l 引言
水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應始終保持在一定范圍,，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生,。目前，控制水塔水位方法較多,，其中較為常用的是由單片機控制實現(xiàn)自動運行,，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水,。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動,，應采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電壓,，測量水位變化,，從而控制電動機，保證水位正常,。因此,，這里給出以Atmel公司的AT89C5l單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設計，實現(xiàn)水位的檢測控制,、電機故障檢測,、處理和報警等功能，并在Pmteus軟件環(huán)境下實際仿真,。實驗結(jié)果表明,，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強,。
2 水塔水位控制原理
單片機水塔水位控制原理如圖l所示,，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置,。在正常情況下,，水位應控制在虛線范圍之內(nèi)。為此,，在水塔內(nèi)的不同高度處,，安裝固定不變的3根金屬棒A、B,、C,，用以反映水位變化的情況。其中,，A棒在下限水位,，B棒在上,、下限水位之間，C棒在上限水位(底端靠近水池底部,，不能過低,，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機帶動水泵供水,，單片機控制電機轉(zhuǎn)動,，隨著供水，水位不斷上升,，當水位上升到上限水位時,，由于水的導電作用，使B,、C棒均與+5 V連通,。因此b、c兩端的電壓都為+5 V即為“1”狀態(tài)．此時應停止電機和水泵工作,，不再向水塔注水,；當水位處于上、下限之間時,，B棒和A棒導通,，而C棒不能與A棒導通，b端為“1”狀態(tài),，c端為“0”狀態(tài),。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升,，還是電機不工作,，水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài),；當水位處于下限位置以下時,，B、C棒均不能與A棒導通,，b,、c均為“0”狀態(tài)，此時應啟動電機轉(zhuǎn)動,，帶動水泵給水塔注水,。
3 電路設計
水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測接口電路,、報警接口電路,、存儲器擴展接口電路、復位電路、時鐘振蕩等部分組成,，如圖2所示,。圖3為系統(tǒng)硬件電路。
3．1 水位檢測接口電路
為了便于實現(xiàn)水位檢測功能,，用一個兩位的撥碼開關(guān)模擬b,、c端的狀態(tài)(1、0),，正電極接+5 V電源,，每個負電極分別通過4．7 kQ的電阻(尺1，R2)接地,。將單片機的P1．0端口接開關(guān)1,，P1．1端口接開關(guān)2。假設被水淹沒的負電極都為高電平,，此時開關(guān)置1；露在水面的負電極都為低電平,，開關(guān)此時置為0,。單片機通過負電極重復采集檢測水位，當缺水時(此時兩個開關(guān)均置0),，電機必須帶動水泵抽水,；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高,，低電平(此時開關(guān)1置1,，開關(guān)2置0)；當水位過高時,，檢測信號為高電平(此時開關(guān)l和2都置1),，單片機檢測到P1．0和P1．1為高電平后，立即停機,。
3．2 報警接口電路
為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時,，水位失去控制造成嚴重后果，在超出,、低于警戒界水位時,，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得,。單片機P1．7端口為啟動電機命令輸出端口,，P1．7=0為低電平，經(jīng)過非門后與電機的另一端接地導通,，啟動電機工作,；P1．7=l為高電平，反之，電機停止工作,。電機故障報警由單片機控制,，電機故障報警信號由P1．0和P1．1輸人．當P1．5為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位,，單片機控制系統(tǒng)使電機停止轉(zhuǎn)動,，向水塔內(nèi)供水工作也停止。
3．3 存儲器擴展接口電路
為了便于系統(tǒng)擴展,，存放大容量應用程序,，系統(tǒng)設計擴展一片程序存儲器，用于存放源程序代碼,。74LS373用于鎖存地址,，單片機的P0．0～P0．7通過復用方式分別接鎖存器74LS373的DO～D7和存儲器2732的D0～D7端，地址鎖存信號線ALE接鎖存器的OE端,，通過軟件設置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸,，鎖存器的輸出端OQ0～O7與存儲器地址線A0～A7相連，剩余的3根地址線A8～A11接P2．0～P2．2．單片機選通引腳麗接存儲器OE端,，因只擴展一片存儲器,，片選端CE接地。
4 系統(tǒng)軟件設計
當水塔水位處于上,、下限之間時,，P1．0=l，P1．1=0,，此時無論電機是在帶動水泵給水塔供水使水位不斷上升．還是電機沒有工作使水位不斷下降,，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位低于下限時,，P1．0=0,，P1．1=0，此時啟動電機轉(zhuǎn)動,，帶動水泵給水塔供水,。水位檢測信號與輸出控制操作關(guān)系如表1所列，圖4為水塔水位控制程序流程,。
5 實驗仿真結(jié)果
根據(jù)所設計系統(tǒng)的軟件流程圖,，編寫相應的程序在Pro-teus軟件環(huán)境下實際仿真，實驗結(jié)果表明,，該系統(tǒng)能成功實現(xiàn)了水位檢測,、電機故障檢測、處理和報警等功能,，具有良好的檢測控制功能,，可移植性和擴展性強。通過制作PCB板子，該系統(tǒng)已成功運用于某實驗水冷卻系統(tǒng),。
6 結(jié)語
該系統(tǒng)設計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設計的,，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗水冷卻系統(tǒng)得到成功實踐,，實現(xiàn)水位檢測,、電機故障檢測、處理和報警等功能,，提高了實驗的自動控制能力,。進一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設計，可為實時實現(xiàn)遠端控制,，因此,，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測控制等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景,。