;故障解除时,水泵恢复正常工作。2.2 系统总体设计(要求有框图)水塔水位控制系统主要由CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成,如图2-1所示。图2-2为系统硬件电路。图2-1 水塔水位控制系统结构框图图2-2 系统硬件电路图第3章 硬件设计3.1 硬件选型(1) 电源的选择 电源选择+5V的直流电源(2) 电阻的选择 电阻选择两个4.7K,一个10K 的(3) 单片机的选择 单片机选择常见的AT89C51,其中:P10端口接开关1,P11端口接开关
14、2,电机故障报警信号由P10和P11输人;P15接蜂鸣器报警装置,高电平有效;P17端口为启动电机命令输出端口,经过非门后控制电机;P00P07通过复用方式分别接锁存器74LS373的DOD7和存储器2732的D0D7端,地址锁存信号线ALE接锁存器的OE端,通过软件设置实现地址和数据信息的传输,锁存器的输出端Q0O7与存储器地址线A0A7相连,剩余的3根地址线A8A11接P20P22单片机选通引脚丽接存储器OE端,因只扩展一片存储器,片选端CE接地。 (4)水泵的选择 选择水泵的一般原则为:满足流量和扬程的要求;水泵机组在长期运行中,水泵工作点的效率最高;按所选的水泵型号和台数设计的水泵站,
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