水位監(jiān)測報(bào)警

水位監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)長春大學(xué)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽電子信息工程學(xué)院參賽人員：祝小蜜蘇福龍劉曉慶指導(dǎo)老師：王憲偉水位監(jiān)測報(bào)警器【摘要】本水位監(jiān)測報(bào)警器使用5V低壓直流電源(也可以用3節(jié)5號(hào)電池代替)就可以對(duì)5?15厘米的水位進(jìn)行監(jiān)測，用LED顯示和液晶顯示屏顯示水位，并可以對(duì)不再此范圍內(nèi)的水位發(fā)出報(bào)警。主要采用8051f020芯片，再加上MSC1602A液晶顯示屏、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻這些器件組成一個(gè)簡單而靈敏的監(jiān)測報(bào)警電路，操作簡單，接通電源即可工作。因?yàn)榇蟛糠蛛娐凡捎脭?shù)字電路，所以本水位監(jiān)測報(bào)警器還具有耗能低、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵字】譯碼電路 報(bào)警電路 監(jiān)測電路【Abstract】Thewaterlevelalarmmonitoringtheuseof5Vlow-voltageDCpower(canalsousethreebatteriesreplacedonthe5th)willbeableto5to15centimetersofwaterlevelmonitoring,withLEDdisplayanddigitaldisplayofwaterlevel,andthiscannolongerWithinthescopeofawaterlevelalarm.Mainly8051f020chips,coupledwithMSC1602Aliquidcrystalpanel,buzzer,light-emittingdiode,theresistanceofthesedevicescomposedofasimpleandsensitivemonitoringalarmcircuits.Becausethemajorityofcircuitsusingdigitalcircuitry,sothewaterlevelmonitoredalarmsystemalsohaslowenergyconsumption,highaccuracyofthecharacteristics.[Keyword]Decodingcircuitalarmcircuitmonitoringcircuit，r? ■，r? ■刖言隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)以深入到了各領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活帶來了許多方便。水位的檢測也可以用自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)。大到可用于水庫、湖泊、池塘水位的檢測，小的可以用于魚缸、鍋爐水位的檢測。我們針對(duì)我們設(shè)計(jì)的水位檢測報(bào)警器的功能、原理、設(shè)計(jì)思路、調(diào)試等方面做了個(gè)系統(tǒng)的介紹。由于編者水平有限，差錯(cuò)在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。二、總體方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊等模塊構(gòu)成。其系統(tǒng)方案框圖如下圖所示：報(bào)警模塊水位信號(hào)模塊信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊編碼模塊水位信號(hào)模塊信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊編碼模塊發(fā)光管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊發(fā)光管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊我們對(duì)其中的幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)了不同的方案并進(jìn)行了比較（1）水位信號(hào)模塊的選擇方案1：采用開關(guān)的方法，在每個(gè)水位點(diǎn)放置一個(gè)光敏電阻，在水面上放置一個(gè)發(fā)光二極，當(dāng)水上升或下降到某一光敏電阻所在的位置時(shí)，此時(shí)的電路就會(huì)導(dǎo)通，從而就可得到一個(gè)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、得出的時(shí)數(shù)字信號(hào)容易處理；缺點(diǎn)：分辨率不好提高，分辨率越高觸點(diǎn)越多，越難實(shí)現(xiàn)，且不能連續(xù)采集數(shù)據(jù)。方案2:采用電容式采集電容的方法。在水的表面處放一電極板，在水位的底部放一平行電極板。若忽略邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為SA/6，式中￡為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,6為兩電極之間的距離。當(dāng)水位的上升或下降時(shí)引起 A變化，將引起電容量變化，并可用于測量。