水塔水位控制器

1、单片机原理与应用讨论课水塔水位控制器班 级：10级卓工机电成 员：叶绵庶 刘毅指导老师：王洪波主要内容一、水位开关的类型二、设计方案三、使用操作说明研究的背景与意义传统大多采用水塔、高位水箱或者增压设备，用水泵高出实际用水高度的扬程来提升水位高度，以保证又足够的用水量。控制精度低、能耗大单片机利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，用水位的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定以满足用水要求成本低，安装方便，灵敏性好。现有的二级供水方式，既先用水泵从水井中抽到蓄水池中供用户使用，要求蓄水池的水位必须保持一定的高度，还需要防止水的溢出。可是现在市售的都是传统的水位控制器，多以浮球式、触点式

2、为主，可靠性不好，有着无法改进的致命缺点，如：无水位显示，无电机保护，可靠性不高，控制精度改进度不大，寿命不长相对于机械式水位控制器，电子式的水位控制器有着无可比拟的优点：添加水位显示电路、电机保护电路、强制性手动开、关机电路可以达到水位显示、简单的电机保护、水位自动控制，控制精度是传统机械式水位控制器的几何倍。本控制器采用了高效率、高稳定性、低功耗的TA89S51单片机，具有水位显示、抽水时间显示、并有故障检测功能。集高效、高精度、高稳定性、低功耗、高性价比、良好的人机交流界面、操作简便、显示直观以及低功耗等功能于一体的智能水塔水位控制器。水塔水位控制器的类型1、通过浮球开关来控制水位。 基

3、本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球，浸在水中时浮力大，可以控制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上升，带动球阀运动，使阀门关闭，停止进水，当水少了，浮球下降，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器和卫生间的冲水器上。 还有一种是带干簧管的微型浮球开关，由外面的带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合，从而控制水位，多数应用在清水的水位控制，易受污物影响，不适用在污水上。 第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一弹性电线与水泵连接，可用于水塔、水池水位高低的自动控制和缺水保护，允许接的用电器是220V,10A左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，决定水位的

4、高低。这种水位开关价格便宜，对于一些要求不太严格的场合适用，有一定耐污能力。但存在这样的问题：浮球易受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同一小水箱里不宜使用多个，否则会相缠绕。使用寿命相对短些，而且多数直接接220V,存在一定的安全隐患，终有一天因为电线破损而漏电电人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线进行修理。2、通过非接触式的水位开关来控制例：超声波液位控制器。液位控制器的探头产生高频超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉冲会在容器壁和液体中传播，还会被容器内表面反射回来。通过对这种反射特性的检测和计算，

5、就可以判断出液位是否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器输出继电器信号，来完成对液位的监控。主要用于监测储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是否有液体存在，储罐材质可以是各类金属、金属或不发泡塑料。这种方式不受介质密度、介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、沉淀等因素的影响，所以适用于医药，石油，化工，电力，食品等行业的各类液体液位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的检测，该产品更是理想的选择，但在有泡沫的情况下也易出现误动作。3、水位继电器。本产品采用集成电路，并结合高层楼宇上、下水池的水位分级提升进行设计，具有上下水池联合控制、水池排水及缺水保护等功能，可实现水箱补水、排水，并有效

6、防止水池水位过高溢出或溢出空转损坏。效果还可以，这种方式怕水垢，水垢厚了就就容易误判。4、通过电子式水位开关和搭配的水位控制器(BZ201、BZ202)来控制， 电子式水位开关原理是通过电子探头对水位进行检测，再由水位检测专用芯片对检测到的信号进行处理,当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器，从而实现对液位的控制。不需浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装,该种水位控制器有较强的耐污能力和较强的防波浪功能，适宜长时间浸在水中,工作电压是直流5-24V，很安全。这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。 最大的优点是:安全耐用、稳定可靠、耐污耐水

7、垢能力强、接线简单、安装非常方便。基于单片机的全自动水塔水位控制器。该系统为一个液位控制系统。组成部分：控制部分和执行部分组成。控制部分：单片机最小系统模块、键盘模块、传感器、A/D转换器、显示模块、电源模块等。执行部分：主要由水泵装置组成。整个系统实现对数据的采集运算，对液位参数的设置，对采集数据的显示和水泵装置的控制。液位控制系统控制部分单片机键盘模块传感器A/D转换器显示模块电源模块执行部分水泵水塔水位控制原理图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。正常情况下，水位控制在虚线范围之内。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。A棒在下限水位B棒在

8、上、下限水位之间，C棒在上限水位，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+5 V连通。因此b、C两端的电压都为+5 V即为。l”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“r状态。C端为“O”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，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主板主板: 主要是由主要是由TA89

