液位测控系统研究

本科生毕业论文（设计）

题 目:

姓 名:

学 院:

专 业:

班 级:

学 号: 指导教师: 液位测控系统研究 杨业青 电气与电子工程学院 电子信息工程 电信121 1665120128 高海涛 职称: 讲师

2016 年 4月 20 日

安徽科技学院教务处制

目录

摘要 ..................................... - 1 -

第一章 绪论 .............................................................................. - 3 -

1.1概述 ................................................................................ - 3 -

1.2液位控制研究现状 ........................................................ - 3 -

第二章 设计方案 ...................................................................... - 5 -

2.1方案举例 ........................................................................ - 5 -

2.2方案比较 ........................................................................ - 7 -

2.3方案确定 ........................................................................ - 7 -

第三章 硬件设计 ...................................................................... - 9 -

3.1控制系统 ........................................................................ - 9 -

3.1.1 AT89C51单片机 ................................................ - 9 -

3.1.2 AT89C51的信号引脚及其功能....................... - 10 -

3.2感应系统 ...................................................................... - 12 -

3.3指示系统 ...................................................................... - 13 -

3.4液位控制系统 .............................................................. - 14 -

3.5电机与报警系统 .......................................................... - 15 -

第四章 软件设计 .................................................................... - 17 -

4.1系统软件 ...................................................................... - 17 -

4.1.1系统软件编译开发环境 ................................... - 17 -

4.1.2系统主程序流程图 ........................................... - 18 -

4.2延时子程序 .................................................................. - 18 -

4.3感应系统程序 .............................................................. - 19 -

4.4指示系统程序 .............................................................. - 19 -

4.5电机和报警系统程序 .................................................. - 20 -

第五章 系统测试 .................................................................... - 21 -

5.1仿真测试过程 .............................................................. - 21 -

5.2仿真结果 ...................................................................... - 25 - 总结 ................................... - 26 - 致谢 ................................... - 27 - 参考文献............................ - 28 - 附录1 系统仿真电路 ............................................................. - 29 - 附录2 源程序 ......................................................................... - 31 - 附录3 液位测控系统PCB图 ............................................... - 34 - 附录4 3D效果图 ................................................................... - 35 -

液位测控系统研究

电子信息工程专业学生 杨业青

指导教师 高海涛

摘要：为了有效的测量和控制水位高度，实现水位控制的智能化，本液位测控系统主要的控制模块选择的是AT89C51单片机，其主要应用的场合是工业生产、生活和污水排放控制，使得在经济发展的同时，环境也得到了极大地保护。系统设计主要是围绕硬件设计和软件设计两大部分进行，充分发挥AT89C51单片机的功能，而多数功能通过软件编程。该液位测控系统的优点有很多，比如其电路简单，该系统具有很高稳定性，同时该系统还具有成本低廉，功耗低，实用性强等优点。由于该系统采用更少的元件，微控制器I / O端口占用并不多，所以系统的扩展性很强。软件程序用C语言编写，所以该设计具有便携性并且利于设备的升级。本论文详细地介绍了整个液位测控系统的硬件设计部分、电路工作原理和系统的软件设计部分。 关键字：液位测量和控制、报警控制、单片机、传感器

Abstract：This system AT89C51 microcontroller as the core to design a simple level control system. The system is suitable container for liquid level detection by the control system, display system, alarm and electrical system components. System is simple and clear user interface capable of displaying high and low level, can be preset level reaches a predetermined level automatically shut down the motor and alarm function. System hardware and software into the guiding ideology, give full play microcontroller features, most of the functionality through software programming, simple circuit, high stability of the system, while the system also has low power consumption, low cost, and highly practicality. Because the system uses fewer components, the microcontroller is occupied by I / O port is not much, so the system has strong scalability. Software programs are written in C for portability and upgrades. The report details software design of the system hardware structure, working principle and system

Key words: level measurement, Alarm Control， MCU, sensor

第一章 绪论

1.1概述

传统的液位控制方法绝大多数都是人工控制，因此在一定程度上造成了人力资源的浪费，同时另一缺点就是这一方法和智能控制相比安全性可靠性都不高。本课题主要对液位进行检测与控制，比如对水库液位进行控制。液位控制工程针对不同的任务在不同的时间，从而完成电平控制项目和测量和控制多种水位，以实现多种水库水位消落称为水库特征水位。在规划和水库的设计中，首先要确定一个合理的存储容量和相应的水位。

目前，高性能的单片机芯片和多品种的开发，自动化控制系统的使用越来越广泛，绝大部分自动控制系统的核心设备是单片机，所以单片机在信号采集和小型自动控制系统方面已得到广泛应用，技术比较成熟，具有CMOS化，功率低，体积小，性能高等发展趋势。

