水滿報警器.doc

水滿報警器設(shè)計與仿真一、【設(shè)計目的】 生活中很多時候，我們都需要人工控制水位，這樣不僅浪費人力，而且人工不能做到實時的監(jiān)控和精確的定位，這就需要一個測控電路去實現(xiàn)水位的監(jiān)控和報警控制。目前大多數(shù)的住宅小區(qū)都是采用人工加水的辦法，即當(dāng)水用完的時候，就人工開啟水泵進(jìn)行加水，十分不方便。以至于水用完之前不知道水已經(jīng)很少了，等到用完了才知道沒水了，如果是急需用水的情況下，那就十分麻煩，要等到加水之后才有水用；加水過程當(dāng)中，還需要人時時刻刻檢查水位情況，以防止水位超過最高的水位；以上一系列的問題，都在期待一種簡單、經(jīng)濟(jì)的高塔水位控制系統(tǒng)的誕生。二、【指標(biāo)要求】實現(xiàn)水位檢測傳感器通過控制，使水罐水位維持在正常的范圍內(nèi)。具有報警功能，當(dāng)水位超過上限或下線時，能及時報警。三、【設(shè)計的原理】 1、系統(tǒng)框圖單片機(jī)AT89C51水位檢測裝置穩(wěn)壓電路顯示電路報警電路水泵控制圖1 水滿報警器系統(tǒng)的設(shè)計框圖水滿報警系統(tǒng)(圖1)主要是由5個模塊組成。既水位檢測裝置，穩(wěn)壓電路，單片機(jī)，顯示電路、報警電路和水泵控制電路。 水位檢測傳感器：對水位情況進(jìn)行檢測； 穩(wěn)壓電路：對從水位檢測傳感器輸出的信號進(jìn)行穩(wěn)壓處理； 單片機(jī)：控制系統(tǒng)，獲取水位信息并作出相應(yīng)； 報警電路：對水位進(jìn)行顯示及對高、低水位報警； 水泵控制電路：當(dāng)水位過低時，用單片機(jī)來控制水泵的工作。檢測到的水位信息通過穩(wěn)壓電路放大后傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制顯示電路，顯示水位信息，當(dāng)水位過高或過低時報警，并且當(dāng)水位過低時控制水泵加水。2、各模塊工作原理的分析與介紹2.1、水位監(jiān)測器圖2 水位檢測電路水位檢測器如上圖2所示。A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當(dāng)它不導(dǎo)通時，表示是低水位了。C為中水位控制線，當(dāng)它導(dǎo)通時，表示水位適中。D為高水位控制線，當(dāng)它導(dǎo)通時，表示是高水位了，即水滿狀態(tài)。檢測器選用細(xì)銅絲，因為細(xì)銅絲的電阻率比較低，這樣就可以避免由于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能很好的驅(qū)動單片機(jī)工作；細(xì)銅絲的傳電性能比較好，傳電速率比較快，也可以說是靈敏性很好；還有就是細(xì)銅絲經(jīng)濟(jì)實惠，便于我們?nèi)〔摹?.2、穩(wěn)壓電路圖3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路（圖3）由兩級三極管放大電路組成。水位檢測傳感器將探測到的信號送給穩(wěn)壓電路，若是高電平，則R1,R2,Q1,Q2導(dǎo)通，將低電平送給單片機(jī)；若是低電平，則R1,R2,Q1,Q2均不導(dǎo)通，而是通過R3將高電平送給單片機(jī)。2.3顯示電路圖4 顯示電路圖4所示的顯示電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。當(dāng)水位是低水位時，從單片機(jī)的P2.1口輸出一個低電平，驅(qū)動紅色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當(dāng)水位時中等水位時，從單片機(jī)的P2.2口輸出一個低電平，驅(qū)動綠色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光；當(dāng)水位是高水位時，從單片機(jī)的P2.3口輸出一個低電平，驅(qū)動黃色的發(fā)光二極管發(fā)光，其余顏色的二極管均不發(fā)光。光報警電路時采用共陽極連接，低電平時有效。其中R4,R5,R6為上拉電阻起2.4、報警電路圖5 報警電路如圖5所示的報警電路，當(dāng)水位處于低水位時，單片機(jī)的P2.4口輸出一個高電平，從而驅(qū)動三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲，起到報警的作用。2.5、水泵自動控制圖6 水泵控制電路如圖6所示的水泵控制電路，此電路由繼電器RL1，光電耦合器MOC3021，水泵，電阻R8,R9,R10，R11，三極管Q4等組成。當(dāng)水位在低水位時，單片機(jī)的P2.0口輸出一個高電平，使光電耦合器（MOC3021）導(dǎo)通，繼而驅(qū)動Q4導(dǎo)通，這樣就使繼電器（RL1）閉合，從而讓220v的交流電接通水泵，讓水泵轉(zhuǎn)動開始加水。