水塔智能水位控制系統設計

鄒林浩　賈昊鵬　李穎　張靜怡

摘 要：水塔是人們日常生活中和工業應用中經常用到的儲水裝置。在一般的情況下，水塔都建設在較為偏遠的郊區或無人區，由人力來實現看管和檢測水位就有些不現實，基于以上原因，本文設計了一種基于單片機的遠程控制水塔水位的操作系統。系統包括無線傳輸模塊，超聲波傳感器，繼電器，以及按鍵等。超聲波傳感器將水位信息送入單片機進行處理，通過軟件設定水位的上限和下限值，保持水位在一定的范圍內，若水位位于上限和下限之間，則啟動報警裝置同時傳輸給單片機進行處理，經過調試證明，該系統能過直觀的顯示水位高度，而且方便控制水位。

關鍵詞：智能 水位監測 傳感器 無線通信

1、研究背景及意義

當今社會，科技飛速的發展，水在人們的日常生活和生產中起著越來越重要的作用，一旦離開水，輕則給人們的生活帶愛極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及經濟上的損失，因此供水工程就成為了高層建筑或工礦企業中必不可少的基礎設施，工程中對給水系統提出的基本要求是任何時候都能提供足夠的水量，良好的水質，平穩的水壓。目前而言，大多數工業，生活供水系統都采用水塔，層頂水箱等作為基本蓄水設備。由一級或二級水泵從地下市政水管供給，傳統的控制方式存在著控制精度低，能耗大，可靠性差等不足。單片機的發展給供水系統提供了極大的便利，單片機具有結構簡單、資源豐富、控制功能強、可靠性高、體積小等特點，鑒于其種種優點，目前水位控制的方式被單片機取代。因此，如何建立一個基于單片機的可靠安全又易于維護的供水系統是值得我們研究的論文。

2、系統硬件設計

水位監測系統的主要結構部件由以下幾個部分組成，如圖1所示。基于單片機遠程水位控制系統是以STC89C52單片機芯片為核心，該系統主要有由無線通信電路，水位測量電路，數碼管顯示電路、報警電路等構成。其工作過程如下：

超聲波傳感器監測到水位高度，并通過溫度校正水位高度后，超聲波傳感器將水位的高度轉化成電壓信號； 該信號經過運算放大電路送入A /D轉換后送入到單片機進行處理，根據設定要求控制輸出同時數碼管液位高度。通過軟件設置水位報警值，使水位穩定在設定的閾值范圍內。若水位高度超出液位的上下限閾值則及時發出報警信號并經通信電路模塊進行無線傳輸，輸送數據到pc上位機端進行處理。該控制系統的特點是能夠直觀地顯示水位高度，并且任意控制水位高度。

3、水位傳感器的選擇

在當代科技領域中，傳感器技術具有十分重要的地位。隨著計算機技術的不斷發展，信息處理技術也不斷的發展和完善。但作為提供信息的傳感器，它的發展相對于計算機的信息處理功能來說就有些落后了。這使得自動監測技術受到一定的影響，也直接影響到很多技術的進一步發展。基于上述原因， 為了適應信息處理技術的發展，目前越來越多的科技人員對傳感器技術給予了高度的重視。對于智能水塔水位監測系統，需要傳感器來測量水位高度，所以傳感器的選擇是及其重要的。

4、無線通信電路選擇與設計

nRF905芯片是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝（5×5mm），工作于433/868/915MHz三個ISM（工業、科學和醫學）頻道，頻道之間的轉換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，而且配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。

nRF905芯片內集成了電源管理、低噪聲放大器、晶體振蕩器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。紅外遙控LED燈系統選用單片機為主控芯片，需要控制不同LED點亮方式，所以更傾心于選擇市場通用紅外遙控，所以最便捷簡單的處理方案是用STC89C52單片機控制系統運行，紅外發射接收模塊也不用再獨立集成，選擇通用紅外遙控配套編解碼器件直接用單片機接收控制，這里使用VS1838B紅外接收頭搭配通用紅外遙控，支持遠距離接收，完全滿足本系統對LED的控制范圍，接收角度+/-45度能夠最大程度靈敏接收且抗干擾，2.7～5.5V的工作電壓適合在單片機上控制，不需要外接電源。

5、無線通訊子程序設計

本設計通過控制p1口以及p3.2口的狀態來控制nrf905芯片的工作。通過設置單片機的I/O口來設置它的工作方式。數據發送程序：采集端上電后，需要進行初始化工作。初始化工作包括設置各個引腳以及寄存器。主 MCU 的 A/D 初始化，以便于水位等信息發送給控制端。收集端收到讀取水位的命令后，會將水位數據加入到應答數據包中，發送給控制端。如果接收到的是同步命令，采集端會先發送應答數據包，再從命令中提取相關的變量，做出相應的處理。

6、結束語

供水系統對于人們的日常生活和工作需要都是必不可少的，因此保證供水系統的正常工作是十分重要的工作。傳統的方法通常都是由人工來監測水位以及水塔的情況，目前這種方法很不實際。本文來發了一種基于單片機的水位設計系統，本系統應用無線通訊實現水位的無人看管，本論文的開發對于人們的工作和生活具有極為現實的意義。

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