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1、2010年赣南师范学院学报.6第六期JournalofGannanNormalUniversityDec.2010基于单片机的智能水塔*水位控制系统设计袁新娣(赣南师范学院物理与电子信息学院,江西赣州341000)摘要:为了克服传统的浮子系统控制水塔水位的不足,本论文设计了一种实时无线水位智能监测系统,该系统以AT89S52单片机为核心,通过安装在水塔上的超声波传感器测量出水位后,单片机与设定的水位上下限进行比较决定是否接
2、通或断开抽水机电路,同时该单片机通过无线发射器把数据发至中控室的单片机以显示水塔水位.论文从硬件设计与软件设计两方面进行了阐述.实践表明:该系统简单可靠,实用性较强.关键词:水位;单片机;超声波传感器;无线发射器中图分类号:TP212.11文献标识码:A文章编号:1004-8332(2010)06-0052-031系统概述目前,我国处理生活或工厂供水主要采用的是水塔形式,为了防止水塔水位过高而溢水,或水过少而出现用水时的等待现象,应当控制塔内水位始终保持在一定范围.目前,控制水塔水位常用的方法是由浮子检测水位,通过浮子
3、杠杆原理接通或断开抽水机工作电路,这种系统精确度与可靠性都不高,而且很难实时查看水位高低,如果要调整控制水位的上下限也非常不方便.本论文设计了一种智能水位控制系统,首先通过传感器实时检测水塔水位,然后把水位数据传送到水塔处的单片机,单片机把数据与所设定的水位上下限作比较,如果水位低于下限,则启动抽水机抽水,保证水塔的水足够,如果水位达到了上限,则及时停止抽水,防止溢塔而浪费水,并且水位的上下限随时可以根据实际情况由拨码开关进行调整;同时该单片机控制无线发送器把水位数据发送到中央控制室的单片机处显示,实现实时监测目的.此系统可以对
4、单个水塔水位进行控制,也可以扩展到对一定距离范围内的多个水塔进行控制.2系统硬件设计2.1系统框图系统总体框图如图1所示.由图中可以看出,系统主要由水位检测及无线发送部分和水位数据无线接收两部分组成,控制的核心元件是单片机.图1中的(a)部分是安装在水塔处,(b)部分安装在中央控制室实现水位显示.其中(a)的超声波接收与超声波发送模块用于水位的测量,NRF24L01无线发送模块用于把水位数据实时发送到(b)中的NRF24L01无线接收器.数据的显示使用液晶显示器LCD1602.在实际运用图1系统总体框图中,水位检测及无线发送部
5、分可以扩展到125个,而水位数据无线接收部分只需一个,这就是多发一收,从而实现对一个区域内多个水塔的水量进行监测控制.2.2系统主要模块硬件设计2.2.1单片机控制器的介绍该系统中,单片机是控制的核心模块,分析处理传感器检测的数据,接收或发送数据等.本系统采用的单片机是Atmel公司生产的AT89S52,该单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容.AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,*收稿日期:2010-09-15修回日期:201
6、0-10-19作者简介:袁新娣(1974-),女,江西瑞金人,赣南师范学院物理与电子信息学院讲师,主要从事电子信息方面教学与研究.第6期袁新娣基于单片机的智能水塔水位控制系统设计53256字节RAM,32位I/O口线(P0,P1,P2,P3),看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一[1]个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路等,更详细的原理请参照参考文献.2.2.2超声波收发器模块的设计本系统使用超声波收发器作为测量水塔水位的传感器.该器件能测量自身到水面之间的距离,由超声波
7、[2]发送电路和超声波接收电路组成,本模块的设计主要参照了参考文献来进行的.超声波发射电路原理如图2所示,单片机的P2.4端口发出40KHZ的方波信号,然后信号分成两路送出,其中的一路经反向器74LS4069后送到超声发射管T的一个电极,另一路经两次反向后送到发射管T的另一个电极,这样做目的是为了增强超声波发射强度和提高电路驱动能力.电阻R1和R2作为上拉电阻作用有两个:第一是提高反向器输出高电平的驱动能力;第二是增加超声波发射管T的阻尼系数,缩短自由振荡的时间.超声波接收电路原理如图3所示,该部分主要由超声波接收探头R及红外检波接
8、收芯片CX20106A组成,因接收芯片CX20106A的载波频率为38KHZ,而上述超声波发射电路发出的超声波频率为40KHZ,两者较为接近,所以利用该芯片制作超声波接收电路.实验表明,无超声波信号时CX20106A输出高电平,有信号