传统的液位控制系统和智能控制系统相比，存在着调节精度不高、自动化程度比较低的问题，已经不符合当今高效、低耗、低劳动强度的高要求，同时传统的液位控制系统会产生大量的污染。

1.2液位控制研究现状 对液体的高度进行精确的测量和控制，在现实生活中有着举足轻重的作用，对工业生产也是至关重要，所以讲到有关水文方面的研究，很多人就会想到要做到对水位的精确测量和控制必须付出巨大的努力和汗水。因为不同地域的水文条件不同，所以工作者需要到各个地方收集不同地域的水文资料，尤其是水位，这样一来其工作量比较大。一开始，水位工作者由于缺乏先进的技术，只能通过人工的方法对水位进行测量，对于河道的水位情况工作者只能以询问当地经验丰富的居民或老船工，甚至亲自下水摸索来了解。然后，工作者对水位的测量工作就用用绳索坠物的方法，后来随着技术的发展和进步，工作者试图通过浮标对水位进行测量、现阶

段对水位进行测量的方法有电容式水位测量法、电阻应变片组成的压力传感器感应法、超声波反射法。在很多的坝区，因为水位和坝体的承受压力之间有着非常重要的关系，需要我们随时的监控水位，而且，上游的泥沙会堆积在坝底，水位是会改变的。面对以上可能遇到的各种情形，因此为了提高效率就需要一个简单且方便操作，成本低廉的水位测量方法来随时控制和测量水位值，以达到监控目的。随着社会科学技术的不断发展和进步，其对水位进行检测的方法也在不断改进，水位测量精度也有了较大的提高。目前，由于工业化生产的需求，单片机技术和传感器技术得到广泛应用，进而使水位测量和控制方法也得到了不断的改善。

为了实现液位控制的自动化需要利用液位开关，然而就液位开关而言就有很多不同的类型，比如电容式液位开关、浮球式液位开关、电极式液位开关、电子式液位开关、电容式液位开关、光控式液位开关。为了达到对水位进行自动控制的目的，在实际生活中可以根据使用的不同要求，采用PLC可编程逻辑控制器或者PAC可编程自动化控制器。国内外目前常采用PLC方式，随着社会经济的发展及公共管理科技水平的提高，今后可能会采用PAC控制方式，从而实现国民经济的快速发展，进一步使我国能够在激烈的国际市场竞争中立足，并且提高整体竞争实力。

第二章 设计方案

2.1方案举例

方案一：

液体流入容量控制方式：向容器内注入水必须通过管道，因此监控液体的管道，从而对液位高度进行控制是一种简单的设计方法。其原理是根据流入体积推算出容器内液体液位高度。

容量监控系统：当有液体流入容器时，需要时刻对容器内的液体体积或高度进行测量和监控。

管道控制系统：控制管道对液体的传输情况。

在液体向容器内部输入时，其原理是到液位达到目标水位时，对管道内的阀门进行控制，从而控制液位高度。

其控制系统框图如下图所示：

图2-1 液体流入容量控制系统结构框图

方案二：液位测控设计框图如图2-2所示

图2-2 方案二液位测控设计框图

把应变片做的压力变送器作为传感器部分，其电路如下图2-3：

图2-3 传感器电路原理图

方案三：

该系统主要分为以下几个控制模块：

感应系统：感应系统最主要的是感知液位信息，因此最重要的部分是浮球液位计传感器，浮球液位计感应到的液位高度信号后，转化为电信号传递给AT89C51单片机控制芯片；

控制指令：浮球液位计感应到水位信息后，将控制信息传递给AT89C51单片机，使液位高度到达预定位置；

显示系统：经过单片机处理和识别后，系统会根据当前的液位信息显示当前系统工作状态和情况以及控制液位位置指示灯；

电机与报警控制系统：经过传感器感应到的液位高度信息后，传感器将信息传递给单片机，单片机处理后，通过控制相应端口电平的高低决定是否启动电机和报警；

其原理框图如2-4所示：

图2-4液位控制系统结构框图

2.2 方案比较

方案一：结构比较简单，操作相对方便。但是如果按照这一方案设计，该系统的自动化程度比较低，控制响应时间慢，精度差。

方案二：整体结构比较简单，容易设计，而且成本低廉。但精度差，无法显示，造成浪费资源，自动化程度低。

方案三：结构相对比较简单，成本比较小，而且准确度高，自动化高，节省人力资源，更重要的是利用单片机进行控制后，由于其拥有多个引脚，在为添加功能时更改电路方便快捷，而且更重要的是内部程序可以进行反复输入和擦除，所以在以后更改控制方法时只要更改程序内容就可以达到相对应目的，省时省力，及其节约成本。

2.3方案确定

综合考虑和比较以上三种方案的优缺点以及题目的基本要求和液位控制要求，在本次设计中，我采用了第三种方案，即采用单片机来实现液位控制的功能为我此次液位测控设计的方案。