水塔水位控制器

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用討論課水塔水位控制器班 級(jí)：10級(jí)卓工機(jī)電成 員：葉綿庶 劉毅指導(dǎo)老師：王洪波主要內(nèi)容一、水位開(kāi)關(guān)的類(lèi)型二、設(shè)計(jì)方案三、使用操作說(shuō)明研究的背景與意義傳統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或者增壓設(shè)備，用水泵高出實(shí)際用水高度的揚(yáng)程來(lái)提升水位高度，以保證又足夠的用水量。控制精度低、能耗大單片機(jī)利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，用水位的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求成本低，安裝方便，靈敏性好?，F(xiàn)有的二級(jí)供水方式，既先用水泵從水井中抽到蓄水池中供用戶使用，要求蓄水池的水位必須保持一定的高度，還需要防止水的溢出?？墒乾F(xiàn)在市售的都是傳統(tǒng)的水位控制器，多以浮球式、觸點(diǎn)式

2、為主，可靠性不好，有著無(wú)法改進(jìn)的致命缺點(diǎn)，如：無(wú)水位顯示，無(wú)電機(jī)保護(hù)，可靠性不高，控制精度改進(jìn)度不大，壽命不長(zhǎng)相對(duì)于機(jī)械式水位控制器，電子式的水位控制器有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：添加水位顯示電路、電機(jī)保護(hù)電路、強(qiáng)制性手動(dòng)開(kāi)、關(guān)機(jī)電路可以達(dá)到水位顯示、簡(jiǎn)單的電機(jī)保護(hù)、水位自動(dòng)控制，控制精度是傳統(tǒng)機(jī)械式水位控制器的幾何倍。本控制器采用了高效率、高穩(wěn)定性、低功耗的TA89S51單片機(jī)，具有水位顯示、抽水時(shí)間顯示、并有故障檢測(cè)功能。集高效、高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、高性價(jià)比、良好的人機(jī)交流界面、操作簡(jiǎn)便、顯示直觀以及低功耗等功能于一體的智能水塔水位控制器。水塔水位控制器的類(lèi)型1、通過(guò)浮球開(kāi)關(guān)來(lái)控制水位。 基

3、本上有兩種方式：一種是浮球開(kāi)關(guān)帶著一個(gè)大的金屬球，浸在水中時(shí)浮力大，可以控制兩個(gè)水位，比如水滿了，浮球因?yàn)楦×Χ仙?，帶?dòng)球閥運(yùn)動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)閉，停止進(jìn)水，當(dāng)水少了，浮球下降，閥門(mén)打開(kāi)，又再進(jìn)水，如此循環(huán)。這種方式較多應(yīng)用在煮開(kāi)水器和衛(wèi)生間的沖水器上。 還有一種是帶干簧管的微型浮球開(kāi)關(guān)，由外面的帶有磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合，從而控制水位，多數(shù)應(yīng)用在清水的水位控制，易受污物影響，不適用在污水上。 第二種是電纜式浮球開(kāi)關(guān)，該裝置通過(guò)一彈性電線與水泵連接，可用于水塔、水池水位高低的自動(dòng)控制和缺水保護(hù)，允許接的用電器是220V,10A左右，平衡錘或彈性電線的某一固定點(diǎn)到浮筒間的電線長(zhǎng)度，決定水位的

4、高低。這種水位開(kāi)關(guān)價(jià)格便宜，對(duì)于一些要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合適用，有一定耐污能力。但存在這樣的問(wèn)題：浮球易受外界雜物影響其穩(wěn)定性，特別是纖維狀的雜物纏繞而有失誤，同一小水箱里不宜使用多個(gè)，否則會(huì)相纏繞。使用壽命相對(duì)短些，而且多數(shù)直接接220V,存在一定的安全隱患，終有一天因?yàn)殡娋€破損而漏電電人。所以電纜式浮球開(kāi)關(guān)一般有這樣的警告：電源線是本裝置的完整部分，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)電線受損，本裝置應(yīng)被替換，不準(zhǔn)對(duì)電線進(jìn)行修理。2、通過(guò)非接觸式的水位開(kāi)關(guān)來(lái)控制例：超聲波液位控制器。液位控制器的探頭產(chǎn)生高頻超聲波脈沖耦合到容器外壁。這個(gè)脈沖會(huì)在容器壁和液體中傳播，還會(huì)被容器內(nèi)表面反射回來(lái)。通過(guò)對(duì)這種反射特性的檢測(cè)和計(jì)算，