9、S51、24c04存储芯片和一些存储芯片和一些外围电路构成外围电路构成P0.0P0.7数码管驱动P1.0P1.2按键控制输入端P1.3P1.5指示灯输出端P1.6P1.7接24C204第5、6脚P2.0P2.4数码管位选信号输出P2.5P2.7传感器信号输入P3.7接光耦第2脚第1、2、3、4、7脚接地第8脚接电源第1脚5v电源第2脚P3.7第3脚悬空第4脚三极管Q5基极第5脚12v电源第6脚悬空TA89S51各引脚功能如下：24C204各引脚功能：光耦各引脚功能主要芯片资料应用说明主要芯片资料应用说明输入、输出接口电路P0、P1、P2、P3口的锁存器、驱动器及串行口控制等组成并行/串行接口电

10、路，完成片机与外部设备之间的数据交换。两个16位定时/计数电路构成定时器/计数器接口。中断电路为5个中断源提供中断逻辑控制信号。AT89S51工作极限参数：引脚说明TA89S51单片机的外形结构为40条引脚双列直插式封装，其引脚排列如图:水位传感器定义定义:能将被测点水位参量实时地转变为相应电量信号的仪器。概述概述:LC-SW1型水位传感器由全密封隔离膜充油传感器和内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性极好的特点.应用应用:广泛用于水厂、炼油厂、化工厂、玻璃厂、污水处理厂、高楼供水系统、水库、河

11、道、海洋等对供水池、配水池、水处理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及对各种液体静态、动态液位的测量和控制。原理原理:容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出开关的指令，保证容器达到设定水位。电源部分采用了常用的三端稳压电路。通过变压器将220v的市电降成12v的交流电，经过D1D4桥堆和2200UF电容进行整流、滤波，通过0.1uf电容滤出高次谐波，得到了波形叫平稳的13.2v左右的直流电，通过7812后得到了非常平稳的12v直流电；再经过一次相同的稳压过程得到了纹波系数更小的5

12、v直流电。稳压电路的设计 1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Jun-2007Sheet of File:E:水 i最 后 的 电 源 .ddbDrawn By:Vin1GND2Vout37812+12V2200uf2200uf0.1uf0.1uf0.1uf470ufVin1GND2Vout3780510012123J2CON3D3DIODED1DIODED4DIODED2DIODED5LEDR7RES2此电路采用的是共阳极的，所以只有当单片机给发光二极管为低电平时才能推动发光二极管点亮。其中R14、R15、R16为上拉电阻起限压控流

13、作用 D10YELLOWD9GREEDD8REDR161KR141KR151K+5VP1.4P1.3P1.2光报警显示电路 该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵R7、R8、R9、R10以及D7、Q3等组成。当水位在低水位时单片机给P1.1送一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q3导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水 U3GDOUHEJUMP RELAY-SPDT123K1CON3R91KR82KR72KR1010KD7Q3NPN+5V+5V继电器控制水泵加水电路 电源电路虽然简单，但需要功能可靠，所用采用两个三端集成稳压器7812、7805，可以方便的实现此功能

14、。D4D2C50.1uFC60.1uFC70.01uF123J1CON3Vin1GND2Vout3U27805Vin1GND2Vout3U17812C41000uFV1VSIND3D1GND5V12V电源电路 程序框图及说明程序框图及说明水塔水位状态指示满水位满水位: :红红灯灯亮、无音频信号亮、无音频信号水位开关的设计水位开关的设计 三个水位开关由三个电子式水位开关组成。 分别安装在水塔的高，中，低部位。 最高是停止抽水，最低是启动抽水，中间是起时间报警保护水泵作用。潜水泵的选择潜水泵的选择 水泵为单相水泵。 潜水泵安装在水源内部设计按键部分设计按键部分 复位按键，维护按键，模式按键，功能按

15、键，电源开关。 复位按键设计在内部。维护按键，模式按键，功能按键，电源开关按都安装在外部。数码管显示设计数码管显示设计 抽水时间和次数，由一个四位数码管显示。报警器的设计：报警器的设计： 当电机出现空转，欠压，失压，水源缺水以及路出现故障时，进行自动报警并且自动控制电机停止运转。 当红、黄、绿红、黄、绿三灯同时亮起时显示水位已满，红灯闪烁表示高水位警告显示，红灯亮表示高水位正常显示，黄灯亮表示中水位显示，绿灯亮表示低水位正常显示，绿灯闪烁表示低水位警告，红黄绿三灯同时闪烁表示水源缺水报警。状态指示灯设计：红灯闪烁红灯闪烁高水位警告高水位警告三盏灯常亮三盏灯常亮水满水满红灯常亮红灯常亮高水位正常高水位正常黄灯常亮黄灯常亮中水位显示中水