一种水位检测系统的设计

论文总字数：15519字

摘 要

：基于水位检测环境复杂多变等特点，本文针对传统水位检测系统运行成本高，扩展接口复杂等问题，设计了一种运用单片机控制的水位检测系统，并使用Proteus进行仿真。采用成本低且易于扩展的AT89C51芯片作为数据处理元件，实现了对水位的检测、显示和阈值报警等功能。该系统结构简单，功能易扩展，网络组织能力强，可用于工厂工业用水水位检测，水库和大坝等诸多领域的水位检测。

关 键 词：水位检测，AT89C51，仿真

Abstract: Based on the complex and changeable characteristics of water level detection environment in order to reduce costs in the traditional environment monitoring, a water level monitoring system based on the Single-chip Microcomputer is put forward in this paper.The monitoring system implements water level detection,alarm and display of water level and is simulated by protues .The characteristics of the AT89C51 are low costs and easy extension.The system has advantages of simple structure, easy function expandability, network strong self-organization, which is suitable for water level monitoring of factory ,reservoirs and dams.

Key words: Water level detection system,AT89C51,Simulation

目录

1 前言 4

1.1 课题背景 4

1.2 系统主要功能 4

1.3 系统工作原理 5

2 系统总体设计 5

2.1 系统框图 5

2.2 系统总体框架简介 6

3 系统各组成元件简介 6

3.1 ATC89C51简介 6

3.2 LCD1602液晶屏简介 8

3.3 ADC0832简介 10

3.4 蜂鸣器简介 10

3.5 D3B压力传感器简介 11

4 系统各模块设计 11

4.1 水位测量模块 11

4.2 水位显示模块 12

4.3 阈值报警模块 13

4.4 阈值设置模块 13

5 系统软件设计 14

5.1系统软件程序设计 14

5.2 水位信息显示流程图 15

5.3系统仿真设计 16

6 系统测试结果分析 17

结论 20

参考文献 21

致 谢 22

附录 23

1 前言

1.1 课题背景

近年来，由于气候条件恶化，国内外出现了较为严重的洪涝灾害。洪涝灾害具有季节性、区域性和重复性等特点。若没有对水情进行及时的检测会导致洪水淹没农田，引发山洪甚至危及生命安全。同时水位检测对居民的生活起着非常重要的作用，如居民使用的水箱因为缺少水位检测装置，容易出现缺水或者是水满外溢的现象，影响居民正常的生活和造成水资源的浪费等问题。如何测量水位，实现水位的阈值报警是我们的首要问题。

目前，国内外学者对于水位检测技术的研究已经取得了较大的进展，根据其采用的测量技术和使用的方法，可以将其分为十余种。市场上的水位检测仪表功能各异导致价格差异较大。国外的水位检测仪表与国内相比功能较多，精度较高，但是价格比较昂贵。传统的水位检测系统多采用的是电子技术和微机技术。近些年来，因为电子信息技术的高速发展，检测过程的自动化，检测水位的实时显示和水位的阈值报警已经成为国内外的研究趋势。

1.2 系统主要功能

本系统所要实现的功能是：

（1）水位的实时检测并显示。通过压力传感器和模数转换电路测量当前水位并通过LCD1602实时显现测得的水位。

（2）报警阈值和工作方式的设置。通过按动三个按键实现水位阈值和工作方式的设定，使得水位测量系统能更灵活地适应不同的环境。

（3）水位阈值报警。当水位超过最大值或小于最小值时，通过蜂鸣器和LED实现声光报警，提醒操作人员采取相应的措施解决出现的问题。

1.3 系统工作原理

本次水位检测系统设计包括了水位的测量，水位的阈值报警，水位阈值和工作方式的设置。在硬件方面主要包括了4个模块分别为水位测量模块，报警模块，显示模块和水位阈值设置模块。

本次设计的水位检测系统通过松下公司生产的D3B压力传感器对水位信息进行采集。压力传感器采集的水位信号通过模数转换器转换成数字信号。数字信号经过单片机的处理传输到由LCD1602显示屏构成的显示电路进行显示。若显示的水位超过预先设定的最大值或小于设定的最小值，则蜂鸣器发出声音同时LED灯亮起，提醒工作人员采取相应的解决措施。为了适应不同的测量环境，可以通过阈值设定电路设置不同的阈值。系统还设计了两种工作模式分别为手动和自动两种。当处于手动模式下，系统只显示当前的水位值不进行报警适用于在系统调试、维修等特殊情况。在自动模式下，当水位超过最大值或小于最小值时，系统将自动进行声光报警。

2 系统总体设计

2.1 系统框图

水位检测系统框图如下图2.1所示：

图2.1水位检测系统框图

2.2 系统总体框架简介

本设计要实现的功能是对水位进行实时检测，并允许用户可以根据不同的使用环境对系统的阈值进行设定，当水位达到设定的阈值时可以通过声光报警装置提醒用户。用户再根据系统提供的信息采取相应的措施解决问题。

（1）水位测量模块：其中水位测量电路由压力传感器和模数转换电路组成，将测得的水位信息转换为数字信号并传输给单片机处理。

（2）显示模块：单片机将处理完后的数据传输到LCD1602液晶屏进行显示。

（3）报警模块：单片机将测量得到的数据与预先设定的阈值进行比较，不在水位允许的范围内，报警电路将进行声光报警。

（4）阈值设置模块：为了满足不同的使用环境条件下用户的需求，本次设计允许用户对阈值进行手动设定。

3 系统各组成元件简介

3.1 ATC89C51简介

本次设计的水位检测系统采用的是AT89C51单片机，带有111条指令,具有操作简单，使用灵活等特点。

3.1.1 AT89C51的结构

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