5、就可以判斷出液位是否達(dá)到了液位控制器安裝的位置。液位控制器輸出繼電器信號(hào)，來(lái)完成對(duì)液位的監(jiān)控。主要用于監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐液面，實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警或監(jiān)測(cè)管道中是否有液體存在，儲(chǔ)罐材質(zhì)可以是各類(lèi)金屬、金屬或不發(fā)泡塑料。這種方式不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性、反射系數(shù)、壓力、溫度、沉淀等因素的影響，所以適用于醫(yī)藥，石油，化工，電力，食品等行業(yè)的各類(lèi)液體液位工程控制，對(duì)于有毒的、強(qiáng)腐蝕危險(xiǎn)品液體的檢測(cè)，該產(chǎn)品更是理想的選擇，但在有泡沫的情況下也易出現(xiàn)誤動(dòng)作。3、水位繼電器。本產(chǎn)品采用集成電路，并結(jié)合高層樓宇上、下水池的水位分級(jí)提升進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有上下水池聯(lián)合控制、水池排水及缺水保護(hù)等功能，可實(shí)現(xiàn)水箱補(bǔ)水、排水，并有效

6、防止水池水位過(guò)高溢出或溢出空轉(zhuǎn)損壞。效果還可以，這種方式怕水垢，水垢厚了就就容易誤判。4、通過(guò)電子式水位開(kāi)關(guān)和搭配的水位控制器(BZ201、BZ202)來(lái)控制， 電子式水位開(kāi)關(guān)原理是通過(guò)電子探頭對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，再由水位檢測(cè)專(zhuān)用芯片對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理,當(dāng)被測(cè)液體到達(dá)動(dòng)作點(diǎn)時(shí)，芯片輸出高或低電平信號(hào)，再配合水位控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。不需浮球和干簧管,外部無(wú)機(jī)械動(dòng)作,耐污耐用,不怕漂浮物影響，任意角度安裝,該種水位控制器有較強(qiáng)的耐污能力和較強(qiáng)的防波浪功能，適宜長(zhǎng)時(shí)間浸在水中,工作電壓是直流5-24V，很安全。這種方式較實(shí)用，耐污，壽命長(zhǎng)，安全。 最大的優(yōu)點(diǎn)是:安全耐用、穩(wěn)定可靠、耐污耐水

7、垢能力強(qiáng)、接線簡(jiǎn)單、安裝非常方便?；趩纹瑱C(jī)的全自動(dòng)水塔水位控制器。該系統(tǒng)為一個(gè)液位控制系統(tǒng)。組成部分：控制部分和執(zhí)行部分組成?？刂撇糠郑?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)模塊、鍵盤(pán)模塊、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、電源模塊等。執(zhí)行部分：主要由水泵裝置組成。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集運(yùn)算，對(duì)液位參數(shù)的設(shè)置，對(duì)采集數(shù)據(jù)的顯示和水泵裝置的控制。液位控制系統(tǒng)控制部分單片機(jī)鍵盤(pán)模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器顯示模塊電源模塊執(zhí)行部分水泵水塔水位控制原理圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。正常情況下，水位控制在虛線范圍之內(nèi)。在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C。用以反映水位變化的情況。A棒在下限水位B棒在

8、上、下限水位之間，C棒在上限水位，水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水。單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著供水，水位不斷上升當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用。使B、C棒均與+5 V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5 V即為。l”狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)。B棒和A棒導(dǎo)通而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“r狀態(tài)。C端為“O”狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給水塔注水主板主板: 主要是由主要是由TA89

9、S51、24c04存儲(chǔ)芯片和一些存儲(chǔ)芯片和一些外圍電路構(gòu)成外圍電路構(gòu)成P0.0P0.7數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)P1.0P1.2按鍵控制輸入端P1.3P1.5指示燈輸出端P1.6P1.7接24C204第5、6腳P2.0P2.4數(shù)碼管位選信號(hào)輸出P2.5P2.7傳感器信號(hào)輸入P3.7接光耦第2腳第1、2、3、4、7腳接地第8腳接電源第1腳5v電源第2腳P3.7第3腳懸空第4腳三極管Q5基極第5腳12v電源第6腳懸空TA89S51各引腳功能如下：24C204各引腳功能：光耦各引腳功能主要芯片資料應(yīng)用說(shuō)明主要芯片資料應(yīng)用說(shuō)明輸入、輸出接口電路P0、P1、P2、P3口的鎖存器、驅(qū)動(dòng)器及串行口控制等組成并行/串行接口電

10、路，完成片機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)電路構(gòu)成定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口。中斷電路為5個(gè)中斷源提供中斷邏輯控制信號(hào)。AT89S51工作極限參數(shù)：引腳說(shuō)明TA89S51單片機(jī)的外形結(jié)構(gòu)為40條引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖:水位傳感器定義定義:能將被測(cè)點(diǎn)水位參量實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電量信號(hào)的儀器。概述概述:LC-SW1型水位傳感器由全密封隔離膜充油傳感器和內(nèi)置高性能微處理器構(gòu)成，可對(duì)傳感器的非線性、溫度漂移等進(jìn)行全范圍內(nèi)的數(shù)字化修正處理，并有HART通信協(xié)議輸出和模擬輸出。具有精度高、穩(wěn)定性極好的特點(diǎn).應(yīng)用應(yīng)用:廣泛用于水廠、煉油廠、化工廠、玻璃廠、污水處理廠、高樓供水系統(tǒng)、水庫(kù)、河

