單片機三級排水控制系統設計的分析

縱榜峰

(宿州學院機械與電子工程學院，安徽　宿州234000)

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單片機三級排水控制系統設計的分析

縱榜峰

(宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州234000)

三級排水控制系統主要由主控系統、水位檢測系統、驅動系統組成，系統的控制核心為STC89C52單片機。水位檢測系統把處于不同水位的傳感器信息發送給單片機，經過單片機處理后對驅動系統發出指令控制繼電器的開合，從而實現在不同的水位條件下對三級水泵及報警器的運行進行合理控制安排。

單片機；繼電器；三級排水控制系統

排水系統應用領域十分廣泛，如煤礦、水庫等。排水系統性能的好壞對安全起著決定性的作用。文章基于單片機設計了三級排水控制系統。

一、設計要求與系統設計方案

在不同警戒水位設置三個液位傳感器，當水處于安全水位時，三個水泵都停止工作。當水達到一級警戒水位時，第一級水泵開始工作排水。當積水量繼續增大，達到第二級警戒水位時，第二級排水泵同時開始工作。當積水量仍然繼續增大，達到第三級警戒水位時，警報器報警，第三級排水泵也同時開始工作。當水位低于第三級警戒時，警報器解除報警，同時第三級水泵停止工作。當水位低于第二級警戒時，第二級水泵停止工作。當水位低于第一級警戒處于安全水位時，第一級水泵也停止工作。而且為了更加符合實際應用，三級水泵的排水流量逐級遞增。即第一級水泵排水量最小，第三級最大，第二級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　系統設計方案圖

二、系統硬件設計

整個系統硬件包括三部分：主控系統電路、水位信號檢測電路和驅動電路。主控電路以單片機為控制核心，外加一個串行通信電路及電源電路組成。水位信號檢測電路主要采集水位傳感器的信號送給控制系統。驅動電路利用一套光耦合電路來實現單片機信號控制高電壓大電流繼電器的開合，從而控制大功率水泵和報警器的工作。

1、主控系統

主控系統是整個系統的核心部分，主要由單片機最小系統、供電電路單元、串口通信模塊組成，主控系統接收來自水位檢測系統發送來的信號，經過處理后發送指令給驅動系統驅動繼電器開合，從而最終控制水泵和報警器按照預定的要求進行工作。主控系統的電路原理圖如圖2所示，單片機最小系統由STC89C52單片機、復位電路和時鐘電路3部分組成[2]。電源模塊為單片機和水位傳感器提供工作時所需的5V電壓。設計采用的串行通信模塊是目前比較常用的一種單片機和計算機之間的通信方式，該模塊采用MAX232實現RS232與TTL之間的電平轉換，使得單片機和計算機之間能夠進行串行通信[3]。另外為了在單片機的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接口是單片機與驅動模塊和水位檢測模塊之間的通信接口。

圖2　主控系統電路原理圖

2、水位信號檢測電路

由于水位傳感器選用浮球開關，其輸出的是開關量，且報警器和水泵的控制也都是開關式控制，因此對水位信號無需進行A/D或D/A轉換，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，排針外接浮球開關，當 浮球開關因液位上升閉合時，LED燈亮，雙排針引腳電位會發生變化。這種變化傳給單片機表現為高電平和低電平信號。

3、驅動系統電路

目前有很多方法可以實現單片機的高低電平輸出信號來控制繼電器的開合，方法一：可直接采用達林頓管驅動芯片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　浮球開關連接電路

圖4　繼電器驅動電路

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提供。本設計采用的是在第二種方法基礎上加一個光電耦合電路，然后再利用一個NMOS管來作為繼電器的開關。在實現對繼電器驅動控制的同時又能夠有效防止外界干擾。電路原理圖如圖4所示，單片機指令從A端輸入，當單片機控制端給三極管Q1的B極送低電平時，三極管導通，光電耦合器中的光敏三極管導通，進而使得電路中的NMOS管導通，接入J1接口的繼電器吸合；相反，當單片機控制端給三極管的B極送高電平時，光電耦合器截止，NMOS管不導通，繼電器斷開。 通過這種電路，可以控制一些功率較大的水泵進行工作。

三、控制系統軟件設計

該控制系統主要實現根據三個水位信息指令對四個繼電器進行有效控制，系統軟件設計采用C 語言編程，程序主要包括一個while循環程序，循環程序里又包括三個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C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]朱高中·基于單片機遠程水位檢測系統的研究[J].光電子技術，2012(4).

[3]王松林·基于單片機的轉載機三級傳送控制系統設計[J].長江大學學報(自科版)，2013，8(22)：64-67.

[4]鄭振杰·單片機結合ULN2003驅動步進電機[J].電機技術，2010(6).

(責任編輯：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

宿州學院產學研項目“基于LabVIEW的煤礦井下排水系統研發”(項目編號：2014cxy03)中期成果。

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

TP273

A

1673-9507(2016)01-0128-03