1、1 概述液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)， 它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領域都有廣泛的應用。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 有很多地方需要對容器內(nèi)的介質進行液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值， 如在建材行業(yè)中， 玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質量起著至關重要的作用。 液位控制一般指對某一液位進行控制調(diào)節(jié)，使其達到所要求的控制精度。液體的液位的自動控制 ,是近年來新開發(fā)的一項新技術 ,它是微型計算機軟件、硬件、自動控制等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物 ,工程作業(yè)采用的是微機控制和原有的儀表控制 ,微機控制有以下明顯優(yōu)勢 :1)直觀而集中的顯示各運行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。2)在運行中可以隨時方便的修改

2、各種各樣的運行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù) ,可以方便的改變液位的上限、下限。3) 具有水體控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)， 這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性綜合以上的種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機是在一塊芯片上集成了一片微型計算機所需的 CPU、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機自問世以來 ,性能不斷提高和完善 ,體積小、速度快、功耗低的特點使它的應用領域日益廣泛。 一般 ,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差 ,干擾強 ,利用單片機控制就能克服這些缺點 ,因此單片機在控制領

3、域得到廣泛的應用 ,使用單片機控制液體液位是很好的選擇。目前我國在單片機測控裝置研究、生產(chǎn)、應用中 ,取得了很大的成績 ,總結了很多經(jīng)驗 ,但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期 ,經(jīng)調(diào)查 ,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法 ,數(shù)年來這方面的研究的論文較多 ,著重生產(chǎn)實際的很少。在上海 ,新型的單片機測控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)基礎較雄厚 ,在生產(chǎn)過程中需要新型的測控裝置與系統(tǒng) ,因此在不斷的努力研究與開發(fā)。上海的工程技術研究人員更著重的是生產(chǎn)實際研究 ,對理論、算法和成果的論文較少 ;深圳在研制新型的.測控裝置與系統(tǒng)領域也比較有成就,盡管與其他國家比較尚有差距,但是 ,深圳的高校、研究院所的最

4、大的特點就是實際,與生產(chǎn)實際應用項目無關的問題基本不去考慮 ,主要考慮選取什么材料,測控什么物理量 ,優(yōu)點是什么 ,與機器設備的通訊接口等等。2 設計的基本任務和要求2.1 基本功能本設計是采用 AT89C51單片機為核心芯片 ,及其相關硬件來實現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng) ,在用液位傳感器測液位的同時 , CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài) ,并用 3位七段 LED 顯示示液位高度 ,檢測液位數(shù)據(jù) ,實施報警安全提示 ,當水體液位低于用戶設定的值時 ,系統(tǒng)自動打開泵上水 ,當水位到達設定值時 ,系統(tǒng)自動關閉水泵或打開排水泵。2.2 塔水位控制原理單片機水塔水位控制原理如圖 l 所示，圖中的虛線表示允許水位

5、變化的上、下限位置。在正常情況下水位應控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，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。其中，A棒在下限水位 B棒在上、下限水位之間， C棒在上限水位 ( 底端靠近水池底部不能過低，要保證有足夠大的流水量 ) 。水塔由電機帶動水泵供水。單片機控制電機轉動，隨著供水，水位不斷上升當水位上升到上限水位時，由于水的導電作用。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)，此時應停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當水位處于上、下限之間時。B棒和 A棒導通而 C棒不能與 A棒導通， b端為“ r

6、狀態(tài)。 C端為“ O”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與 A棒導通， b、c均為“ 0”狀態(tài)。此時應啟動電機轉動，帶動水泵給水塔注水。.2.3 系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用 8 個按鈕進行水位檢測， 在現(xiàn)場的 3 個不同的位置， 由下至上測量水體的液位值 ,。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉換器傳到單片機中 ,在通過 3 位七段 LED 顯示器顯示出液位的三種狀態(tài)及報警安全提示。 用 LED 顯示是因為它具有顯示清晰、 亮度高、使用電壓低、光電轉換效能高、 壽命長等特點，根據(jù)當前的液位

7、值和用戶設定的水位決定是否進行開、關水泵 ,需要是否開啟和關閉驅動閥門的電動機。3 控制系統(tǒng)方案設計3.1 系統(tǒng)硬件方案系統(tǒng)方案設計液位控制是利用把液位的狀態(tài)轉換成模擬信號 ,再通過模數(shù)轉換器 AT89C51 把輸出狀態(tài)直接接到單片機的 I/O 接口，單片機經(jīng)過運算控制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接 LED 進行顯示 ,實現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與控制；圖 2 即是液位控制系統(tǒng)：圖 2 液位控制系統(tǒng)由上圖可觀察到傳感器通過對液面進行測量， 輸出模擬信號， 再通過模數(shù)轉換器把輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號，通過AT89C51 單片機的運算控制，在.通過 LED 進行顯示 ,通過報警裝置進行報警 ,報警

8、顯示之后再通過對閥門的開啟實現(xiàn)對水體的液位進行調(diào)節(jié)控制 ,閥門的驅動設備是電動機。3.2 核心芯片 AT89C51 單片機AT89C51 是一種帶4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM Flash Programmableand Erasable Read Only Memory ）的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 CP

9、U 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3 所以。圖 3 AT89C5 引腳圖3.3 系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過 8個按鈕進行水位檢測的，當水位到檢測位置其輸出端口就向單片機輸出低電平。 由上至下的第一個位置為水位上限報警線， 即當水位高于此位置時，開水閥控制系統(tǒng)就會自動報警， 提醒工作人員注意， 加水電磁閥有可.能出故障；第二個位置是自動停止加水線，即當水位高于此位置時， 控制系統(tǒng)會自動關閉加水電磁閥， 停止加水；

10、第三個位置是自動加水線， 即當水位低于此位置時，控制系統(tǒng)會自動接通加水電磁閥，開始加水；第四個位置是水位下限報警線，即當水位低于此位置時，控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障如圖 4。圖 4 水位控制流程圖.4.Proteus 設計與仿真4.1 元器件清單7SEG-COM-CAT-GRNLED 數(shù)碼管AT89C1單片機BUTTON按鈕CAP電容CAP-ELEC陶瓷電容CRYSTAL12 兆晶振LED-RED發(fā)光二極管MOTOR-DC電機RES電阻RESPACK-8排阻4.2 基于單片機水位控制原理圖5圖 5 水位控制原理圖.4.3 基于單片機的水位控制PCB 圖 6圖

11、6 水位控制PCB 圖4.4 水位檢測的主程序本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡單，整個軟件部分較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序。#include#define uchar unsigned char#define uintunsigned intsbit MOR=P27;sbit MOT=P26;sbit LED=P20;code uchar tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void delay (uint n).while(n-);void LED_SHOW()if(P1=0xfe)P0=tab8;LED=0;MOR=0;MOT=1;if(P1=0xfd)P0=tab7;LED=0;MOR=0;MOT=1;if(P1=0xfb)P0=tab6;LED=1;MOR=1;MOT=1;if(P1=0xf7)P0=tab5;LED=1;.MOR=1;MOT=1;if(P1=0xfd)P0=tab4;LED=1;MOR=1;MOT=1;if(P1=0xef)LED=1;MOR=1;MOT=1;if(P1=0xdf)P0=tab2;LED=0;MOR=1;MOT=0;if(P1=0xbf)P0=tab1;LED=0;MOR=1;MOT=0;if(P1=0x7f).P0=t