基于51单片机的液位自动控制系统设计_开题报告

（一）国内研究现状

目前我国在液位控制系统方面的应用十分广泛，在一定程度上也取得了很大的成绩，总结了很多的宝贵经验。但是各行各业有很多仍处于发展期，对单片机控制液位发展水平仍然不高，同先进国家的技术及研究差距仍然很大。特别是在智能化、自适应控制系统等相关领域，技术不是很成熟，很多都是依靠国外成熟的技术，这些都是液位控制系统领域研究人员所必须正视的现实。所以，发展先进的液位控制技术是必须重视的趋势，在这方面仍有很长的路要走。

经调查，我国很多科研人员在这方面开展的工作更看重的是理论和算法，数年来这方面的研究的^范文较多，着重生产实际的很少。在上海，新型的单片机液位控制系统的生产基础较雄厚，在生产过程中需要新型的控制系统，因此在不断的努力研究与开发。上海的工程技术研究人员更看重的是生产实际研究，对理论、算法和成果的^范文较少；而在深圳，在研制新型的液位控制系统领域稍有成果，尽管与其他国家比较尚有差距，但是深圳的企业、研究院所的最大特点就是结果为导向，从外观、材料、硬件、软件、物理量等各个领域进行突破，总结了很多宝贵的理论经验。

（二）国外研究现状

一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已积累了很多的经验，奠定了基础，进入了国际市场。比如德国Amira自动化公司研制的三容水箱控制系统是著名的智慧试验设备之一，在国外甚至是国内的很多大学和工程实验室都已得到了广泛的应用。虽然如此，但是由于Amira公司研制的系统造价过高，在实际应用推广上却有一定的困难。所以，在这样的背景下，研制新型的、智能的、适用的液位控制系统就迫在眉睫了，且拥有很大的发展前景。

（三）常见液位控制方法

液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式三种类型。

1.接触式测量法：是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。常见的有以下两种。

a.人工检尺法：人工检尺法可用于测量油罐液位，其历史十分悠久。它利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，这种方法具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点，但人为读数误差大、无法实现自动检测和操作。

b.电参数测量法：常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等。无论怎样，这些方法的关键是利用液位传感器将液位的相对位移量转换成为电压、电流、阻抗等便于进行电处理的物理量。限于篇幅，下面仅简单介绍电容测量法的基本原理。本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同。在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量。

2.非接触式测量法：包括超声波法、调制型光学法、微波法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染性强，易结晶的介质。

3.光纤测量法：光纤液位检测是近年来出现的一种新技术。根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。

光纤液位测量有以下优点：精度高、灵敏度好、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、检测现场无电、光路有抗扰性以及便于与计算机连接，便于与光纤传输系统组成网络等。目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中，数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求，往往需要对大批数据进行记录，对其进行后期处理分析，实现差错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据，得到可靠的分析资料，往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量数据长时间，多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。

（四）水位控制系统的技术应用及存在的问题

水位控制系统是指通过机械式或电子式的方法来进行高低水位的控制，可以控制电磁阀、水泵等，成为水位自动控制器或水位报警器，从而来实现半自动化或者全自动化，方法有多种，根据选用不同的产品而不同。下面分别举例说明。　　1.通过浮球开关来控制水位。基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球，浸在水中时浮力大，可以控制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上升，带动球阀运动，使阀门关闭，停止进水，当水少了，浮球下降，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在热水器上。还有一种是带干簧管的微型浮球开关，由外面的带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合，从而控制水位，多数应用在清水的水位控制，但存在的问题是容易受污物影响，一旦污垢堆积，会导致干簧管动作缓慢甚至不动作，起不到控制的作用。第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一根弹性电线与水泵连接，可用于水塔、水池水位高低的自动控制和缺水保护，供电为220V,10A左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，决定水位的高低。这种水位开关应用广泛，价格便宜，对于一些要求不太严格的场合适用。但存在这样的问题：有一定耐污能力，浮球易受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同一小水箱里不宜使用多个，否则会相缠绕。使用寿命相对短些，而且多数直接通220V,存在一定的安全隐患，容易导致电线破损而漏电伤人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线进行修理。　　2.通过非接触式的水位开关来控制，例如：超声波液位控制器。液位控制器的探头产生高频超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉冲会在容器壁和液体中传播，还会被容器内表面反射回来。通过对这种反射特性的检测和计算，就可以判断出液位是否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器输出继电器信号，来完成对液位的监控。主要用于监测储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是否有液体存在，储罐材质可以是各类金属、金属或不发泡塑料。这种方式不受超声波水位控制质密度、介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、沉淀等因素的影响，所以适用于医药，石油，化工，电力，食品等行业的各类液体液位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的检测，该产品更是理想的选择。这类水位控制系统存在问题是虽属于高档产品，但价格不菲，在市场上应用难以大范围推广。　　3.水位继电器控制模式。本产品采用集成电路，并结合高层楼宇上、下水池的水位分级提升进行设计，具有上下水池联合控制、水池排水及缺水保护等功能，可实现水箱补水、排水，并有效防止水池水位过高溢出或溢出空转损坏。这种控制系统，在工业上应用较广泛，虽然效果还可以，但也容易受水垢的影响，水垢厚了就容易误判，失去控制功能。

4.通过电子式水位开关和搭配的水位控制器来控制。电子式水位开关原理是通过电子探头对水位进行检测，再由水位检测专用芯片对检测到的信号进行处理,当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器，从而实现对液位的控制。不需浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装,竖向安装有一定的防波浪功能，适宜长时间浸在水中,工作电压是直流5-24V，很安全。举例：把一个水位开关放在高水位A位置，另一个水位开关放在低水位B位置。当水到达B位置时，继电器闭合，此时可控制水泵或电磁阀的启动，开始进水；当水位上升到达高水位A位置时，继电器断开，水泵或电磁阀断电。然后当水位又到低水位B位置时，继电器再闭合，不断往复循环。这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。本课题即是对这种水位控制器进行设计开发。通过对容器液位的设定，以及对容器实际液位的数据采集，来自动判断水位是否充足或缺水，再由单片机控制注水或排水，以期实现对容器蓄水量的控制。

二、^范文提纲

1 引言

1.1 课题背景

1.2 液位控制系统的发展现状及研究意义

1.2.1 国内现状

1.2.2 国外现状

1.2.3常见液位控制方法

1.2.4水位控制系统的技术应用及存在的问题

1.2.5 课题研究的内容及意义

2 液位自动控制系统总体方案

2.1 工作原理

2.2 液位控制系统的组成

3系统设计

3.1硬件电路的设计

3.1.1 设计思路

3.1.2 电源电路

3.1.3 晶振电路和电源电路

3.1.4 液晶显示电路

3.1.5 传感器电路

3.1.6  A/D转换接口图

3.1.7 按键电路

3.1.8 电动机驱动模块电路

3.1.9 声光报警电路

3.1.10 系统整体电路设计

3.2 软件程序设计

3.2.1 液位控制程序设计

3.2.2 各系统模块软件设计

3.2.3 键盘程序设计

3.2.4  A/D转换程序设计

3.2.5  LCD程序设计

4 程序编写及仿真

4.1 程序编写

4.2 仿真

4.2.1 仿真软件的介绍

4.2.2 正常液位仿真

4.2.3 液位未到达设定值的仿真

4.2.4 超出警戒液位的仿真

5 总结

三、参考文献

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