11、道、海洋等對(duì)供水池、配水池、水處理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對(duì)各種液體靜態(tài)、動(dòng)態(tài)液位的測(cè)量和控制。原理原理:容器內(nèi)的水位傳感器，將感受到的水位信號(hào)傳送到控制器，控制器內(nèi)的計(jì)算機(jī)將實(shí)測(cè)的水位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出開(kāi)關(guān)的指令，保證容器達(dá)到設(shè)定水位。電源部分采用了常用的三端穩(wěn)壓電路。通過(guò)變壓器將220v的市電降成12v的交流電，經(jīng)過(guò)D1D4橋堆和2200UF電容進(jìn)行整流、濾波，通過(guò)0.1uf電容濾出高次諧波，得到了波形叫平穩(wěn)的13.2v左右的直流電，通過(guò)7812后得到了非常平穩(wěn)的12v直流電；再經(jīng)過(guò)一次相同的穩(wěn)壓過(guò)程得到了紋波系數(shù)更小的5

12、v直流電。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Jun-2007Sheet of File:E:水 i最 后 的 電 源 .ddbDrawn By:Vin1GND2Vout37812+12V2200uf2200uf0.1uf0.1uf0.1uf470ufVin1GND2Vout3780510012123J2CON3D3DIODED1DIODED4DIODED2DIODED5LEDR7RES2此電路采用的是共陽(yáng)極的，所以只有當(dāng)單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平時(shí)才能推動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其中R14、R15、R16為上拉電阻起限壓控流

13、作用 D10YELLOWD9GREEDD8REDR161KR141KR151K+5VP1.4P1.3P1.2光報(bào)警顯示電路 該電路由繼電器RL1和閉合開(kāi)關(guān)、光電耦合器、水泵R7、R8、R9、R10以及D7、Q3等組成。當(dāng)水位在低水位時(shí)單片機(jī)給P1.1送一個(gè)高電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動(dòng)Q3導(dǎo)致繼電器閉合從而讓220V的交流電接通使水泵加水 U3GDOUHEJUMP RELAY-SPDT123K1CON3R91KR82KR72KR1010KD7Q3NPN+5V+5V繼電器控制水泵加水電路 電源電路雖然簡(jiǎn)單，但需要功能可靠，所用采用兩個(gè)三端集成穩(wěn)壓器7812、7805，可以方便的實(shí)現(xiàn)此功能

14、。D4D2C50.1uFC60.1uFC70.01uF123J1CON3Vin1GND2Vout3U27805Vin1GND2Vout3U17812C41000uFV1VSIND3D1GND5V12V電源電路 程序框圖及說(shuō)明程序框圖及說(shuō)明水塔水位狀態(tài)指示滿水位滿水位: :紅紅燈燈亮、無(wú)音頻信號(hào)亮、無(wú)音頻信號(hào)水位開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)水位開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 三個(gè)水位開(kāi)關(guān)由三個(gè)電子式水位開(kāi)關(guān)組成。 分別安裝在水塔的高，中，低部位。 最高是停止抽水，最低是啟動(dòng)抽水，中間是起時(shí)間報(bào)警保護(hù)水泵作用。潛水泵的選擇潛水泵的選擇 水泵為單相水泵。 潛水泵安裝在水源內(nèi)部設(shè)計(jì)按鍵部分設(shè)計(jì)按鍵部分 復(fù)位按鍵，維護(hù)按鍵，模式按鍵，功能按

15、鍵，電源開(kāi)關(guān)。 復(fù)位按鍵設(shè)計(jì)在內(nèi)部。維護(hù)按鍵，模式按鍵，功能按鍵，電源開(kāi)關(guān)按都安裝在外部。數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì) 抽水時(shí)間和次數(shù)，由一個(gè)四位數(shù)碼管顯示。報(bào)警器的設(shè)計(jì)：報(bào)警器的設(shè)計(jì)： 當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，欠壓，失壓，水源缺水以及路出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并且自動(dòng)控制電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)紅、黃、綠紅、黃、綠三燈同時(shí)亮起時(shí)顯示水位已滿，紅燈閃爍表示高水位警告顯示，紅燈亮表示高水位正常顯示，黃燈亮表示中水位顯示，綠燈亮表示低水位正常顯示，綠燈閃爍表示低水位警告，紅黃綠三燈同時(shí)閃爍表示水源缺水報(bào)警。狀態(tài)指示燈設(shè)計(jì)：紅燈閃爍紅燈閃爍高水位警告高水位警告三盞燈常亮三盞燈常亮水滿水滿紅燈常亮紅燈常亮高水位正常高水位正常黃燈常亮黃燈常亮中水位顯示中水