单片机三级排水控制系统设计的分析

纵榜峰

(宿州学院机械与电子工程学院，安徽　宿州234000)



单片机三级排水控制系统设计的分析

纵榜峰

(宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000)

三级排水控制系统主要由主控系统、水位检测系统、驱动系统组成，系统的控制核心为STC89C52单片机。水位检测系统把处于不同水位的传感器信息发送给单片机，经过单片机处理后对驱动系统发出指令控制继电器的开合，从而实现在不同的水位条件下对三级水泵及报警器的运行进行合理控制安排。

单片机；继电器；三级排水控制系统

排水系统应用领域十分广泛，如煤矿、水库等。排水系统性能的好坏对安全起着决定性的作用。文章基于单片机设计了三级排水控制系统。

一、设计要求与系统设计方案

在不同警戒水位设置三个液位传感器，当水处于安全水位时，三个水泵都停止工作。当水达到一级警戒水位时，第一级水泵开始工作排水。当积水量继续增大，达到第二级警戒水位时，第二级排水泵同时开始工作。当积水量仍然继续增大，达到第三级警戒水位时，警报器报警，第三级排水泵也同时开始工作。当水位低于第三级警戒时，警报器解除报警，同时第三级水泵停止工作。当水位低于第二级警戒时，第二级水泵停止工作。当水位低于第一级警戒处于安全水位时，第一级水泵也停止工作。而且为了更加符合实际应用，三级水泵的排水流量逐级递增。即第一级水泵排水量最小，第三级最大，第二级水泵排水量介于第一和第三极之间，这样有利于尽快把水位降到安全位置。

图1　系统设计方案图

二、系统硬件设计

整个系统硬件包括三部分：主控系统电路、水位信号检测电路和驱动电路。主控电路以单片机为控制核心，外加一个串行通信电路及电源电路组成。水位信号检测电路主要采集水位传感器的信号送给控制系统。驱动电路利用一套光耦合电路来实现单片机信号控制高电压大电流继电器的开合，从而控制大功率水泵和报警器的工作。

1、主控系统

主控系统是整个系统的核心部分，主要由单片机最小系统、供电电路单元、串口通信模块组成，主控系统接收来自水位检测系统发送来的信号，经过处理后发送指令给驱动系统驱动继电器开合，从而最终控制水泵和报警器按照预定的要求进行工作。主控系统的电路原理图如图2所示，单片机最小系统由STC89C52单片机、复位电路和时钟电路3部分组成[2]。电源模块为单片机和水位传感器提供工作时所需的5V电压。设计采用的串行通信模块是目前比较常用的一种单片机和计算机之间的通信方式，该模块采用MAX232实现RS232与TTL之间的电平转换，使得单片机和计算机之间能够进行串行通信[3]。另外为了在单片机的P0口得到高电位，我们把P0口接上电源，所以在电源和P0口之间加10K的排阻，也叫做上拉电阻，主要起到限流作用。JP1和JP2接口是单片机与驱动模块和水位检测模块之间的通信接口。

图2　主控系统电路原理图

2、水位信号检测电路

由于水位传感器选用浮球开关，其输出的是开关量，且报警器和水泵的控制也都是开关式控制，因此对水位信号无需进行A/D或D/A转换，只需考虑耦合隔离提高其抗干扰能力。如图3所示的电路中，排针外接浮球开关，当 浮球开关因液位上升闭合时，LED灯亮，双排针引脚电位会发生变化。这种变化传给单片机表现为高电平和低电平信号。

3、驱动系统电路

目前有很多方法可以实现单片机的高低电平输出信号来控制继电器的开合，方法一：可直接采用达林顿管驱动芯片ULN2003，它在5V 的工作电压下能与TTL和CMOS 电路直接相连，且工作电压高，工作电流大，能供给继电器足够大的电流以使其正常工作[4]。

图3　浮球开关连接电路

图4　继电器驱动电路

图5　算法流程图

方法二：可采用PNP型三极管放大电路，继电器线圈两端的电流由三极管来提供。本设计采用的是在第二种方法基础上加一个光电耦合电路，然后再利用一个NMOS管来作为继电器的开关。在实现对继电器驱动控制的同时又能够有效防止外界干扰。电路原理图如图4所示，单片机指令从A端输入，当单片机控制端给三极管Q1的B极送低电平时，三极管导通，光电耦合器中的光敏三极管导通，进而使得电路中的NMOS管导通，接入J1接口的继电器吸合；相反，当单片机控制端给三极管的B极送高电平时，光电耦合器截止，NMOS管不导通，继电器断开。 通过这种电路，可以控制一些功率较大的水泵进行工作。

三、控制系统软件设计

该控制系统主要实现根据三个水位信息指令对四个继电器进行有效控制，系统软件设计采用C 语言编程，程序主要包括一个while循环程序，循环程序里又包括三个if条件判断程序，算法流程图如图5所示。

[1]郭天祥·新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]朱高中·基于单片机远程水位检测系统的研究[J].光电子技术，2012(4).

[3]王松林·基于单片机的转载机三级传送控制系统设计[J].长江大学学报(自科版)，2013，8(22)：64-67.

[4]郑振杰·单片机结合ULN2003驱动步进电机[J].电机技术，2010(6).

(责任编辑：王德红)

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

宿州学院产学研项目“基于LabVIEW的煤矿井下排水系统研发”(项目编号：2014cxy03)中期成果。

纵榜峰(1981～)，男，宿州学院机械与电子工程学院助教，硕士。研究方向：电子技术。

TP273

A

1673-9507(2016)01-0128-03