基于傳感器與單片機(jī)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—液位控制

1 緒論
此控制系統(tǒng)中控制器將傳感器采集到的電壓信號(hào)處理以后，轉(zhuǎn)換成為液位高度，送給八段動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。控制模塊是在將得到的液位值與液位上限與液位下限比較之后，作出的相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)液位低于液位下*，控制報(bào)警的端口啟動(dòng)報(bào)警裝; 同時(shí)，控制進(jìn)水開(kāi)關(guān)的裝置動(dòng)作，打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)關(guān); 當(dāng)液位高于液位上*，停止進(jìn)水，同時(shí)，控制進(jìn)水工作指示燈的端口動(dòng)作，啟動(dòng)報(bào)警裝置。當(dāng)液位在被控范圍內(nèi)，不進(jìn)水、也不報(bào)警。
2 總體方案設(shè)計(jì)
在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要的就是傳感器的信號(hào)采集，AD 轉(zhuǎn)換，深度轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的送顯控制部分。在初的傳感器選擇時(shí)，有考慮過(guò)使用磁致伸縮法、核輻射法、光纖傳感器法和雷達(dá)法等液位測(cè)量方法，但是考慮到設(shè)計(jì)成本及其精度和實(shí)現(xiàn)的難易程度問(wèn)題，我們終選擇了這種易于實(shí)現(xiàn)但是又可以節(jié)約成本的電阻式傳感器，它得到的是一種0—5V 的電壓信號(hào)。
因此我們只需要尋找到這種電壓與液位之間的關(guān)系，那么就可以初步實(shí)現(xiàn)液位高度的獲得。首先我們要自己測(cè)得在液位一定時(shí)傳感器的電壓，描述出它的電壓與高度之間的曲線，再根據(jù)這條曲線，編寫(xiě)轉(zhuǎn)換函數(shù)，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。
再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷液位與預(yù)期的液位之間關(guān)系，確定相應(yīng)的操作，即需要不需要打開(kāi)進(jìn)出水開(kāi)關(guān)，即只需要在水位過(guò)低時(shí)加水即可，水位過(guò)高時(shí)進(jìn)行報(bào)警。經(jīng)過(guò)論證后我確定的系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 液位控制器系統(tǒng)框圖
3 硬件電路設(shè)計(jì)
3． 1 電源電路
本系統(tǒng)采用9V 轉(zhuǎn)5V 的電源電路為各模塊供電，具體電路如圖2 所示。

圖2 電源電路
3． 2 單片機(jī)小系統(tǒng)
在基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，其核心是單片機(jī)的小系統(tǒng)，而單片機(jī)又是小系統(tǒng)的核心，為了方便起見(jiàn)，采用的單片機(jī)型號(hào)是: STC89C52ＲC，內(nèi)部資源有: 8KB FLASH ，512BSＲAM，4 個(gè)8 位I /O，2 個(gè)TC，1 個(gè)UAＲT，帶ISP 和IAP 功能。
是近年來(lái)流行的低端51 單片機(jī)。時(shí)鐘電路采用12． 00MHZ 晶體，復(fù)位電路采用簡(jiǎn)單的ＲC 復(fù)位電路。
3． 3 ADC0804 簡(jiǎn)介及與單片機(jī)接口電路
ADC0804 是使用非常普遍的8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入: 數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。ADC0804與單片機(jī)接口電路，如圖3 所示。

圖3 單片機(jī)與ADC0804 接口電路
3． 4 進(jìn)水控制電路
進(jìn)水控制電路是一個(gè)弱電控制強(qiáng)電的電路，由PNP 型三極管驅(qū)動(dòng)繼電器，單片機(jī)通過(guò)給繼電器控制信號(hào)，來(lái)控制進(jìn)水裝置進(jìn)行相應(yīng)的操作。
3． 5 報(bào)警控制電路
報(bào)警電路主要是為外界發(fā)出一段報(bào)警提示，由PNP 型三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。
3． 6 液位顯示部分
需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的水位高低，從實(shí)際情況看，不是必須的。為了直觀的觀察水位的變化效果，設(shè)置兩個(gè)顯示位，用數(shù)碼管即可。P0 口接數(shù)碼管顯示水位高度的十位，P2 口接的數(shù)碼管顯示水位高度的個(gè)位，每個(gè)數(shù)碼管需要接一個(gè)大約200Ω-1000Ω 的電阻起分壓作用。
4 結(jié)論
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大控制功能和方便通信接口，該檢測(cè)控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室某實(shí)驗(yàn)水冷卻系統(tǒng)得到成功實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)、電機(jī)故障檢測(cè)、處理和報(bào)警等功能，提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)控制能力。因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測(cè)控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。