單片機控制的水位自動控制系統設計范文

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【內容摘要】過程控制是自動控制技術的重要應用領域。在實際生產中，液位控制的準確程度和控制效果直接影響到工廠的生產成本、經濟效益甚至設備的安全系數。在水位自動控制中，為了提高現有水位監測控制系統的可靠性和自動化程度，設計本方案。

【關鍵詞】自動控制;液位控制;實時監控

一、引言

在科技不斷發展的今天，自動控制技術日新月異，電器控制系統已跟不上時代的發展要求，而需要一種新型的可編程控制器取代。單片機微信處理器是二十世紀七十年展起來的控制設備，是微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與終端于一體的器件，是在傳統控制器的基礎上引入微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置。本文以單片機為主體構成。系統的組成部分分為硬件和軟件，其中硬件部分包括下面所說的一系列模塊，系統的軟件部分是在keil開發環境下用C語言編程實現，來完成液位控制。

二、系統方案設定

本設計為單閉環控制，利用PID算法在軟件上加以實現;水泵為12V直流電機控制，可采用PWM方式，而PWM控制信號可由單片機內部產生。

三、硬件電路設計

(一)液位控制系統的水位。系統方案設計液位控制是利用超聲波液位檢測系統檢測到的液位狀態，通過STC12C5A60S2把輸出狀態直接接到單片機的I/O接口，單片機經過運算控制、輸出數字信號、通過LED實現液位的報警和鍵盤的顯示與控制，更好地監控實時水位。通過STC12C5A60S2單片機的運算控制，再通過對閥門的開啟實現對水體液位的調節控制，閥門的驅動設備是電動機。系統設置液位上下限A、B，液位在此范圍之內變化，當液位過高可以和設定值比較進而達到降低水位的效果，反之達到升高液位的效果。其中，A在下限水位，B在上限水位。利用STC12C5A60S2單片機控制電機帶動水泵供水，隨著供水，水位會逐漸上升，當水位上升到B的時候，控制系統控制電機和水泵停止工作，不在供水;當水位處于A、B之間時，使水泵在上下限范圍之內運動，直到達到需求的高度，此刻水泵停止工作，這樣就實現了液位的一個控制效果，當水位在A的位置之下時，控制系統控制電機轉動，帶動水泵供水，但應控制在上下限范圍之內。

(二)按鍵設計。在單片機的應用與管理中有一個很重要的元件就是鍵盤，考慮到本設計在使用鍵盤時應用的按鍵不多，因此可以把獨立式的按鍵接口電路應用于此。它的原理是將每一個獨立的按鈕按照一一對應的關系接到單片機的輸入輸出接口上的，當然完成與單片機系統交互是通過程序瀏覽掃描的查詢方式。在程序掃描的方式下，通過輸入輸出端口讀取鍵盤按下與否的狀態，在按鍵被按下的時候，相應的接口就會被置“0”，而沒有被按的鍵盤被置為“1”，這樣就實現了讀取輸入輸出端口的狀態來判斷是否按下按鍵。

(三)水泵驅動單元硬件設計。LM7805在如今應用的十分廣泛，并且它是三端穩壓的集成電路設備。在各種電子產品中，三端穩壓電路的種類數不勝數，其中比較廣泛的是LM78，它是正電壓的輸出系列?？梢娙说腎C分別是輸入、輸出和接地端。為了后期的方便可以選擇三端固定集成穩壓電路，且三端固定集成穩壓電路在電子制作中也經常被采用。為了散熱更加的良好，應該在三端集成穩壓電路上面安裝一個足夠大的散熱器，安裝散熱器的好處是當穩壓管有過高的溫度時，它的穩壓性能不會下降，不會嚴重到損壞。L298N在現實應用的非常廣泛，它是一塊雙H橋電機驅動的芯片，每一個H橋都可以分別供給2安培的電流，其中功率部分供電電壓范圍很重要，它的供電的電壓范圍在2.5V至48V之間，而邏輯部分供電電壓5V即可，接收5VTTL的電平。通常，為了使芯片正常工作，功率部分的電壓必須在6V以上。

四、系統軟件設計

軟件程序的設計完全是根據硬件的設計而形成的，事實上是對系統程序控制和程序管理的設計，但是由于程序的代碼比較多，為了方便增刪改查，所以采用多個模塊組合的方式進行，即整個程序由多個小模塊組成，它們之間通過接口連接。主控程序是由判斷程序和子類調用父類的方法實現的。本次設計采用的高級編程語言是C++，用這種語言的好處是，它要比匯編語言運算簡單，當然可移植性也是非常高的，但是它沒有匯編語言效率高。在這里我們使用keil編程軟件，單片機用它進行編譯，它的優點非常明顯:一是功能比較強大，二是界面的操作也比較簡單，三是可以進行軟件的仿真。

(一)數模轉換程序部分。軟件部分可以實現的功能有很多，在這里主要有數模轉換，顯示部分與1602的通訊以及鍵盤電路對程序的控制。由于本設計使用的A/D轉換部分為8位精度，數字量為255，而設計中所使用的轉換量程為0至3000厘米，對應的輸出電壓值為1V至5V，對應的數字量范圍為256/5至256/256，因此測量值轉換關系式。

(二)按鍵程序部分。按鍵模塊的軟件程序采用的是掃描按鍵方式，它的優點是占用的輸入/輸出接口相對較少，而且靈敏又可靠，有8個鍵位，用6個I/O接口，這6個接口是采用兩行和四列的接口方式。

(三)顯示程序部分。LCD1602液晶是一種點陣型液晶模塊，這個點陣類似于矩陣，其中點陣的作用是，每個點陣都可以顯示一個字符。每位字符之間有一個點距的間隔，每個圖形都是一一對應的，當然每一行中都有間隔，也正是因為這個原因，所以才不能顯示漢文以及圖片。

五、結語

本文設計的水位測量系統性能穩定、精度高、應用范圍廣，能適應工業現場的復雜環境。超聲波液位測控系統由于應用了先進的超聲波測距和單片機控制技術，按照實驗操作流程把液位調整到需恢復液位后，觀察一分鐘看其液位是否穩定，如果穩定或者偏差很少，就驗證了本設計系統是合理的液位檢測自動控制系統，保證了超聲波液位測控系統的可靠性，也保證了實現精準自動控制的可操作性。

【參考文獻】

［1］宋寶林．基于單片機的水箱水位及溫度控制系統［J］．自動化應用，2017，2

［2］史德林．水灌溉自動控制系統應用單片機的設計研究［J］．品牌，2014，11

［3］吳再群．基于單片機的水位控制系統［J］．電子科技，2013，6

作者：林森