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，靈敏度高，可以連續(xù)采集；缺點(diǎn)：輸出有非線性，寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和測量精度的影響較大，以及連接電路較復(fù)雜，對(duì)電路的精確度要求高等。方案3：采用水位傳感器，由水位傳感器所傳來的電壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D采集就可顯示當(dāng)前水位，此方案的電路簡單，且精度高，但是水位傳感器比較昂貴，一個(gè)水位傳感器至少150元，所以我們放棄此方案。方案4：采用電位器采集電壓的方法。在水面上放一重物經(jīng)過滑輪再放一重物，當(dāng)水位上升或下降時(shí)帶動(dòng)滑輪，是電位器的電壓改變，從而可采集一個(gè)水位的信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換就可在MSC1602A的液晶顯示屏上顯示出當(dāng)時(shí)的水位。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，得出的水位信號(hào)容易采集，并且是連續(xù)采集的；缺點(diǎn)：由于物體之間有摩擦力，所以有一定小的誤差?？紤]到分辨率要求、信號(hào)處理的連續(xù)性及對(duì)電路的要求，排除干擾因素，我們采用方案3。（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的選擇方案1：使用CD4066雙向模擬開關(guān)，把微弱的水位信號(hào)引到CD4066的控制端，CD4066的輸入端都接電源，這樣就能把微弱的水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電位信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定，便于集成化。；缺點(diǎn)：成本高。。優(yōu)點(diǎn)：成本低；缺點(diǎn)：工作不夠穩(wěn)定，使用數(shù)量多。方案2：使用8051f020芯片，其本身就帶有A/D采集模塊，采出的靈敏度高，分辨率為0.01V，且采出的信號(hào)穩(wěn)定。優(yōu)點(diǎn)：使用方便可靠，且為集成化的電路。缺點(diǎn)：成本高。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的工作影響的各個(gè)模塊的正常工作及方便可靠性我們采用方案2。（3）編碼模塊和液晶顯示模塊的選擇方案1：使用兩個(gè)74HC573芯片鎖存器直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)：要編碼的信號(hào)不夠16個(gè)，造成浪費(fèi)。方案2：使用MSC1602A顯示屏，可以顯示水位的精確位置，直接由程序來驅(qū)動(dòng)，使用時(shí)方便。優(yōu)點(diǎn)：電路可靠，穩(wěn)定；缺點(diǎn):電路較復(fù)雜。由于在顯示方面可以精確顯示，因此我們采用了方案2.三、工作原理三、工作原理80上面是電壓的采集的原理圖，圖中AD0.0-IN接入電位器的輸出端，以獲取不同水位的信號(hào)，將信號(hào)引到新華龍芯片的AIN0.0口，在芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)水位上升或下降時(shí)帶動(dòng)電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使電位器輸出電壓改變，從而得知當(dāng)前的水位。此電路是把水位的高度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱拇笮〉脑?。隨著水位的升高，把經(jīng)過電位器出來后的電位信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示當(dāng)前水位，水上升到那，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就發(fā)光。將5厘米或15厘米水位的對(duì)位信號(hào)由8051f020的一個(gè)腳引出，使得5厘米或15厘米的水位信號(hào)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)經(jīng)過三極管放大之后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，且讓此驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)發(fā)光的功能。MSC160A2液晶顯示模塊的信號(hào)也是來自8051f020，直接由電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，分為十位、個(gè)位、小數(shù)位的顯示，其各自位的顯示由程序直接控制。電路設(shè)計(jì)（l）水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊

