水位报警器设计方案.docx

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水位报警器设计方案

多功能水位报警器设计大赛

设计作品名称

多功能水位报警器

参赛编号

TEST0006

队名

maple

参赛队员资料

姓名专业学历

一：

方案比较：

方案一：

基于电磁继电器实现报警。

灯泡电路与报警器电路受磁感应线圈的控制，当水

位低于安全水位时，灯泡电路连通，报警器电路断开；当水位高于安全水位线时，在水中的浮子上升使得磁感应线圈电路导通，产生磁力矩使得灯泡电路断开，报警器电路连通，此时灯泡熄灭报警器发出警报，提醒排水。

方案二：

米用CD4066作为控制部分。

水通过接收铜片为芯片输入电平信号，控制输出使显像管显示当前水位，当水位上升到达安全水位线时，输出在控制水位显示的同时使得报

警器电路和灯泡电路连通，此时灯泡发光报警器报警，提醒排水，同时控制信号还可以促

发锁存器，锁存当前时间。

方案三：

采用单片机实现。

当水位上升到警戒水位线及以上时，外部电路导通，对单片

机进行计数脉冲输入，执行外部中断信号，使得灯泡电路和报警器电路导通，此时灯泡发光，

报警器报警。

当水位超过警戒线一定高度的时候，再次输入信号，此时单片机通过串行输出

端口控制抽水机进行排水，而通过单片机的外部存储读信号输出端口上的按键可以记录水位到达警戒线和水位低于警戒线时的时间。

通过综合比较可以看出，方案一虽然设计比较简单，但是电磁继电器的体积比较大，冋

时继电器的反应时间比较慢，最快也只能保持在80ms至160ms之间，在测量水位是否达到

警戒线方面也容易造成比较大的误差；方案二相对于方案一在水位的感应方面比较准确，但

是需要较多的CD4066芯片使得费用比较高，逻辑门的应用使得电路会出现比较大的延时从而导致反应时间也比较慢；方案三相对于上面的两个方案，费用较低，反应时间比较短，准

确度也比较高，自动化程度比较高，同时单片机的强大的功能使得该装置易于实现功能的扩展，是最优的选择。

二：

信号处理流程图

电机不工作

三：

项目设计

（一）:

电路的基本连接模块

如图1所示是，单片机的第40脚VCC和第31脚VPP接+5V的电源，第20脚VSS接地,保证单片机的正常工作状态。

由振荡频率为12MHZ的晶体振荡器组成的振荡电路连接单片机的18脚和19脚，为单片机提供周期为T=1/12M=0.0833us的矩形波，此时单片机的时钟周

期为0.167US，机器周期为1us。

单片机的第9脚RST连接外部复位电路，当S2按键没有按下时，接入第9脚的是低电平，此时单片机依据当前的状态继续工作，当按下开关按键时，电源与电阻构成通路，输入第9脚的是高电平，当高电平持续时间超过两个机器时间（即

2us）时，复位操作生效，单片机内的寄存器清0，指令缓冲器清空，复位信号消失后，程

序从FFFF0地址开始执行。

（二）:

水位报警模块

水泵工作警戒线

GND

（固定挡板）

斗

GND

■随水位变动的浮子1

*

*|随水位变动的浮子2

图2

警戒线（固定挡板）

如图2所示，连接感应探头的P34端连接单片机的第14脚（P3A4口，数脉冲输入端）

单片机的第12脚（P3A2口，外部中断请求输入端）和第13脚（P3A3口，外部中断请求输入端）分别接上发光二极管控制电路和蜂鸣器控制电路。

当水位低于警戒线时，P34口没有

与地连通，输入恒为高电平，单片机12和13脚输出为高电平；当水位上升到警戒线以上时，P34口与地相连，为单片机输入一个低电平，控制单片机的12和13脚输出也为低电平，有

