单片机控制的水位自动控制系统设计范文

【内容摘要】过程控制是自动控制技术的重要应用领域。在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。在水位自动控制中，为了提高现有水位监测控制系统的可靠性和自动化程度，设计本方案。

【关键词】自动控制;液位控制;实时监控

一、引言

在科技不断发展的今天，自动控制技术日新月异，电器控制系统已跟不上时代的发展要求，而需要一种新型的可编程控制器取代。单片机微信处理器是二十世纪七十年展起来的控制设备，是微处理器、储存器、输入/输出接口与终端于一体的器件，是在传统控制器的基础上引入微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置。本文以单片机为主体构成。系统的组成部分分为硬件和软件，其中硬件部分包括下面所说的一系列模块，系统的软件部分是在keil开发环境下用C语言编程实现，来完成液位控制。

二、系统方案设定

本设计为单闭环控制，利用PID算法在软件上加以实现;水泵为12V直流电机控制，可采用PWM方式，而PWM控制信号可由单片机内部产生。

三、硬件电路设计

(一)液位控制系统的水位。系统方案设计液位控制是利用超声波液位检测系统检测到的液位状态，通过STC12C5A60S2把输出状态直接接到单片机的I/O接口，单片机经过运算控制、输出数字信号、通过LED实现液位的报警和键盘的显示与控制，更好地监控实时水位。通过STC12C5A60S2单片机的运算控制，再通过对阀门的开启实现对水体液位的调节控制，阀门的驱动设备是电动机。系统设置液位上下限A、B，液位在此范围之内变化，当液位过高可以和设定值比较进而达到降低水位的效果，反之达到升高液位的效果。其中，A在下限水位，B在上限水位。利用STC12C5A60S2单片机控制电机带动水泵供水，随着供水，水位会逐渐上升，当水位上升到B的时候，控制系统控制电机和水泵停止工作，不在供水;当水位处于A、B之间时，使水泵在上下限范围之内运动，直到达到需求的高度，此刻水泵停止工作，这样就实现了液位的一个控制效果，当水位在A的位置之下时，控制系统控制电机转动，带动水泵供水，但应控制在上下限范围之内。

(二)按键设计。在单片机的应用与管理中有一个很重要的元件就是键盘，考虑到本设计在使用键盘时应用的按键不多，因此可以把独立式的按键接口电路应用于此。它的原理是将每一个独立的按钮按照一一对应的关系接到单片机的输入输出接口上的，当然完成与单片机系统交互是通过程序浏览扫描的查询方式。在程序扫描的方式下，通过输入输出端口读取键盘按下与否的状态，在按键被按下的时候，相应的接口就会被置“0”，而没有被按的键盘被置为“1”，这样就实现了读取输入输出端口的状态来判断是否按下按键。

(三)水泵驱动单元硬件设计。LM7805在如今应用的十分广泛，并且它是三端稳压的集成电路设备。在各种电子产品中，三端稳压电路的种类数不胜数，其中比较广泛的是LM78，它是正电压的输出系列。可见三端的IC分别是输入、输出和接地端。为了后期的方便可以选择三端固定集成稳压电路，且三端固定集成稳压电路在电子制作中也经常被采用。为了散热更加的良好，应该在三端集成稳压电路上面安装一个足够大的散热器，安装散热器的好处是当稳压管有过高的温度时，它的稳压性能不会下降，不会严重到损坏。L298N在现实应用的非常广泛，它是一块双H桥电机驱动的芯片，每一个H桥都可以分别供给2安培的电流，其中功率部分供电电压范围很重要，它的供电的电压范围在2.5V至48V之间，而逻辑部分供电电压5V即可，接收5VTTL的电平。通常，为了使芯片正常工作，功率部分的电压必须在6V以上。

四、系统软件设计

软件程序的设计完全是根据硬件的设计而形成的，事实上是对系统程序控制和程序管理的设计，但是由于程序的代码比较多，为了方便增删改查，所以采用多个模块组合的方式进行，即整个程序由多个小模块组成，它们之间通过接口连接。主控程序是由判断程序和子类调用父类的方法实现的。本次设计采用的高级编程语言是C++，用这种语言的好处是，它要比汇编语言运算简单，当然可移植性也是非常高的，但是它没有汇编语言效率高。在这里我们使用keil编程软件，单片机用它进行编译，它的优点非常明显:一是功能比较强大，二是界面的操作也比较简单，三是可以进行软件的仿真。

(一)数模转换程序部分。软件部分可以实现的功能有很多，在这里主要有数模转换，显示部分与1602的通讯以及键盘电路对程序的控制。由于本设计使用的A/D转换部分为8位精度，数字量为255，而设计中所使用的转换量程为0至3000厘米，对应的输出电压值为1V至5V，对应的数字量范围为256/5至256/256，因此测量值转换关系式。

(二)按键程序部分。按键模块的软件程序采用的是扫描按键方式，它的优点是占用的输入/输出接口相对较少，而且灵敏又可靠，有8个键位，用6个I/O接口，这6个接口是采用两行和四列的接口方式。

(三)显示程序部分。LCD1602液晶是一种点阵型液晶模块，这个点阵类似于矩阵，其中点阵的作用是，每个点阵都可以显示一个字符。每位字符之间有一个点距的间隔，每个图形都是一一对应的，当然每一行中都有间隔，也正是因为这个原因，所以才不能显示汉文以及图片。

五、结语

本文设计的水位测量系统性能稳定、精度高、应用范围广，能适应工业现场的复杂环境。超声波液位测控系统由于应用了先进的超声波测距和单片机控制技术，按照实验操作流程把液位调整到需恢复液位后，观察一分钟看其液位是否稳定，如果稳定或者偏差很少，就验证了本设计系统是合理的液位检测自动控制系统，保证了超声波液位测控系统的可靠性，也保证了实现精准自动控制的可操作性。

【参考文献】

［1］宋宝林．基于单片机的水箱水位及温度控制系统［J］．自动化应用，2017，2

［2］史德林．水灌溉自动控制系统应用单片机的设计研究［J］．品牌，2014，11

［3］吴再群．基于单片机的水位控制系统［J］．电子科技，2013，6

作者：林森