基于传感器与单片机的综合设计实验—液位控制

1 绪论
此控制系统中控制器将传感器采集到的电压信号处理以后，转换成为液位高度，送给八段动态数码管显示。控制模块是在将得到的液位值与液位上限与液位下限比较之后，作出的相应的动作。当液位低于液位下限时，控制报警的端口启动报警装; 同时，控制进水开关的装置动作，打开进水开关; 当液位高于液位上限时，停止进水，同时，控制进水工作指示灯的端口动作，启动报警装置。当液位在被控范围内，不进水、也不报警。
2 总体方案设计
在这个系统的设计中，最主要的就是传感器的信号采集，AD 转换，深度转换，单片机的送显控制部分。在最初的传感器选择时，有考虑过使用磁致伸缩法、核辐射法、光纤传感器法和雷达法等液位测量方法，但是考虑到设计成本及其精度和实现的难易程度问题，我们最终选择了这种易于实现但是又可以节约成本的电阻式传感器，它得到的是一种0—5V 的电压信号。
因此我们只需要寻找到这种电压与液位之间的关系，那么就可以初步实现液位高度的获得。首先我们要自己测得在液位一定时传感器的电压，描述出它的电压与高度之间的曲线，再根据这条曲线，编写转换函数，将转换后的数据送数码管显示。
再根据得到的数据判断液位与预期的液位之间关系，确定相应的操作，即需要不需要打开进出水开关，即只需要在水位过低时加水即可，水位过高时进行报警。经过论证后我确定的系统框图如图1 所示。

图1 液位控制器系统框图
3 硬件电路设计
3． 1 电源电路
本系统采用9V 转5V 的电源电路为各模块供电，具体电路如图2 所示。

图2 电源电路
3． 2 单片机最小系统
在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是: STC89C52ＲC，内部资源有: 8KB FLASH ，512BSＲAM，4 个8 位I /O，2 个TC，1 个UAＲT，带ISP 和IAP 功能。
是近年来流行的低端51 单片机。时钟电路采用12． 00MHZ 晶体，复位电路采用简单的ＲC 复位电路。
3． 3 ADC0804 简介及与单片机接口电路
ADC0804 是使用非常普遍的8 位A/D 转换器，由于其片内有输入: 数据寄存器，故可以直接与单片机接口。ADC0804与单片机接口电路，如图3 所示。

图3 单片机与ADC0804 接口电路
3． 4 进水控制电路
进水控制电路是一个弱电控制强电的电路，由PNP 型三极管驱动继电器，单片机通过给继电器控制信号，来控制进水装置进行相应的操作。
3． 5 报警控制电路
报警电路主要是为外界发出一段报警提示，由PNP 型三极管驱动蜂鸣器发出报警。
3． 6 液位显示部分
需要实时显示当前的水位高低，从实际情况看，不是必须的。为了直观的观察水位的变化效果，设置两个显示位，用数码管即可。P0 口接数码管显示水位高度的十位，P2 口接的数码管显示水位高度的个位，每个数码管需要接一个大约200Ω-1000Ω 的电阻起分压作用。
4 结论
该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充分利用单片机强大控制功能和方便通信接口，该检测控制系统在实验室某实验水冷却系统得到成功实践，实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，提高了实验的自动控制能力。因此，该系统在农村水塔，城市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。