王志文 李思尧

摘 要：在工程应用和人们的日常生活中，许多公司都需要各种大型水箱去完成日常生产活动。本文以AT89系列的单片机为核心，使用液位传感器，主控電路由AT89S52、X5045、HD7279组成，开发设计了一套水箱液位自动控制系统。

关键词：自动控制液位;AT89S52;液位传感器

基于单片机的测量控制技术是一种已经应用非常广泛的自动测量控制技术。而且单片机技术已经发展的非常成熟，因此完全可以用单片机构造搭建一个稳定性好，结构简单，价格便宜的智能控制系统。

目前，水箱控制系统不仅限于大规模的安全公司，其自动控制系统的优势也逐渐落入小民用水箱中。

另外，由于生产成本的下降，在单位基础上，计算机控制系统的空间进一步发展了小型和民用产品，控制系统已经成为水箱、设计和单元开发的一部分。

1 系统设计分析

总体设计方案。以AT89系列的单片机为核心，主控电路由AT89S52、X5045、HD7279组成，开发设计了一套水箱液位自动控制系统。选用投入式液位传感器来测量水箱液位，将测得的水箱液位通过传感器输出为4—20mA的模拟电流信号，使用I/V转换电路使之转换为0-5V的电压信号。SPI总线串行通信为数据传递方式，利用串行A/D转换接口芯片TLC1543进行数据采集。TLC1543将采集到的数字量经输入通道传送至AT89S52单片机，单片机将得到的数字量进行信号处理转换成相应的液位信息。利用串行接口芯片HD7279管理数码管和键盘，将测得的液位值在数码管上实时显示。在设计中利用X5045串行E2PROM来设置水箱液位的量程上下限和报警上下限，同时通过由单片机控制的固态继电器来水箱液位。

2 总体设计

程序的总体设计包括，主要是对各个元器件的初始化操作、按键输入模块、显示输出模块、水箱液位数据采样、报警模块等程序的编写和调试。通过调用各个子程序，实时采集液位数据进行适当的数据处理后，实现对水箱自动控制系统的数据的、报警、控制液位以及通过独立按键设定各种参数的功能。

主控制程序包含初始化操作和调用各个模块子程序以及总的数据处理，其中初始化程序主要是对X5045芯片、液位传感器、数码管显示器、单片机初始化、T0，T1定时器。本次系统对数据采样方法采取时间触发的时间片轮询调度方法，每50ms作为一个时间片的时间，每1S采样一次，然后将任务分配在时间片内完成，运行主程序，调用子程序，最终实现软件功能设计。

2.1 采样模块

液位信号的采样用串行芯片TLC1543来实现A/D转换，采样程序完成变量初始化、A/D数据采集、数据处理以及数据缓冲区存储。供主程序调用以显示缓冲区数据，实现测量液位显示。

2.2 报警模块

在文中，为了丰富本系统的功能，拓展本系统的应用范围，水箱液位是关键，本系统设计中加入了2个发光二级管，分别用于报警上限和报警下限，如果投入式液位传感器测到水箱液位超过预先设定的报警值上下限，发光二极管就会点亮以便提醒使用者进行进一步的操作。基于二极管的正常工作电流范围，选用680Ω电阻作为限流电阻。

3 实验结果和分析

液位采集数据分析。本次实验数据通过分析输入至A/D转换芯片模拟输入A0端的电压，通过输入不同阶段的模拟电压，经A/D转换、单片机处理，数码管显示对应转换后的液位数据，并做数据记录，为了更好的观察数据，对其多次进行数据采集。此次液位范围取值为0～200cm，测得的液位数据记录如表所示：

  由表格记录数据知，模拟电压信号通过换算处理变成所需的液位显示数据，将所得的数据统计处理作出数据曲线图，直观的对数据间关系进行分析。曲线图如图所示：

由表格数据和曲线图可知，测得的多次液位数据之间虽存在较小偏差，但与实际的理论数据相比近似合乎为一条过零点的直线，数据间存在比例线性关系。为检测设计仪表的精度，对数据进行分析：

曲线过零点，设拟合直线为：Y=K1X，则K1=（200-0）（5-0）=40，则拟合直线为Y=40X，通过拟合直线与得到的曲线比较，当输入模拟电压为4V时，与理论数据存在最大偏差4cm，由相对误差计算公式σ=X-X0测量上限值-测量下限值×100%知，其中X为测量值，X0为标准值，则最大相对误差为：σ=4200x100%=02%，满足设计要求。

4 结论

本文完成实现了基于高楼水箱设计的自动控制系统，本文的设计是以AT89系列的单片机为核心，主控电路用AT89S52、X5045、HD7279芯片组成，是仪表的核心，测量范围为0-200cm，精度大概在+0.5%，报警范围为40-160cm误差较小，整个系统造价便宜，使用方便，基本通过自动控制的方式实现了对水箱液位的测量以及控制。

参考文献：

[1]魏立峰，王宝兴.单片机原理与应用技术[M].北京：北京大学出版社，2014.

[2]王渊峰，戴旭辉.Altium Designer 10电路设计标准教程[M].北京科学出版社，2011.11.

[3]宋宝林.基于单片机的水箱水位及温度控制系统[J].自动化应用，2017（02）：35-36+56.