基于傳感器與單片機的綜合設(shè)計實驗—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處理以后，轉(zhuǎn)換成為液位高度，送給八段動態(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，作出的相應的動作。當液位低于液位下*，控制報警的端口啟動報警裝; 同時，控制進水開關(guān)的裝置動作，打開進水開關(guān); 當液位高于液位上*，停止進水，同時，控制進水工作指示燈的端口動作，啟動報警裝置。當液位在被控范圍內(nèi)，不進水、也不報警。
2 總體方案設(shè)計
在這個系統(tǒng)的設(shè)計中，主要的就是傳感器的信號采集，AD 轉(zhuǎn)換，深度轉(zhuǎn)換，單片機的送顯控制部分。在初的傳感器選擇時，有考慮過使用磁致伸縮法、核輻射法、光纖傳感器法和雷達法等液位測量方法，但是考慮到設(shè)計成本及其精度和實現(xiàn)的難易程度問題，我們終選擇了這種易于實現(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。
因此我們只需要尋找到這種電壓與液位之間的關(guān)系，那么就可以初步實現(xiàn)液位高度的獲得。首先我們要自己測得在液位一定時傳感器的電壓，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)判斷液位與預期的液位之間關(guān)系，確定相應的操作，即需要不需要打開進出水開關(guān)，即只需要在水位過低時加水即可，水位過高時進行報警。經(jīng)過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
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 單片機小系統(tǒng)
在基于單片機的應用系統(tǒng)中，其核心是單片機的小系統(tǒng)，而單片機又是小系統(tǒng)的核心，為了方便起見，采用的單片機型號是: STC89C52ＲC，內(nèi)部資源有: 8KB FLASH ，512BSＲAM，4 個8 位I /O，2 個TC，1 個UAＲT，帶ISP 和IAP 功能。
是近年來流行的低端51 單片機。時鐘電路采用12． 00MHZ 晶體，復位電路采用簡單的ＲC 復位電路。
3． 3 ADC0804 簡介及與單片機接口電路
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接口。ADC0804與單片機接口電路，如圖3 所示。

圖3 單片機與ADC0804 接口電路
3． 4 進水控制電路
進水控制電路是一個弱電控制強電的電路，由PNP 型三極管驅(qū)動繼電器，單片機通過給繼電器控制信號，來控制進水裝置進行相應的操作。
3． 5 報警控制電路
報警電路主要是為外界發(fā)出一段報警提示，由PNP 型三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警。
3． 6 液位顯示部分
需要實時顯示當前的水位高低，從實際情況看，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位，每個數(shù)碼管需要接一個大約200Ω-1000Ω 的電阻起分壓作用。
4 結(jié)論
該系統(tǒng)設(shè)計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗水冷卻系統(tǒng)得到成功實踐，實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測控制等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。