【水位控制器】水位控制器接线图

摘要

摘要:水塔水位自动控制器主要用途是配合水泵，根据水塔水位高低的变化 来启动及停止。它给人们的生活提供了很大便利，适用于工农业及民用自动供水。 本电路包括水位检测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路，显示电路和电源电路5部分。水位测量电路的功能是利用水的导电性检测水位的变化，水位范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水位范围的确定，应根据水塔水量来调节中水位探头及高水位探头之间的距离，应调节在水塔水满后，而水泵不应离水工作为宜，同时利用迟滞比较器的迟滞特性避免跳闸现象。水泵开关电路的功能是完成控制电路和水泵是否工作，显示电路的功能是显示水泵是否在工作。电源电路则为以上电路提供直流电源。 以此电路设计成的水塔水位控制器能够在实际生活中发挥很大作用，广泛用于居民用水、农业灌溉等。它便捷实用的操作为日常生活提供了极大的便利。

一、设计要求

1、控制器能准确测量出水箱内的水位 ,能够实现水位的分段显示; 2、当池中水位低于设定点的20%时水泵自动抽水； 3、当水位到达高于设定点80%时水泵自动停止。

二、设计目的

实现当池中水位低于设定点20%时水泵自动抽水，当水位到达设定点80%时水泵自动停止。在0--20%时注水时显示绿灯亮，在80%--100%排水时显示蓝灯亮。电机启动（表示电机通电的红色LED点亮）。

三、方案设计与论证

3.1总体方案电路图如下

选用较为常用的，由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，采用软件程序控制水位。在程序里设置FLAG1标志位，标志位为1代表排水阶段，为0代表注水阶段，如图是其水位电路模型

P3.1，P3.2分别接上限（水位在80%处）开关水位SW1，下限（水位在20%处）开关SW2，SW1和SW2状态的采样，采用20mS定时中断来查询。仿真刚开始时，上下限水位都未达到，两个开关闭上，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭，到达下限水位时（P3.1=0 P3.2=1），保持原来状态，到达上限水位时（P3.1=1 P3.2=1），电机停止，红灯灭，绿灯灭，蓝灯亮，FLAG1置1，接下来是排水，当未达到下限水位时（P3.1=0 P3.2=1），保持原状态，到达下限水位时（P3.1=0 P3.2=0），需要注水，FLAG1清零，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭。

3.3.元器件的选择

水位控制系统选用(80C31)、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，见附录一。附录二为系统硬件电路。由于所采用的信号是频率随水位变化而变的脉冲信号（开关量），因此电路设计中省去了A/D转换部分，这不仅降低了硬件电路的成本，而且由于采用数字脉冲信号通信，提高了系统的抗干扰能力、稳定性和精度。输入的可变脉冲信号送到80C31的P10和P11脚电平，当接收到信号时，输入脉冲使其输出高电平，而无信号输入时，无触发脉冲，此时翻转为低电平。程序控制80C31周期性地对P31和P32脚电平进行采样，达到控制的目的。实验中是以MCS—51系列弹片机8031作CPU。其中8031的时钟频率为6MHz。由于8031没有内部ROM，因此需外扩展程序存储器。本系统采用2764EPROM扩展8K程序存储器，对应地址空间为0000H～1FFFH。

三、整体原理图

1)水位检测接口电路

为了便于实现水位检测功能，将单片机的P3.1端口接上限开关KEY1，P3.2端口接下限开关KEY2。水位到达下限，此时下限开关置1,绿灯亮；否则为0，绿灯灭；同样，水位到达上限，此时上限开关置1，蓝灯亮；否则为0，蓝灯灭。单片机检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，下限开关KEY2置1，上限开关KY1置0；当水位过高时，单片机检测到P1.0和P1.1为高电平后，立即停止电动机工作。考虑到实际情况，在水位上升过程中，下限开关必先于上限开关按下，所以下限开关KEY2置0，上限开关KY1置1情况不存在。，故检查水位上升时只需检查上限开关是否按下就可以知道水位是否到达正常值

2）存储器扩展接口电路

为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片8KB的程序存储器，用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P0．0～P0．7

