摘 要

在生产过程中，水箱是供水系统常用的重要部件，为了改善传统的机械式水箱水位控制系统，本次设计结合实际生活，设计了一种能自动检测水箱水位并且控制水泵适时给水箱加水的系统。

在此系统中，由单片机实现系统自动运行，使水箱内水位始终保持在一定的范围，以保证连续正常地供水。置于水箱内部的简易自制水位传感器可以感知水箱水位变化情况，在正常情况下，应保持水箱水位在某一范围内，当水位过高时，应及时关断水泵电机电源，停止向水箱供水，当水位过低时，应及时开启水泵电机电源，开始向水箱供水，并发出声、光报警信号。

本次设计给出以STC89C51单片机为核心器件的水箱水位检测控制系统在Proteus软件环境下模拟仿真，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并制作简易实物验证。实验结果表明，该系统具有良好的水位检测控制报警功能，可移植性和扩展性好，可以广泛运用于实际生产生活中。

关键词：水泵，水箱水位，报警系统，单片机

Abstract

In the production process, tank is an important component commonly used in water supply systems, in order to improve traditional mechanical tank level control system, this design combines real life, a kind of able to automatically detect the tank water level and control of pumps timely filling the tank system .

In this system, the system automatically run by the MCU, so that the water level in the tank is always kept at a certain range in order to ensure continuous normal water supply. Simple homemade placed inside the water tank level sensor can sense the tank water level changes, under normal circumstances, the water level in the tank should be kept within a certain range, when the water level is too high, should be promptly shut off the pump motor power to stop the water supply to the tank, when the water level is too low, the pump motor should be turned on the power, began to tank water supply, concurrent sound and light alarm signal.

The design given in STC89C51 microcontroller as the core device of tank level measurement and control system in the Proteus software simulation environment to achieve the water level measurement and control, alarm processing and other functions, and production of simple physical verification. Experimental results show that the system has good control of the water level detection alarm function, portability and scalability, and can be widely used in the actual production and life. Keywords: pump, tank level,alarm system, SCM,

目录

第一章 绪论 2

1.1水位控制系统的研究意义 2

1.2水位控制系统的研究现状 2

1.2.1国内外的研究现状 2

1.2.2水位控制系统的相关技术 3

1.3水位控制系统的发展前景 4

1.4水位控制系统的研究内容 4

第二章 水位报警系统总体设计方案 5

2.1水位报警系统总体结构 5

2.2水位报警系统设计原理 5

2.3水位报警系统设计方案 6

2.4 水位报警系统经济性分析 7

第三章 水位报警系统硬件电路设计 8

3.1微处理器 8

3.2水位传感器的选择及设计 9

3.3稳压电路 10

3.4数码管显示电路 11

3.5振荡电路 12

3.6复位电路 13

3.7报警及状态指示灯电路 14

3.8继电器控制电路 14

3.9电源电路 16

3.10硬件可靠性设计 17

第四章 系统软件设计 19

4.1 STC89C51的编程语言 19

4.2主程序设计 19

4.3软件可靠性设计 22

第五章 仿真及实物展示 23

5.1 Proteus软件仿真 23

5.2实物展示 27

第六章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1水位控制系统的研究意义

水是人类赖以生存和经济发展必不可少的自然资源。现如今，我国淡水资源总量居世界第4位，但由于人口众多，人均占有的淡水资源量却仅为世界的第84位，而且国土面积广阔导致水资源分布极不均衡，西北地区水资源十分贫乏。从小到大，不管是在家里，在学校，还是在公共场合，我们一直接受着节约用水的教育，可见，我国现今水资源十分紧张，而我们日常生活学习工作的方方面面都离不开水。

在制造行业和能源行业生产过程中，供水水箱是必不可少的部件，它性能的优良和工作的稳定性对生产过程能否正常进行有着巨大的影响，出现故障还可能导致安全事故的发生。在过去的几十年中，是由相应的技术人员人工手动来完成水箱水位控制的，这样的人工方式存在很多安全隐患，比如水位的控制，夜间的监控等，操作人员稍有不注意，或者水箱的简易监则器件发生故障，将带来无法弥补的损失，甚至会对生产人员造成危险。所以，在生产过程中对水箱水位的检测控制，如果能够使智能的自动化系统，可以最大限度的避免生产过程中安全事故发生，同时也能节省珍贵的水资源并有效提高生产的效率^[1]。

1.2水位控制系统的研究现状

1.2.1国内外的研究现状

目前，不管是发达国家还是发展中国家，能进行水箱水位测量的系统种类有很多，但是同时具有测量、水位显示、实时监控、数据记录处理并能够在水位超限时自动报警的水位控制系统并不多。在某些大型制造行业生产过程中，数据的测量这一基本功能已不能满足现代生产生活的要求，很多方面还需要对大批量多变型数据进行采集记录，并处理分析，以实现实时检测、智能控制、资源优化等有利于提高生产效率的工作。在水箱水位控制方面，过去的几十年中，国内外都主要是相关人员手动控制，即便采用浮标、电极等机械半自动化式控制，在防止水资源的浪费和安全事故的发生等方面也不如人意。大部分原因是水箱内部水位高低情况没有及时反馈给控制系统，使控制系统处理上有一定的延迟，从而造成了水箱水量过多出现溢水造成资源浪费，或者没能及时给水箱加水影响生产的正常进行甚至出现安全事件。因而实现对水箱水位的实时精确检测并快速做出控制处理，以改善加水过多和及时加水的情况，成为国内外过去几十年中水箱水位控制技术发展的重点。 

我国的基本国情之一是我国仍然处于生产型的发展中国家，智能、全自动化生产还处于待普及阶段，几乎在制造行业及能源生产利用相关的所有领域中，供水水箱是不少生产系统中必不可少的部件，它性能的优良性，工作的稳定性直接关系到制造，能源企业的生产安全和效益。随着近年来我国嵌入式技术的发展，我国的智能、自动化控制系统技术已经基本达到国际水平，但是在中西部相对落后的地区，中小型企业以及民用产品中，大量的水箱水位控制仍然通过专职的人员进行控制。随着我国自动化控制技术的高速发展和单片机开发技术的日益完善，以及单片机生产成本处于不断下降，基于单片机的水箱水位控制系统应用到中小型生产企业以及民用产品行业有着较大的发展空间。而且越来越多的供水水箱生产厂商开始聘用单片机及嵌入式开发人员和电路设计人员，将智能、自动化控制系统成为水箱设计的重要环节，以提高自身产品的安全性能和科技含量，来提高产品在市场中的综合竞争力。美国、日本、德国等一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已经积累了很多值得我们学习借鉴的经验。我国研究人员经过几十年的艰苦努力研究，已经克服很多困难，并在不断摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超越美国、日本、德国等发达国家的技术水平^[2]。

1.2.2水位控制系统的相关技术

在能源行业及制造业生产过程中，对于供水水箱水位进行控制的方式有很多，而应用比较普遍的主要有两种，一种是简单的机械式半自动控制装置控制，一种是比较复杂的自动化控制器控制方式。两种方式的实现如下：