單片機(jī)三級(jí)排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

縱榜峰

(宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽　宿州234000)

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單片機(jī)三級(jí)排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

縱榜峰

(宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000)

三級(jí)排水控制系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、水位檢測(cè)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的控制核心為STC89C52單片機(jī)。水位檢測(cè)系統(tǒng)把處于不同水位的傳感器信息發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令控制繼電器的開(kāi)合，從而實(shí)現(xiàn)在不同的水位條件下對(duì)三級(jí)水泵及報(bào)警器的運(yùn)行進(jìn)行合理控制安排。

單片機(jī)；繼電器；三級(jí)排水控制系統(tǒng)

排水系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如煤礦、水庫(kù)等。排水系統(tǒng)性能的好壞對(duì)安全起著決定性的作用。文章基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了三級(jí)排水控制系統(tǒng)。

一、設(shè)計(jì)要求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在不同警戒水位設(shè)置三個(gè)液位傳感器，當(dāng)水處于安全水位時(shí)，三個(gè)水泵都停止工作。當(dāng)水達(dá)到一級(jí)警戒水位時(shí)，第一級(jí)水泵開(kāi)始工作排水。當(dāng)積水量繼續(xù)增大，達(dá)到第二級(jí)警戒水位時(shí)，第二級(jí)排水泵同時(shí)開(kāi)始工作。當(dāng)積水量仍然繼續(xù)增大，達(dá)到第三級(jí)警戒水位時(shí)，警報(bào)器報(bào)警，第三級(jí)排水泵也同時(shí)開(kāi)始工作。當(dāng)水位低于第三級(jí)警戒時(shí)，警報(bào)器解除報(bào)警，同時(shí)第三級(jí)水泵停止工作。當(dāng)水位低于第二級(jí)警戒時(shí)，第二級(jí)水泵停止工作。當(dāng)水位低于第一級(jí)警戒處于安全水位時(shí)，第一級(jí)水泵也停止工作。而且為了更加符合實(shí)際應(yīng)用，三級(jí)水泵的排水流量逐級(jí)遞增。即第一級(jí)水泵排水量最小，第三級(jí)最大，第二級(jí)水泵排水量介于第一和第三極之間，這樣有利于盡快把水位降到安全位置。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)硬件包括三部分：主控系統(tǒng)電路、水位信號(hào)檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路。主控電路以單片機(jī)為控制核心，外加一個(gè)串行通信電路及電源電路組成。水位信號(hào)檢測(cè)電路主要采集水位傳感器的信號(hào)送給控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電路利用一套光耦合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)信號(hào)控制高電壓大電流繼電器的開(kāi)合，從而控制大功率水泵和報(bào)警器的工作。

1、主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、供電電路單元、串口通信模塊組成，主控系統(tǒng)接收來(lái)自水位檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送指令給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)合，從而最終控制水泵和報(bào)警器按照預(yù)定的要求進(jìn)行工作。主控系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路3部分組成[2]。電源模塊為單片機(jī)和水位傳感器提供工作時(shí)所需的5V電壓。設(shè)計(jì)采用的串行通信模塊是目前比較常用的一種單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的通信方式，該模塊采用MAX232實(shí)現(xiàn)RS232與TTL之間的電平轉(zhuǎn)換，使得單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間能夠進(jìn)行串行通信[3]。另外為了在單片機(jī)的P0口得到高電位，我們把P0口接上電源，所以在電源和P0口之間加10K的排阻，也叫做上拉電阻，主要起到限流作用。JP1和JP2接口是單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊和水位檢測(cè)模塊之間的通信接口。

圖2　主控系統(tǒng)電路原理圖

2、水位信號(hào)檢測(cè)電路

由于水位傳感器選用浮球開(kāi)關(guān)，其輸出的是開(kāi)關(guān)量，且報(bào)警器和水泵的控制也都是開(kāi)關(guān)式控制，因此對(duì)水位信號(hào)無(wú)需進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換，只需考慮耦合隔離提高其抗干擾能力。如圖3所示的電路中，排針外接浮球開(kāi)關(guān)，當(dāng) 浮球開(kāi)關(guān)因液位上升閉合時(shí)，LED燈亮，雙排針引腳電位會(huì)發(fā)生變化。這種變化傳給單片機(jī)表現(xiàn)為高電平和低電平信號(hào)。

3、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路

目前有很多方法可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的高低電平輸出信號(hào)來(lái)控制繼電器的開(kāi)合，方法一：可直接采用達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，它在5V 的工作電壓下能與TTL和CMOS 電路直接相連，且工作電壓高，工作電流大，能供給繼電器足夠大的電流以使其正常工作[4]。

圖3　浮球開(kāi)關(guān)連接電路

圖4　繼電器驅(qū)動(dòng)電路

圖5　算法流程圖

方法二：可采用PNP型三極管放大電路，繼電器線圈兩端的電流由三極管來(lái)提供。本設(shè)計(jì)采用的是在第二種方法基礎(chǔ)上加一個(gè)光電耦合電路，然后再利用一個(gè)NMOS管來(lái)作為繼電器的開(kāi)關(guān)。在實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器驅(qū)動(dòng)控制的同時(shí)又能夠有效防止外界干擾。電路原理圖如圖4所示，單片機(jī)指令從A端輸入，當(dāng)單片機(jī)控制端給三極管Q1的B極送低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，光電耦合器中的光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使得電路中的NMOS管導(dǎo)通，接入J1接口的繼電器吸合；相反，當(dāng)單片機(jī)控制端給三極管的B極送高電平時(shí)，光電耦合器截止，NMOS管不導(dǎo)通，繼電器斷開(kāi)。 通過(guò)這種電路，可以控制一些功率較大的水泵進(jìn)行工作。

三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)三個(gè)水位信息指令對(duì)四個(gè)繼電器進(jìn)行有效控制，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C 語(yǔ)言編程，程序主要包括一個(gè)while循環(huán)程序，循環(huán)程序里又包括三個(gè)if條件判斷程序，算法流程圖如圖5所示。

[1]郭天祥·新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程：入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]朱高中·基于單片機(jī)遠(yuǎn)程水位檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].光電子技術(shù)，2012(4).

[3]王松林·基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)三級(jí)傳送控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2013，8(22)：64-67.

[4]鄭振杰·單片機(jī)結(jié)合ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)[J].電機(jī)技術(shù)，2010(6).

(責(zé)任編輯：王德紅)

Design of the Three Grade Water Drainage Control System Based on Single Chip Microcomputer

Zong Bangfeng

(College of Mechanical and Electronic Engineering，Suzhou University,Suzhou 234000,Anhui,China)

The three level drainage control system is mainly composed of the main control system, the water level detection system, the drive system, the system control core is STC89C52 microcontroller. Water level detection system is put in different level sensor information sent to the microcontroller, after a single treatment of drive system sends out the instruction control relay switching, in order to achieve under different water level conditions in the operation of three pump and alarm for reasonable control arrangements.

Single chip microcomputer，Relay，Three grade drainage control system

2015-12-09

宿州學(xué)院產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“基于LabVIEW的煤礦井下排水系統(tǒng)研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)：2014cxy03)中期成果。

縱榜峰(1981～)，男，宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院助教，碩士。研究方向：電子技術(shù)。

TP273

A

1673-9507(2016)01-0128-03