单片机课程设计 水位控制系统.pdf

单片机原理及系统课程设计

评语：

考勤10分守纪10分过程30分设计报告30分答辩20分总成绩（100）分

专业：电气工程及其自动化

班级：电气

姓名：xxx

学号：

指导教师：xxx

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014年1月13日

单片机原理及系统设计课程设计报告

基于单片机的水位控制系统设计

1设计目的

水位控制系统是以水位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都

有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行水位控

制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉水位的稳定对

窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。水位控制一般指对某一水位

进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的水位的自动控制,是近年来新

开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的

产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:

(1)直观而集中的显示各运行参数,能显示水位状态。

(2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统

的控制参数,可以方便的改变水位的上限、下限。

(3)具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员

在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳

和失误，提高生产过程的实时性、安全性。

综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片

机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部

件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使

它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控

制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液

体水位是很好的选择。

2设计任务和基本要求

设计一种基于单片机水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障

检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介

绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿

真。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。

本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，

检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，

应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、存储器（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（附控制电路原理图）。

（2）完成控制软件的设计（附控制软件清单）。

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3水位控制原理

以水塔水位控制为例。

单片机水塔水位控制原理图1所示，图中的A、B表示允许水位变化的上、下限

位置。由于题目中所要求的金属导体在长时间置于水和空气中会被氧化，因此导

电性会下降，这样会影响系统的正常工作，所以本设计需要改动部分控制硬件，

上部两个导体分别用浮子开关代替，第三个不需要置于水中，而将它直接接地然

后串入电阻接入电路中。在正常情况下，水位应控制在上下限的范围之内。为此，

在水塔内的不同高度处，安装固定不变的两个浮子开关A、B，利用杠杆原理，A

浮子控制开关A，B浮子控制开关B，受到浮力时开关打开，A靠近水塔上部，B靠

近水池底部，A、B之间足够距离，要保证有足够大的流水量。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，由于水的浮力作用，使浮