源蜂鸣器和发光二极管两端产生电压降，蜂鸣器报警，二极管发光。

（三）：

自助排水模块

TA7267是一款专用于小型直流电动机的驱动芯片，它为电动机提供0〜18V的电压驱

动，并可以通过输入端IN1,IN2的逻辑关系确定电机的正转反转或者停止，其真值表如表1

所示。

IN1

IN2

OUT1

OUT2

电机状态

1

1

L

L

刹车

0

1

L

H

正转

1

0

H

L

反转

0

0

Z

Z

停止

表1

在此电路中，将输入端IN2接地。

使其恒低电平0,输入端口IN1接单片机的并行输出引脚第11脚，当水位达到一定高度时，连接感应探头的P35端（单片机的15脚,P3A5口）与地

相连，为单片机输入一个计数脉冲，促使IN1输入为一个低电平信号，使电动机转动，进行

排水，当水位下降到感应探头所处位置以下时，IN端口输入为0,电动机不工作，通过这种

方法实现该系统的自动排水功能。

（四）：

时间显示及记录模块

在该模块中，采用DS1302芯片对时间进行控制，DS1302中Vcc1为后备电源，VCC2

为主电源。

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振，产生一个周期为1s的矩形波。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

SCLK始

终是输入端，在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入

DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK

脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7,在控制指令的读

和写的工程中信号传入单片机的输入端口P1.5~P1.6，控制着P0的输出，再通过LCD

屏幕将时间信号显示出来。

同时，通过按键S2，S3，S4分别与单片机的第16，第17

和第10脚相连，当S2按下时，为第16脚输入一个低电平，锁存当前的时间信号（即水位到达警戒线时的时间），当S3按下时，为第17脚输入一个低电平，锁存当前的

时间信号（即水位退回警戒线以下的时间），当S4按下时，为第10脚输入一个低电

平，将S1和S2所锁存的信号清空。

（五）：

功能拓展模块

该模块主要通过按键手动调节LCD屏幕上时间的显示。

当屏幕显示的时间与现实时间

有差距的时候，需要人工进行时间的校正。

在这个装置中，用开关按键S控制着输入单片机

P2.0〜P2.3输入电平的高低。

当S断开时P2.0〜P3.0对应的输入的信号为高电平，不对LCD屏幕的显示做任何操作，当S按下时对应为单片机的P2.0~P2.3输入低电平，S6选择LCD

屏幕上对应的时/分/秒/温度，S7（S8）进行控制加一（减一）操作，同时P1.0〜P1.4连接拓展端口，以备日后其他功能的拓展。

（六）：

整机电路图

（原理图文件和仿真文件见附带文件）

PL—

6

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图

当断开P35（单片机的15端，P3A5口）处的开关时，D1、D2、D3都熄灭。

按下P36的端口处开关，可以看出此时LCD屏幕上显示的是当水位上升到警戒线时的时间，同理，按下P37的端口处的开关，可以从LCD屏幕上看到水位下降到警戒线以下时的时间。

四：

测试数据及测试结果分析

该电路主要是通过编程实现，所示需要的测量和计算的数据比较少，主要功能通过仿

真观察。

我们针对LCD屏幕的时间和电脑的时钟进行比较测量，在二十次不同时间长

度的测量中，LCD屏幕显示的时间与电脑所示时间没有差异，因此时钟芯片部分和LCD显示部分可以达到要求。

再在电路的仿真行，报警器和电动机的功能无法通过仿真极管分别代替水位上涨的条件，报警器和

解为是人的视觉滞后所造成的误差，因此可以看出该水位报警器的功能能够很好地实

五：

元件清单

元件

数

量

元件

数量

元件

数量

元件

数量

100uf电容

1

100电阻

1

89C52

1

10K可变

电阻

2

22uf电容

2

1K电阻

5

DS1302

1

排插

2

15pf电容

2

5.1K电阻

1

DS18B20

1

40脚IC插

座

1

指示灯

2

10K排阻

1

TA7267

1

16脚IC插

座

1

开关

9

12M晶振

1

LCD1062

1

8脚IC插

座

2

蜂鸣器

1

32768K晶振

1

电机

1

排针、导线

若干

万能版

1

5V直流电源

1

六：

参考文献

【1】徐新民单片机原理与应用浙江大学出版社，2006

【2】钟睿MCS-51单片机原理及应用开发技术中国铁道出版社，2006

【3】徐维雄PIC单片机原理与程序模块福建科技出版社，2007

【4】张立科单片机典型模块设计实例导航人民邮电出版社，2004

5】黎文模ProtelDXP电路设计与实例精解人民邮电出版社，2006