基于单片机的液位控制系统的设计

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　　摘要：作为许多工业生产中的重要参数之一，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。本文主要设计利用单片机AT89S52实现对高塔进行水位的控制、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示系统的控制；同时采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况、分析工作原理。
　　关键词：工业生产;液位;测量;控制；
　　中图分类号：S611文献标识码： A
　　
　　0 引言
　　液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
　　1 总体方案设计
　　鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，本设计是水箱供水为模型，以单片机为基础的液位测量监控系统。在高塔的内部设计一个水位探测传感器用来探测水位，同时系统初始化后会显示三个不同的范围，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。
　　它具有实时测量监控水箱液位高度并显示的功能，并根据实时水量与设置的上、下液位参数的比较，启动电机供水或停止水泵。在启动电机与停止水泵时，实时记录时间点与电机状态。液位测量高度≤5米，测量精度10%，AC220V供电。
　　2 系统电路设计
　　2.1 AT89S52硬件设计
　　由于单片机是液位控制系统设计的核心部分。整个系统中的初始化（设置警戒液位的上下限，实时显示液位值以及键盘扫描等工作）、数据交换和处理都要受控于处理器，考虑到设备应具备低功耗、可靠性高和便携性等因素。系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。综上所述，采用与MCS-51兼容的AT89S52单片机满足设计要求。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS（互补金属氧化物场效应管）的8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。
　　根据电路设计规范和AT89S52芯片手册，设计时钟电路与复位电路。
　　由于单片机P0口作普通I/O口时不能输出高电平，因此需接上拉电阻，实际电路中，使用8*10KΩ电阻作为上拉电阻。
　　2.2 键盘单元硬件设计
　　键盘是由若干按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，通过键盘输入数据或命令，来实现简单的人机对话。本次设计的键盘采用串联接口，它的组成是由移位寄存器74LS164和六个键组成。考虑到本设计实际需要的按键较少，故采用独立式键盘接口电路。
　　2.3 检测传感器的选用
　　传感器是一种能感受被测物体物理量并将其转化为便于传输或处理的电信号的装置，系统选用 B2119 压阻式压力传感器。压阻式压力传感器是用集成电路工艺技术，当不受压力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡，电桥输出电压。电桥输出的电压与压力成正比例。
　　2.4 A/D转换单元硬件设计
　　ADC0804是单路8位逐次比较型双极性输入A/D转换器，转换时间小于100us。在液位传感器误差与参考电压误差不大的情况下，ADC0804是完全满足设计误差要求的。
　　设计满偏电压为5V，则VREF辅助参考电压为5V/2=2.5V，在10%的误差范围内，无需过分苛刻参考电压的电压源，由于系统中DC5V供电，采用两只相同阻值电阻分压，便能近似得到2.5V的参考电压。
　　系统中使用10K电阻与150pF电容组成RC振荡电路，根据技术手册计算公式：
　　 （3-1）
　　其振荡频率约为606kHz，满足芯片要求。通过接入传感器分压将阻抗转换为电压信号，接入电位器可实现模拟输入。
　　2.5 显示单元硬件设计
　　显示器是计算机的主要输出设备，在简单的工业控制系统中，常用的显示器有数码管显示器（LED），液晶显示器（LCD）等。该系统仅需显示液位高度，即数字量，综合考虑最终选择采用动态显示LED。
　　此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。
　　2.6 继电器控制水泵加水电路单元设计
　　该电路由继电器和闭合开关、光电耦合器、水泵R23、R24、R25、R26以及D4、Q1等组成。当水位在低水位时单片机给P0.7送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q1导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水。
　　
　　图3-1 继电器控制水泵加水电路的原理图
　　在本设计当中我们采用光电耦合器组成开关电路的作用，能够很好地将单片机信号稳定地送给继电器驱动继电器闭合。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在我们设计当中主要来做自动控制作用，我们采用+5V的直流电来控制220V的交流电，以达到控制水泵的作用。
　　3 结语
　　该系统主要介绍了液位检测控制，介绍了AT89S52单片机和其它一些单片机在液位控制系统中的应用，介绍了它们的引脚和在系统中的电路图，系统精度高，具有良好的人机交互功能。
　　参考文献:
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