水塔智能水位控制系统设计

邹林浩　贾昊鹏　李颖　张静怡

摘 要：水塔是人们日常生活中和工业应用中经常用到的储水装置。在一般的情况下，水塔都建设在较为偏远的郊区或无人区，由人力来实现看管和检测水位就有些不现实，基于以上原因，本文设计了一种基于单片机的远程控制水塔水位的操作系统。系统包括无线传输模块，超声波传感器，继电器，以及按键等。超声波传感器将水位信息送入单片机进行处理，通过软件设定水位的上限和下限值，保持水位在一定的范围内，若水位位于上限和下限之间，则启动报警装置同时传输给单片机进行处理，经过调试证明，该系统能过直观的显示水位高度，而且方便控制水位。

关键词：智能 水位监测 传感器 无线通信

1、研究背景及意义

当今社会，科技飞速的发展，水在人们的日常生活和生产中起着越来越重要的作用，一旦离开水，轻则给人们的生活带爱极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及经济上的损失，因此供水工程就成为了高层建筑或工矿企业中必不可少的基础设施，工程中对给水系统提出的基本要求是任何时候都能提供足够的水量，良好的水质，平稳的水压。目前而言，大多数工业，生活供水系统都采用水塔，层顶水箱等作为基本蓄水设备。由一级或二级水泵从地下市政水管供给，传统的控制方式存在着控制精度低，能耗大，可靠性差等不足。单片机的发展给供水系统提供了极大的便利，单片机具有结构简单、资源丰富、控制功能强、可靠性高、体积小等特点，鉴于其种种优点，目前水位控制的方式被单片机取代。因此，如何建立一个基于单片机的可靠安全又易于维护的供水系统是值得我们研究的论文。

2、系统硬件设计

水位监测系统的主要结构部件由以下几个部分组成，如图1所示。基于单片机远程水位控制系统是以STC89C52单片机芯片为核心，该系统主要有由无线通信电路，水位测量电路，数码管显示电路、报警电路等构成。其工作过程如下：

超声波传感器监测到水位高度，并通过温度校正水位高度后，超声波传感器将水位的高度转化成电压信号； 该信号经过运算放大电路送入A /D转换后送入到单片机进行处理，根据设定要求控制输出同时数码管液位高度。通过软件设置水位报警值，使水位稳定在设定的阈值范围内。若水位高度超出液位的上下限阈值则及时发出报警信号并经通信电路模块进行无线传输，输送数据到pc上位机端进行处理。该控制系统的特点是能够直观地显示水位高度，并且任意控制水位高度。

3、水位传感器的选择

在当代科技领域中，传感器技术具有十分重要的地位。随着计算机技术的不断发展，信息处理技术也不断的发展和完善。但作为提供信息的传感器，它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就有些落后了。这使得自动监测技术受到一定的影响，也直接影响到很多技术的进一步发展。基于上述原因， 为了适应信息处理技术的发展，目前越来越多的科技人员对传感器技术给予了高度的重视。对于智能水塔水位监测系统，需要传感器来测量水位高度，所以传感器的选择是及其重要的。

4、无线通信电路选择与设计

nRF905芯片是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9～3.6V，32引脚QFN封装（5×5mm），工作于433/868/915MHz三个ISM（工业、科学和医学）频道，频道之间的转换时间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器，ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC（循环冗余码校验），使用SPI接口与微控制器通信，而且配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。

nRF905芯片内集成了电源管理、低噪声放大器、晶体振荡器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。红外遥控LED灯系统选用单片机为主控芯片，需要控制不同LED点亮方式，所以更倾心于选择市场通用红外遥控，所以最便捷简单的处理方案是用STC89C52单片机控制系统运行，红外发射接收模块也不用再独立集成，选择通用红外遥控配套编解码器件直接用单片机接收控制，这里使用VS1838B红外接收头搭配通用红外遥控，支持远距离接收，完全满足本系统对LED的控制范围，接收角度+/-45度能够最大程度灵敏接收且抗干扰，2.7～5.5V的工作电压适合在单片机上控制，不需要外接电源。

5、无线通讯子程序设计

本设计通过控制p1口以及p3.2口的状态来控制nrf905芯片的工作。通过设置单片机的I/O口来设置它的工作方式。数据发送程序：采集端上电后，需要进行初始化工作。初始化工作包括设置各个引脚以及寄存器。主 MCU 的 A/D 初始化，以便于水位等信息发送给控制端。收集端收到读取水位的命令后，会将水位数据加入到应答数据包中，发送给控制端。如果接收到的是同步命令，采集端会先发送应答数据包，再从命令中提取相关的变量，做出相应的处理。

6、结束语

供水系统对于人们的日常生活和工作需要都是必不可少的，因此保证供水系统的正常工作是十分重要的工作。传统的方法通常都是由人工来监测水位以及水塔的情況，目前这种方法很不实际。本文来发了一种基于单片机的水位设计系统，本系统应用无线通讯实现水位的无人看管，本论文的开发对于人们的工作和生活具有极为现实的意义。

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