题目：水塔水位自动控制设计。
班级： 电气工程及其自动化081班
姓名： 王建强
学号： 200809043
指导教师： 高锋阳
设计时间： 2010年1月14 日
水塔水位自动控制设计。
1.引言。日常生活中我们常见到的水位控制是传统的液位监控装置，它是一种简单的浮球加限位开关作液位的监控装置，所以很不安全可靠，经常由于机械故障造成水位失控，行程开关频繁动作，导致机械疲劳引起控制回路短路等电气故障。
此外，浮球更换也是一件费力的工作。所以本文设计了一种水箱水位自动控制系统，用三支电极棒取代传统的机械浮球，用intel公司mcs-51系列的单片机8031芯片控制水池水位和给水泵与抽水泵的运行状态，即在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。
该控制系统运行安全稳定，且易于维护，可以广泛推广应用于工业和实际生活中。
水塔是供水系统中常用的设备，基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位保持在一定的位置，以满足用水的需要。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，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803l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统**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。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。
本设计的目的是用单片机设计一个控制系统，用来对水塔水位进行控制。水塔水位控制系统的研究对于提高供水系统的自动化水平、提高生产效率具有重要的意义。本设计主要研究对系统硬件的各个部分进行选型，研究芯片之间的连接方法，以系统对水塔水位的控制思想，用汇编语言对控制程序进行设计。
2.设计方案及原理。
2.1单片机水位控制设计方案。
水塔水位控制设计。在水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的三个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应该保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。
1)完成单片机硬件的设计，包括：cpu、存贮器(外扩rom、ram) 、输入/输出接口(外扩并行i/o口)以及总线连接部分(附控制电路图)；
2)完成控制软件的设计(附控制软件清单)。
单片机水位控制原理如图1所示。图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。
为此，在不同高度处安装固定不变的三根金属棒a, b, c，用以感知水位的变化情况。
图1 单片机水位控制原理图。
其中a棒处于下限水位处，c棒处于上限水位处，而b棒在上、下限水位之间。a棒接+5v电源，b, c棒均通过一个电阻与地相连。
其控制原理：水池由1号电机带动水泵供水，而单片机则用来控制1号、2号电机的转动，以达到控制水位的目的。供水时，单片机控制1号电机转动，水位不断上升，当水位达到上限时，由于水的导电作用，使b棒、c棒都与+5v连通，因此b、c两端的电压均为+5v即为“1”状态，此时应停止1号电机水泵工作，不再供水。
当水位处于上、下限之间时，b棒和a棒导通，b端为“1”状态，。端为“0”状态。此时，无论电机是在带动水泵供水令水位不断上升；或是电机没有工作，使水位不断下降，都应继续维持原有的工作状态。
当水位处于下限位置时，b、c棒均不能与a导通，b、c均为“0”状态，此时，应启动1号电机运转，带动水泵供水。由于水池水位已经低报，所以2号电机应停止抽水。
2号电动机为抽水使用设备，主要由人工控制，当水塔出现故障时，单片机的水位控制系统会自动将其关闭，不能正常使用。
2.2水位控制的接口电路及原理。
单片机水位控制的接口电路如图2所示（硬件设计中的电路图）。由图可知接口电路由8031单片机、74ls373, eprom 2732、水位检测电路、电机驱动电路及光报警电路等组成。其中74ls373作p0的地址锁存器，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**。
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74ls373的do～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～a7相连，剩余的3根地址线a8～a11接p2．0～p2．2．单片机选通引脚丽接存储器oe端，因只扩展一片存储器，片选端ce接地。
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p1．2端口为启动电机命令输出端口，p1．2=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；p1．2=l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p1．3为低电平时蜂鸣器报警。
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。
表1 水位传感信号与输出控制操作的关系。
eprom 2732作为片外扩展的程序存储器，用于存储控制程序，水位的传感检测信号由 p1.0引人，而p1.2用于输出控制信号控制电机转动和停止。
为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合器。p1.3外接一只发光二极管作为光报警器。
当水塔水位处于上、下限之间时，p1．0=l，p1．1=0，此时无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。水位传感信号与输出控制操作的关系见表1。
图2 单片机水位控制接口电路图。
表1中的第三种状态即b=0, c= 1情况，在正常情况下是不可能发生的，但在设计时应考虑到，故将其作为一种故障状态。此状态下将p1.3=0发报警信号。
当 p1.0均为0时，将p1.2=0启动电机运转；当p1.
1=0, p1.0=1时，p1.2保持原状态不变； 当p1.
1, p1.0均为1时，将p1.2=0停止电机运转。
3.程序流程图及电路具体工作情况。
图3 水位控制程序流程图。
电路具体工作情况如下：
1） 当水位低于b时，由于极棒a和c、a和b之间被空气绝缘，p1.0和p1.1得到低电平，全置0，单片机控制电路使p1.2置零，继电器吸合，启动水泵向水塔灌水；
2) 当水位高于b低于c时，p1.0置1，p1.1置0，继电器常开触电自保，因此升到b以上时，继电器并不立即释放，电极仍然供水；
3)当水位达到c时，p1.0 、p1.1均置1，单片机控制电路使p1.2置1，继电器释放，水泵停止工作；
4) 用水过程中，水位降到c以下，p1.1置0，p1.0置1，维持原状，电机不工作，直到降到b以下，如此循环往复。 系统出现故障时，由p1.3置零，输出报警信号。
4.硬件设计
电路设计：水塔水位控制系统主要由cpu(8031)、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、时钟振荡等部分组成，如图2所示为系统硬件电路。
电动机的工作或不工作（即停转）的控制方法：电动机的工作和停转是通过光电耦合器来控制的。当p1.
2或p1.4为高电平，即p1.2=1或p1.
4=1时，光电耦合器的led灯不发光，通过光电耦合器控制电动机不工作（即停转）；当p1.2或p1.4为低电平，即p1.
2=0或p1.4=0时，光电耦合器的led灯发光，通过光电耦合器控制电动机工作。
完成单片机硬件的设计，包括：cpu、存贮器(外扩rom、ram) 、输入/输出接口(外扩并行i/o口)以及总线连接部分。接口电路由8031单片机、74ls373, eprom 2732、水位检测电路、电机驱动电路及光报警电路等组成。
5.软件设计。
5.1 分析论证。
一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。
因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用mcs—51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。这个系统程序由主控程序、延时子程序组成，其中主控程序是核心，由它控制着整个系统程序的运行和跳转，流程图如图3所示，包括系统初始化，数据处理，故障报警等。
5.2程序设计。
loop: orl p1,#03h为检查水位状态做准备
mov a,p1
jnb acc.0,onep1.0=0则转移
jb acc.1,two延时。
back: acall delay
ajmp loop
one: jnb acc.1,threep1.0=0则转移
clr 93hp1.3=0,启动报警装置。
setb 92hp1.2=1,停止电机工作
four: sjmp four
three: clr 92h启动电机。
ajmp back
two: setb 92h停止电机工作。
ajmp back
delay延时程序。
org 8030h
mov r3,#19h
loop3: mov r1,#85h
loop1: mov r2,#0fah
loop2: djnz r2,loop2
djnz r1,loop1
djnz r3,loop3
retend
6.总结。6.1技术总结。
这次课程设计让我学会了很多单片机的应用：
首先，我们运用到了以前所学的各门课的知识，如：制图方法、汇编语言、模拟和数字电路知识，尤其是8031单片机的接口与应用。这些课程以前老师都有讲过，当时还不明白会在**用到，直到做了这次课程设计，我才真正理解了。
其次，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。
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