基于51單片機實(shí)現的液位控制器設計

1 系統設計方案比較說(shuō)明
對于液位進(jìn)行控制的方式有很多，而應用較多的主要有2種，一種是簡(jiǎn)單的機械式控制裝置控制，一種是復雜的控制器控制方式。兩種方式的實(shí)現如下：
(1)簡(jiǎn)單的機械式控制方式。其常用形式有浮標式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，成本低廉。存在問(wèn)題是精度不高，不能進(jìn)行數值顯示，另外很容易引起誤動(dòng)作，且只能單獨控制，與計算機進(jìn)行通信較難實(shí)現。
(2)復雜控制器控制方式。這種控制方式是通過(guò)安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標準工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過(guò)前置放大、多路切換、A／D變換成數字信號傳送到單片機，經(jīng)單片機運算和給定參量的比較，進(jìn)行PID運算，得出調節參量；經(jīng)由D／A變換給調壓／變頻調速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來(lái)調節電機轉速，以達到控制水箱液位的目的。
針對上述2種控制方式，以及設計需達到的性能要求，這里選擇第二種控制方式，同時(shí)考慮到成本需要把PID控制去掉。最終形成的方案是，利用單片機為控制核心，設計一個(gè)對供水箱水位進(jìn)行監控的系統。根據監控對象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測水箱的液位高度，并與開(kāi)始預設定值做比較，由單片機控制固態(tài)繼電器的開(kāi)斷進(jìn)行液位的調整，最終達到液位的預設定值。檢測值若高于上限設定值時(shí)，要求報警，斷開(kāi)繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設定值，要求報警，開(kāi)啟繼電器，控制水泵開(kāi)始上水?，F場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測量值，從而實(shí)現對水箱液位的監控。

2 工作原理
2．1 原理框圖
原理框圖如圖1所示。

2．2 工作原理
基于單片機實(shí)現的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤(pán)、數碼顯示、A／D轉換、傳感器，電源和控制部分等組成。工作過(guò)程如下：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時(shí)，引起連接在水箱(水塔)底部的軟管管內的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內的空氣氣壓信號后，即把變化量轉化成電壓信號；該信號經(jīng)過(guò)運算放大電路放大后變成幅度為0～5 V標準信號，送入A／D轉換器，A／D轉換器把模擬信號變成數字信號量，由單片機進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集，并進(jìn)行處理，根據設定要求控制輸出，同時(shí)數碼管顯示液位高度。通過(guò)鍵盤(pán)設置液位高、低和限定值以及強制報警值。該系統控制器特點(diǎn)是直觀(guān)地顯示水位高度，可任意控制水位高度。

3 硬件設計
液位控制器的硬件主要包括由單片機、傳感器(帶變送器)、鍵盤(pán)電路、數碼顯示電路、A／D轉換器和輸出控制電路等。
3．1 單片機
單片機采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片，如圖1所示。其中，P0口用于A(yíng)／D轉換和顯示；P1口連接一個(gè)3×5的鍵盤(pán)；P2口用于控制電磁閥和水泵動(dòng)作；P3口用于上、下限指示燈，報警指示燈以及用于讀寫(xiě)控制和中斷等。圖2是AT89C51芯片的引腳功能說(shuō)明。