01534701CCAADDEDR25TMSTCKTDITDORSTCP1-CP1+CP0-CP0+AGNDAV+VREFAGNDAV+VREFDVREF0VREF1AIN0.0AIN0.1AIN0.2AIN0.3AIN0.4AIN0.5AIN0.6AIN0.75432PPPP32/01111AAAA4位2NNiAiN10PP98AA/011NN826722J?1＜呼234501234NPPPPPFppG0/230E34D1111AAAAAAAAmiUm89)12AA11AAAC8051F020/2PPPPPP223333III///pppppp"kk'，5flrrrrrr765432////./,/AAAAAA/()7654////Q/AADDDDmmmmmmmm7654?：7-?：its￥ nnnnA13m/A5/PA14m/A6/PA15m/A7/PAD0/D0/PAD1/D1/PAD2/D2/P01534701CCAADDEDR25TMSTCKTDITDORSTCP1-CP1+CP0-CP0+AGNDAV+VREFAGNDAV+VREFDVREF0VREF1AIN0.0AIN0.1AIN0.2AIN0.3AIN0.4AIN0.5AIN0.6AIN0.75432PPPP32/01111AAAA4位2NNiAiN10PP98AA/011NN826722J?1＜呼234501234NPPPPPFppG0/230E34D1111AAAAAAAAmiUm89)12AA11AAAC8051F020/2PPPPPP223333III///pppppp"kk'，5flrrrrrr765432////./,/AAAAAA/()7654////Q/AADDDDmmmmmmmm7654?：7-?：its￥ nnnnA13m/A5/PA14m/A6/PA15m/A7/PAD0/D0/PAD1/D1/PAD2/D2/PAD3/D3/PAD4/D4/PAD5/D5/PAD6/D6/P75_74情，至,唔＞，6j￡L._h_AD7/D7/PVDD64DG1P0.0P0.1P0.2P0.3U0.4ALE/P0RD/P0.WR/P0.AD0/D0/PAD1/D1/P：AD2/D2/P：AD3/D3/P：iNir-636261受58IVDDC6104P4.03—1阿IP4.1LEDD3P4.2K?如?P4.3n'厘?P4.4T1LEDD6P4.5N13:LEDD7 .P4.6R1LEDD8200,fes—200■R3=H200■R4——200^5=H200200■R7——200P4.7■R8=HvCcAAAWAC8051F020/2LED200左下角的模塊是水位采集的電壓部分，由一個(gè)放大器和電阻組成，用來放大電位器所采集過來的電壓，由AIN0.0口引入8051f020的A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換；R1?R11是上拉電阻，是發(fā)光二極管的限流電阻；當(dāng)水位上升到一定位置是，其相應(yīng)發(fā)光二極管的輸入口給一個(gè)低電平，則此發(fā)光二極管發(fā)光，顯示當(dāng)前的水位，而其他的二極管不發(fā)光。（2）液晶顯示模塊、報(bào)警模塊

VCCLEDAD5/D5/P3.5VCCLEDAD5/D5/P3.5此圖是發(fā)光報(bào)警模塊，由發(fā)光二極管，三極管及蜂鳴器組成，用來發(fā)光報(bào)警。當(dāng)水位低于5厘米或高于15厘米時(shí)，AD4/D4/P3.4引腳給低電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，AD5/D5/3.5引腳給高電平，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。LCD1602CON16/nmm345，i|[~^~~paF~U10K 430DL1/nmm345，i|[~^~~paF~U10K 430DL17tpcL

SP€L+5此圖是MSC1602A液晶顯示部分，顯示屏直接插入底座就可顯示水位，此顯示也是由程序來驅(qū)動(dòng)，它可精確顯示當(dāng)前的水位，含十位、個(gè)位、小數(shù)位。四、系統(tǒng)調(diào)試1、調(diào)試工具：（1）萬用表（2）5V直流電源(3)水槽2、調(diào)試環(huán)境：(1)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室(2)室溫：28℃3、測試過程：我們首先將水位調(diào)在5cm一下，讓可以浮動(dòng)的重物放在水槽中，再使用5V和12V電源接通電路，此時(shí)我們聽到“嘀”的報(bào)警聲，紅色報(bào)警燈亮，1?11個(gè)水位顯示燈不亮，顯示屏顯示4.52cm，符合預(yù)計(jì)的要求。接著我們往水槽里加水，結(jié)果到顯示屏顯示隨水位的增加而增加，水位顯示到5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15時(shí)，相應(yīng)的燈亮，并且只有一個(gè)燈亮，并且到15cm及大于15cm時(shí)，蜂鳴器報(bào)警并發(fā)光，這些都符合我們的預(yù)計(jì)要求。我們又用測量尺測量一下實(shí)際水位，這是我們看到顯示的水位和實(shí)際的水位不一致。8cm一下的實(shí)際水位比顯示的水位高，8cm以上的實(shí)際水位比現(xiàn)實(shí)水位低，于是我們所有的測試數(shù)據(jù)都要重新測。于是我們分析了原因：一是由于水位低時(shí)的浮力小，所以重物上升的高度就小，則帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)的距離就小，水位逐漸升高時(shí)，浮力就越大，相應(yīng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)的距離就越大，所以電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)不是按一定得轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此會(huì)出現(xiàn)此問題。二是由于下拉的重物與容器有一定的摩擦力，其摩擦力不同，在8cm一下，下拉重物與容器沒接觸，所以沒有摩擦力，在8cm以上，下拉重物與容器接觸了，有一定得摩擦力。找出這些原因后我們又開始重新測數(shù)據(jù)，每隔1cm距離我們做一次測量，給顯示值不同的參數(shù)來減小誤差，最終我們把誤差減小到了0.07cm左右，是符合我們要求的范圍的。關(guān)于摩擦力，我們讓下拉重物在測量的全過程中和容器一直不接觸，所以在測量