基于單片機的中央泵房排水控制設計與實現

沈玥 韓金倫 孔德尉 沈陽工學院

基于單片機的中央泵房排水控制設計與實現

沈玥 韓金倫 孔德尉 沈陽工學院

本文對中央泵房排水系統的功能需求進行了分析與研究，設計了一個基于單片機的中央泵房排水控制系統。該系統主要完成水位檢測、自動啟停排水泵、水位超警戒線報警等功能。文中詳細闡述了超聲波非接觸是水位測量原理、溫度補償的方法及必要性，針對系統功能要求，設計了單片機最小系統電路、水位檢測電路、溫度檢測電路、排水電路、報警電路及電源電路；并對主程序及各子程序進行設計；最后進行了系統測試，設計的排水系統完成了設計內容，達到了預期結果。

排水系統 AT89S52 超聲波 溫度 聲光報警

1 硬件結構設計

本系統的控制核心采用單片機最小系統，該部分主要用來采集、處理數據，并進行分析、判斷和控制；超聲波模塊用來采集聲波從發射到經水面反射回來所需的時間，進而計算水位高度。

液晶LCD1602作為系統的顯示器件，用來對環境溫度和液位高度進行顯示；電源模塊為整個系統提供+5V和+12V兩個電壓等級的供電電源。系統主要能夠實現排水控制及水位超過警戒線報警等功能，硬件結構，如圖1．1所示。

圖1 .1硬件結構圖

2 硬件模塊選擇

2.1 控制核心選擇

STC89C51單片機作為系統的控制器。STC89C51是一種性能好、功耗低的8位結構的微處理器，其內部配置了系統可編程的8K的 Flash存儲器。該芯片性能穩定、抗干擾能力強；并且能夠靈活的編程和設計，在很多的工業控制現場和嵌入式系統中都可以非常有效的擔任控制任務。而且該芯片價格極為便宜、性價比超高。

2.2 測距模塊選擇

采用超聲波模塊HC-SR04測量水位高度。該模塊性能穩定，測度距離精確。其性能可以與進口的SRF05模塊相匹敵。模塊測量精度很高、測量盲區僅有2cm，并且測距程序簡單。

2.3 測溫模塊選擇

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，其溫度與電壓關系為：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型液晶屏，最大可顯示16*2個字符或字母。相比數碼管可顯示內容多、電路簡單、且控制容易，但功耗較大、成本較高。

3 硬件電路設計

3.1 水位檢測電路

系統要完成自動排水功能，首先要能夠準確的采集水位高度，系統測量水位通過超聲波模塊，選擇的型號為HC-SR04。該傳感器具有的優點主要有：很高的測量精度、性能穩定、很小的體積；在性能上不亞于一些國外的產品，比如：SRF05、SRF02等傳感器。HC-SR04的測量盲區僅有2cm，采集的精度可達到0．2cm。

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

3.2 溫度檢測電路

本設計溫度傳感器選用DSl8B20。該傳感器是一種數字輸出傳感器，單片機控制和讀取DSl820中數據僅僅需要一條數據線；傳感器的測溫范圍為-55℃~+125℃；測溫的可達到的精度為0．5℃，數據轉換速度在1S以內；設置了各種封裝形式，可完成對各種工作環境中的溫度采集。

DS18B20傳感器是數字式溫度傳感器，其外圍電路簡單，只需提供5V電源，并在輸出口接上4．7K的上拉電阻R1，然后接至單片機的I/O口上，配合相應的控制程序，即可實現溫度采集及與單片機之間的數據交換。

4 結論

本課題的研究工作已經基本達到預期的要求。系統采用了AT89S52單片機為控制核心，并進行數據處理，通過超聲波模塊測量與液位之間的距離，進而計算出液位的高度，系統在設計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償，使測量的水位值更加的精確；系統采用液晶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、檢測及應用[M]．北京：清華大學出版社，2012：238-240．

[2] 王文琦．工業鍋爐的檢測與控制技術[M]．成都：四川科學技術出版社，1986：158-178．

沈玥，韓金倫，學校：沈陽工學院專業：軌道交通信號與控制。孔德尉(通訊作者)，性別：女；民族：漢；單位：沈陽工學院 職稱：講師；學位：碩士。