沈玥 韓金倫 孔德尉 沈陽工學(xué)院

基于單片機(jī)的中央泵房排水控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈玥 韓金倫 孔德尉 沈陽工學(xué)院

本文對(duì)中央泵房排水系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行了分析與研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的中央泵房排水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成水位檢測(cè)、自動(dòng)啟停排水泵、水位超警戒線報(bào)警等功能。文中詳細(xì)闡述了超聲波非接觸是水位測(cè)量原理、溫度補(bǔ)償?shù)姆椒氨匾?，針?duì)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、水位檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、排水電路、報(bào)警電路及電源電路；并對(duì)主程序及各子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。

排水系統(tǒng) AT89S52 超聲波 溫度 聲光報(bào)警

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制核心采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，該部分主要用來采集、處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、判斷和控制；超聲波模塊用來采集聲波從發(fā)射到經(jīng)水面反射回來所需的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算水位高度。

液晶LCD1602作為系統(tǒng)的顯示器件，用來對(duì)環(huán)境溫度和液位高度進(jìn)行顯示；電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供+5V和+12V兩個(gè)電壓等級(jí)的供電電源。系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)排水控制及水位超過警戒線報(bào)警等功能，硬件結(jié)構(gòu)，如圖1．1所示。

圖1 .1硬件結(jié)構(gòu)圖

2 硬件模塊選擇

2.1 控制核心選擇

STC89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。STC89C51是一種性能好、功耗低的8位結(jié)構(gòu)的微處理器，其內(nèi)部配置了系統(tǒng)可編程的8K的 Flash存儲(chǔ)器。該芯片性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)；并且能夠靈活的編程和設(shè)計(jì)，在很多的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和嵌入式系統(tǒng)中都可以非常有效的擔(dān)任控制任務(wù)。而且該芯片價(jià)格極為便宜、性價(jià)比超高。

2.2 測(cè)距模塊選擇

采用超聲波模塊HC-SR04測(cè)量水位高度。該模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確。其性能可以與進(jìn)口的SRF05模塊相匹敵。模塊測(cè)量精度很高、測(cè)量盲區(qū)僅有2cm，并且測(cè)距程序簡(jiǎn)單。

2.3 測(cè)溫模塊選擇

選用LM35來采集溫度，LM35是集成的溫度傳感器，其精度很高，輸出為模擬量電壓信號(hào)，其溫度與電壓關(guān)系為：10．0mV/℃，精度在0．4℃至0．8℃；但由于該傳感器為模擬量輸出，更容易受到干擾。

2.4 顯示模塊選擇

采用LCD1602作為顯示屏。該液晶屏是一種工業(yè)型液晶屏，最大可顯示16*2個(gè)字符或字母。相比數(shù)碼管可顯示內(nèi)容多、電路簡(jiǎn)單、且控制容易，但功耗較大、成本較高。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 水位檢測(cè)電路

系統(tǒng)要完成自動(dòng)排水功能，首先要能夠準(zhǔn)確的采集水位高度，系統(tǒng)測(cè)量水位通過超聲波模塊，選擇的型號(hào)為HC-SR04。該傳感器具有的優(yōu)點(diǎn)主要有：很高的測(cè)量精度、性能穩(wěn)定、很小的體積；在性能上不亞于一些國(guó)外的產(chǎn)品，比如：SRF05、SRF02等傳感器。HC-SR04的測(cè)量盲區(qū)僅有2cm，采集的精度可達(dá)到0．2cm。

將超聲波懸掛在水面正上方的固定距離，利用它測(cè)距的功能，測(cè)量超聲波與水面的距離來計(jì)算水位高度。

3.2 溫度檢測(cè)電路

本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用DSl8B20。該傳感器是一種數(shù)字輸出傳感器，單片機(jī)控制和讀取DSl820中數(shù)據(jù)僅僅需要一條數(shù)據(jù)線；傳感器的測(cè)溫范圍為-55℃~+125℃；測(cè)溫的可達(dá)到的精度為0．5℃，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度在1S以內(nèi)；設(shè)置了各種封裝形式，可完成對(duì)各種工作環(huán)境中的溫度采集。

DS18B20傳感器是數(shù)字式溫度傳感器，其外圍電路簡(jiǎn)單，只需提供5V電源，并在輸出口接上4．7K的上拉電阻R1，然后接至單片機(jī)的I/O口上，配合相應(yīng)的控制程序，即可實(shí)現(xiàn)溫度采集及與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

4 結(jié)論

本課題的研究工作已經(jīng)基本達(dá)到預(yù)期的要求。系統(tǒng)采用了AT89S52單片機(jī)為控制核心，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過超聲波模塊測(cè)量與液位之間的距離，進(jìn)而計(jì)算出液位的高度，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中充分考慮聲速度隨溫度變化而變化，合理的引入了溫度作為補(bǔ)償，使測(cè)量的水位值更加的精確；系統(tǒng)采用液晶LCD1602來顯示溫度和液位高度，顯示清晰易懂。

[1] 張培仁．傳感器原理、檢測(cè)及應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2012：238-240．

[2] 王文琦．工業(yè)鍋爐的檢測(cè)與控制技術(shù)[M]．成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1986：158-178．

沈玥，韓金倫，學(xué)校：沈陽工學(xué)院專業(yè)：軌道交通信號(hào)與控制。孔德尉(通訊作者)，性別：女；民族：漢；單位：沈陽工學(xué)院 職稱：講師；學(xué)位：碩士。