基于单片机的水塔水位检测控制系统仿真设计

Vol.17No.4

电子设计工程

ElectronicDesignEngineering2009年4月Apr.2009

基于单片机的水塔水位检测控制系统仿真设计

马俊,陈靖

（青海师范大学物理系,青海西宁810008）

摘要：设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能,实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用

Proteus软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。

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键

词：单片机；水位检测；控制系统；仿真

文献标识码:A

文件编号：1006-6977（2009）04-0085-02

中图分类号：TP368.1

SimulationdesignofwatertowerwaterleveldetectionsystembasedonMCU

MAJun,CHENJing

（DepartmentofPhysics,QinghaiNormalUniversity,Xi’ning810008,China）

Abstract：Awatertowerwaterleveldetectionsystemisdesignedinthispaper.Thissystemcanrealizewatersourcedetec-tion,motorfailuredetection,processingandalarming.Theindependentdetectioncircuitcanrealizethesuperelevation,thelowwarningwaterlevelcanreporttothepoliceandsuperelevationwarningwaterlevelprocess.Ontheprincipleofinterfacecircuits,softwaredesignisthecorrespondingflowchartandthecorrespondingcompilationofthemainprogram,atthesametimecarriesonthesimulationwiththeproteussoftware.Theresultindicatesthatthissystemfeaturesgoodexaminationcon-trolfunction,theprobabilityandextendibility.

Keywords：chipmicrocomputer；waterlevelexamination；controlsystem；simulation

1引言

水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范

不断上升，当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用，使

B、C棒均与+5V连通。因此b、c两端的电压都为+5V即为

“1”状态，此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限之间时，B棒和A棒导通，而C棒不能与A棒导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，

围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制[1]实现自动运行,使水塔内水位保持恒定,以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机,保证水位正常。因此，这里给出以Atmel公司的ATC51单片机[2]为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计,实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能,并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。

B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态，此时应启动电

机转动，带动水泵给水塔注水。

2水塔水位控制原理

单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中的虚线表示

图1

水塔水位控制原理图

允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位（底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量）。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，随着供水，水位收稿日期：2008-08-22

稿件编号：200808043

3电路设计

水塔水位控制系统主要由CPU（ATC51）、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡[3-4]等部分组成，如图2所示。图3为系统硬件电路。

3.1水位检测接口电路

为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模

作者简介:马俊(1973-),男,青海民和人，硕士，副教授。研究方向：自动化与智能信号处理、嵌入式系统。

A7相连,剩余的3根地址线A8~A11接P2.0~P2.2，单片机选

通引脚PSEN接存储器OE端，因只扩展一片存储器，片选端

CE接地。

4

图2水塔水位控制系统结构框图

系统软件设计

当水塔水位处于上、下限之间时，P1.0=1，P1.1=0，此时无

拟b、c端的状态（1、0），正电极接+5V电源，每个负电极分别通过4.7kΩ的电阻（R1，R2）接地。将单片机的P1.0端口接开关1，P1.1端口接开关2。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时（此时两个开关均置0），电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平（此时开关1置1，开关2置0）；当水位过高时，检测信号为高电平（此时开关

论电机是在带动水泵给水塔供水使水位不断上升，还是电机没有工作使水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位低于下限时，P1.0=0，P1.1=0，此时启动电机转动，带动水泵给水塔供水。水位检测信号与输出控制操作关系如表1所列，图4为水塔水位控制程序流程[5]。

1和2都置1），单片机检测到P1.0和P1.1为高电平后，立

即停机。

3.2报警接口电路

为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。单片机P1.7端口为启动电机命令输出端口，P1.7=0为低电平，经过非门后与电机的另一端接地导通，启动电机工作；P1.7=1为高电平，反之，电机停止工作。电机故障报警由单片机控制，电机故障报警信号由P1.0和P1.1输人，当P1.5为高电平时蜂鸣器报警。水位超过高警戒水位，单片机控制系统使电机停止转动，向水塔内供水工作也停止。

P1.0（b）

0101

表1

图4

水塔水位控制程序流程水位检测信号与输出控制操作关系

P1.1（c）0011

P1.50不变

P1.7110

输出控制操作电机转动保持原状故障报警电机停止

3.3存储器扩展接口电路

为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器，用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P0.0~P0.7通过复用方式分别接锁存器

11

1

5实验仿真结果

根据所设计系统的软件流程图，编写相应的程序在Pro-

74LS373的D0~D7和存储器2732的D0~D7端，地址锁存信

号线ALE接锁存器的OE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输，锁存器的输出端Q0~Q7与存储器地址线A0~

teus软件[6-7]环境下实际仿真，实验结果表明，该系统能成功实

现了水位检测、电机故障检测、处理和报警（下转第页）

图3系统硬件电路

冯居易基于GIS的露天矿车辆运输监控系统

责完成车辆监控及调度等功能；②信息管理中心，放置数据通讯服务器和数据库服务器，负责完成车辆数据的接收及数据存储。这两者相距10多公里，系统通过内部网络通信，监控中心的硬件结构如图2所示。

图3系统运行界面图

产要求，向各车辆发出相应的指令控制其运行，从而保证生产有序、高效的进行。可以预见，利用GIS技术对矿山企业信

图2车辆监控中心硬件结构

息资源进行规划和管理，具有广阔的发展前景。参考文献：

（2）监控中心软件结构软件的设计采用客户端/服务器

（Client/Server），即C/S结构，将一个数据库应用系统分解为前台客户端监控应用程序、后台数据库服务器和数据通信服务器3大部分。这种结构的核心是客户端应用程序仅仅发送服务请求，服务器接受请求后执行相应的操作，并将操作结果返回给客户机应用程序。

监控客户机负责运行车辆运输监控系统，将车辆的位置、运行轨迹等直观的展现在用户面前，客户端应用程序运行界面如图3所示。

[1]汪为平，蔡鸿起.我国大型露天矿运输技术现状及发展对

策[C].第3届冶金矿山采矿选矿技术进展报告会论文集.冶金部马鞍山矿山研究所，1997.

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[4]刘光.地理信息系统二次开发教程一组件篇[M]．北京：清

华大学出版社，2003.

6结语

基于GIS技术的露天矿车辆运输监控系统在某钼矿露

[5]李连营.基于MapX的GIS应用开发[M].武汉:武汉大学出

版社，2003.

天矿的应用中，运行稳定，可靠，达到预期的目的。该系统在[6]刘爽，陈鹏.基于MapX的组件式GIS开发研究[J].微计算

机信息，2007，23(34)：182-184.

GIS平台上实现对所有车辆的实时动态跟踪监测，可根据生

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第86页）等功能,具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。通过制作PCB板子，该系统已成功运用于某实验水冷却系统。

设计[J].传感器技术，2005，24（12）：61-63.

[2]王建新，杨世凤，史永江，等.系统测试中的软件抗干扰技

术[J].国外电子测量技术，2005，24（10）：18-20.

6结语

该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充分

[3]李刚民，曹巧媛.单片机原理及使用技术[M].北京：高等教

育出版社，2005.

[4]徐爱钧.8051单片机实践教程[M].北京：电子工业出版社，

2005.

[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].2版.北京：清华大

学出版社，2004.

利用单片机强大控制功能和方便通信接口，该检测控制系统在实验室某实验水冷却系统得到成功实践，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，提高了实验的自动控制能力。进一步优化系统软硬件设计，可为实时实现远端控制，因此，该系统在农村水塔，城市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。参考文献：

[6]周润景.PROTEUS入门实用教程[M].北京：机械工业出版

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