通过分时复用方式分别接锁存器74LS373的D0～D7和存储器2732的Q0～Q7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Q0～Q7与存储器地址线A0～A7相连，剩余的4根地址线A8～A11接P2．0～P2．3。单片机选通引脚接存储器OE端，因只扩展一片存储器，片选端CE接地。

74LS373为三态输出的八 D 透明锁存器，共有 54S373 和 74LS373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别)：

型号 TPD PD

54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW

373 的输出端 O0~O7 可直接与总线相连。

当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0～Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，Q0～Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端 LE 为高电平时，Q 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，D 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。

3.）核心芯片AT89C51单片机

3.AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3所以。

2、流程图

T0中断服务流程图

四、结论：

P1.1接的是上限灯， P1.2接的是电动机和代表电动机的红灯，P1.3接的是下限灯，P3.1接的是上限开关，P3.2接的是下限开关。按照下面顺序仿真：

（1）关闭开关SW1，SW2，表示缺水，开始注水，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭

（2）关闭SW1，打开SW2，表示到达下限，状态保持不变（电机启动，红灯亮，绿灯亮），

（3）打开SW1，SW2，表示注水到达上限，电机停止，红灯灭，绿灯灭，蓝灯亮，

（4）关闭SW1，打开SW2，开始排水，保持状态不变（电机停止，红灯

灭，绿灯灭，蓝灯亮），

（5）关闭开关SW1，SW2，表示排水排到20%处，开始注水，电机启动，红灯亮，绿灯亮，蓝灯灭。

五、心得体会：

经过这次实验设计，对protues有了进一步了解。在理论与实际的结合中，对书本的知识有了更加深入的认识。 这次的实验实践，让我更熟练的掌握了keil软件的简单编程方法，对于水位控制的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。这的实习,使我充分认识到了模电和数电显示生活中的实用性，都是我们日常生活中很方便的电路系统。由于是自主设计,自己必须翻阅好多资料,尤其在选用那些不常见的器件时，让我不仅增长了知识,更重要的是学会了如何运用知道的知识进行创造。培养了自己的一种创新和动手能力。次此设计增加我们的动手能力和思考能力，以及对电路的审查能力和调试能力，对错误的审查和改正。在理论的运用中，也提高了我们的工程素质。刚开始学习使用protues软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序l连接到PROTUES时，问题出现了。最后通过对实际问题分析，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。 通过这次实训，使我更加坚信“千里之行,始于足下”这句话，刚开始拿到题目，觉得很难，只要你勇于思考，勇于探索，最终顺利地完成了此次实训，使我的动手实践能力也得到很大的提高。 设计过程中得到同学的意提醒，再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，所以说学习要善于向别人请教，学思结合，才能更快的进步。

附录一程序：

FLAG1 BIT 00h ;水位注入到上限位标志位，水位未到上限位为0，到上限位为1

ORG 0

LJMP START ORG 0BH LJMP TS ORG 0030H START: CLR FLAG1

MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 CLR P1.1 SETB P1.3 SETB P1.2 SJMP $ TS:

MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H

JB P3.1,MAL ;在规定的时间内，水位到达上限位，则开始正常，开始排水，否则表示电机发生故障

JB FLAG1,XIA JNB P3.2,NEXT CLR P1.1 SETB P1.2

;熄灭上限灯 ;电机开始启动

;熄灭上限灯 ;熄灭下限灯 ;电机开始启动

;定时20ms

SETB P1.3 SJMP NEXT

;点亮下限灯

MAL: SETB FLAG1 ;水位注入到上限水位标志位清零，此时说明电机工作正常，水位到达上限位，开始排水

CLR P1.2 SETB P1.1

; 电机停止工作 ; 上限灯亮

CLR P1.3 ;熄灭下限灯 LJMP NEXT

XIA: JB P3.2,NEXT ;如果水位还没到达下限水位，则表示水位还没下降到需要注水的地步，继续泄水

SETB P1.2 ;电机状态灯亮，表示电机又开始工作 SETB P1.3 ;点亮下限灯 CLR P1.1 ;熄灭上限灯 CLR FLAG1 NEXT: RETI

END

附录二：仿真图

附录三：参考文献

李刚民 曹巧媛 曹琳琳 陈忠平 等编著 单片机原理及应用技术 高等教

育出版社