王志文 李思堯

摘 要：在工程應用和人們的日常生活中，許多公司都需要各種大型水箱去完成日常生產活動。本文以AT89系列的單片機為核心，使用液位傳感器，主控電路由AT89S52、X5045、HD7279組成，開發(fā)設計了一套水箱液位自動控制系統(tǒng)。

關鍵詞：自動控制液位;AT89S52;液位傳感器

基于單片機的測量控制技術是一種已經應用非常廣泛的自動測量控制技術。而且單片機技術已經發(fā)展的非常成熟，因此完全可以用單片機構造搭建一個穩(wěn)定性好，結構簡單，價格便宜的智能控制系統(tǒng)。

目前，水箱控制系統(tǒng)不僅限于大規(guī)模的安全公司，其自動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢也逐漸落入小民用水箱中。

另外，由于生產成本的下降，在單位基礎上，計算機控制系統(tǒng)的空間進一步發(fā)展了小型和民用產品，控制系統(tǒng)已經成為水箱、設計和單元開發(fā)的一部分。

1 系統(tǒng)設計分析

總體設計方案。以AT89系列的單片機為核心，主控電路由AT89S52、X5045、HD7279組成，開發(fā)設計了一套水箱液位自動控制系統(tǒng)。選用投入式液位傳感器來測量水箱液位，將測得的水箱液位通過傳感器輸出為4—20mA的模擬電流信號，使用I/V轉換電路使之轉換為0-5V的電壓信號。SPI總線串行通信為數(shù)據傳遞方式，利用串行A/D轉換接口芯片TLC1543進行數(shù)據采集。TLC1543將采集到的數(shù)字量經輸入通道傳送至AT89S52單片機，單片機將得到的數(shù)字量進行信號處理轉換成相應的液位信息。利用串行接口芯片HD7279管理數(shù)碼管和鍵盤，將測得的液位值在數(shù)碼管上實時顯示。在設計中利用X5045串行E2PROM來設置水箱液位的量程上下限和報警上下限，同時通過由單片機控制的固態(tài)繼電器來水箱液位。

2 總體設計

程序的總體設計包括，主要是對各個元器件的初始化操作、按鍵輸入模塊、顯示輸出模塊、水箱液位數(shù)據采樣、報警模塊等程序的編寫和調試。通過調用各個子程序，實時采集液位數(shù)據進行適當?shù)臄?shù)據處理后，實現(xiàn)對水箱自動控制系統(tǒng)的數(shù)據的、報警、控制液位以及通過獨立按鍵設定各種參數(shù)的功能。

主控制程序包含初始化操作和調用各個模塊子程序以及總的數(shù)據處理，其中初始化程序主要是對X5045芯片、液位傳感器、數(shù)碼管顯示器、單片機初始化、T0，T1定時器。本次系統(tǒng)對數(shù)據采樣方法采取時間觸發(fā)的時間片輪詢調度方法，每50ms作為一個時間片的時間，每1S采樣一次，然后將任務分配在時間片內完成，運行主程序，調用子程序，最終實現(xiàn)軟件功能設計。

2.1 采樣模塊

液位信號的采樣用串行芯片TLC1543來實現(xiàn)A/D轉換，采樣程序完成變量初始化、A/D數(shù)據采集、數(shù)據處理以及數(shù)據緩沖區(qū)存儲。供主程序調用以顯示緩沖區(qū)數(shù)據，實現(xiàn)測量液位顯示。

2.2 報警模塊

在文中，為了豐富本系統(tǒng)的功能，拓展本系統(tǒng)的應用范圍，水箱液位是關鍵，本系統(tǒng)設計中加入了2個發(fā)光二級管，分別用于報警上限和報警下限，如果投入式液位傳感器測到水箱液位超過預先設定的報警值上下限，發(fā)光二極管就會點亮以便提醒使用者進行進一步的操作?；诙O管的正常工作電流范圍，選用680Ω電阻作為限流電阻。

3 實驗結果和分析

液位采集數(shù)據分析。本次實驗數(shù)據通過分析輸入至A/D轉換芯片模擬輸入A0端的電壓，通過輸入不同階段的模擬電壓，經A/D轉換、單片機處理，數(shù)碼管顯示對應轉換后的液位數(shù)據，并做數(shù)據記錄，為了更好的觀察數(shù)據，對其多次進行數(shù)據采集。此次液位范圍取值為0～200cm，測得的液位數(shù)據記錄如表所示：

? 由表格記錄數(shù)據知，模擬電壓信號通過換算處理變成所需的液位顯示數(shù)據，將所得的數(shù)據統(tǒng)計處理作出數(shù)據曲線圖，直觀的對數(shù)據間關系進行分析。曲線圖如圖所示：

由表格數(shù)據和曲線圖可知，測得的多次液位數(shù)據之間雖存在較小偏差，但與實際的理論數(shù)據相比近似合乎為一條過零點的直線，數(shù)據間存在比例線性關系。為檢測設計儀表的精度，對數(shù)據進行分析：

曲線過零點，設擬合直線為：Y=K1X，則K1=（200-0）（5-0）=40，則擬合直線為Y=40X，通過擬合直線與得到的曲線比較，當輸入模擬電壓為4V時，與理論數(shù)據存在最大偏差4cm，由相對誤差計算公式σ=X-X0測量上限值-測量下限值×100%知，其中X為測量值，X0為標準值，則最大相對誤差為：σ=4200x100%=02%，滿足設計要求。

4 結論

本文完成實現(xiàn)了基于高樓水箱設計的自動控制系統(tǒng)，本文的設計是以AT89系列的單片機為核心，主控電路用AT89S52、X5045、HD7279芯片組成，是儀表的核心，測量范圍為0-200cm，精度大概在+0.5%，報警范圍為40-160cm誤差較小，整個系統(tǒng)造價便宜，使用方便，基本通過自動控制的方式實現(xiàn)了對水箱液位的測量以及控制。

參考文獻：

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