4、原理圖及軟件設(shè)計4.1、原理圖(本設(shè)計所有電路都是在protues 7.8上仿真的)本原理圖分為圖7和圖8兩部分，由復(fù)位電路、振蕩電路、水位的檢測電路、穩(wěn)壓電路、顯示電路、報警電路及水泵控制電路構(gòu)成。圖7 單片機(jī)與水位監(jiān)測電路，穩(wěn)壓電路相連其中穩(wěn)壓電路有3部分，圖中只作了與水位監(jiān)測器D端（高水位）相連的部分，另外2部分與該部分電路相同，分別接穩(wěn)壓電路的B、C端。圖8 單片機(jī)與顯示電路，報警電路，水泵控制電路相連注意的是圖7與圖8是通過P2.0P2.5相連的。4.2、軟件設(shè)計開始程序初始化水位過高嗎YN黃燈亮蜂鳴器響水泵停止水位過低嗎YN紅燈亮蜂鳴器響水泵工作水位中等嗎YN綠燈亮蜂鳴器停水泵工作圖9 軟件流程圖如圖9，首先初始化，當(dāng)單片機(jī)接收到來自水位檢測傳感器的一個信號，然后經(jīng)過分析，在單片機(jī)的輸出端口輸出相應(yīng)的信號，如果是低水位時，這時水泵轉(zhuǎn)動并自動開始加水，紅燈亮，黃燈和綠燈均不亮，并且蜂鳴器報警；如果是中等水位時，水泵繼續(xù)工作，這時綠燈亮，紅燈和黃燈均不亮，蜂鳴器不報警；如果是高水位時，水泵停止轉(zhuǎn)動并且停止加水，黃燈亮，紅燈和綠燈均不亮，蜂鳴器不報警。四、【仿真與仿真結(jié)果分析】部分仿真結(jié)果見圖10，全部結(jié)果見表1。圖10 水滿報警器仿真結(jié)果表1 仿真結(jié)果警報顯示水泵紅燈綠燈黃燈高水位中水位低水位注：表示工作，表示不工作五、【元器件清單】元器件清單如表2所示，包括名稱、型號、規(guī)格、數(shù)量等相關(guān)信息。表2 元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注R1RES21001R2RES22k1R3RES2100k1R4R6RES22k3R7RES210k1R8RES21k1R9RES210k1R10R11RES22k2R12RES210k1C1C2CAP12pF2C3CAP1uF1X1CRYSTAL1D1Led-red1D2Led-green1D3Led-blue1繼電器RL11光電耦合器MOC30211水泵Motor1按鍵Button1六、【總結(jié)及改進(jìn)思路】水位報警計的設(shè)計首先應(yīng)該從選用傳感器的類型入手，由于所學(xué)知識設(shè)計這個部分的不是很多，故此部分運用簡單的設(shè)計。其次在硬件設(shè)計方面也需要下大工夫，從穩(wěn)壓電路到報警電路的選型都要慎重，使其性價比達(dá)到最佳水平。最后就是軟件方面的設(shè)計，對于編程是非常復(fù)雜的，對于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法有順序結(jié)構(gòu)程序、分支結(jié)構(gòu)程序和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序等。本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，然后進(jìn)行調(diào)用子程序，使其運行方式一目了然。編程時先畫出了流程圖，使得編程事半功倍。關(guān)于改進(jìn)方面，有水位監(jiān)測器過于簡單，達(dá)不到實時監(jiān)控水箱水位的目的，只能粗略的估計出水箱的水位。雖然達(dá)到了實驗?zāi)康?，但是不能運用于高精的需求的設(shè)備，估測需要進(jìn)一步改進(jìn)。關(guān)于改進(jìn)，我們可以采用專門的水位監(jiān)測儀器，將檢測到的水位信息通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)，從而更進(jìn)一步、更精確的控制水位?！靖戒洝縊RG0000HLJMPSTARTSTART:SETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2RESTART:MOVA,P1ANLA,#00000011HCJNEA,#00H,LOOP1;低水位，紅燈亮，蜂鳴器報警，水泵抽水SETBP2.4SETBP2.3SETBP2.2SETBP2.0CLRP2.1LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP1:CJNEA,#03H,LOOP2;中水位，綠燈亮，蜂鳴器不報警，水泵繼續(xù)抽水SETBP2.1SETBP2.3SETBP2.0CLRP2.2CLR P2.4LCALLDELAYLJMPRESTARTLOOP2:CJNEA,#07H,RESTART;高水位，黃燈亮，蜂鳴器不報警，水泵停止抽水SETBP2.1SETBP2.2CLRP2.0CLRP2.3CLRP2.4LCALLDELAY