單片機水塔水位控制

『壹』 單片機控制電磁閥控制水泵電機的電路圖

高低水位控制電路圖（一）

水位控制器是指通過機械式或電子式的方法來進行高低水位的控制，可以控制電磁閥、水泵等，成為水位自動控制器或水位報警器，從而來實現半自動化或者全自動化。如下圖所示：

高低水位控制電路圖大全（六款高低水位控制電路原理圖詳解）

水位控制器電路圖

在水池給水控制系統中，主機安裝在水池，從機安裝在水源泵房。工作中，主機實時檢測水池水深信號，並簡訊指令從機控制水泵，上限啟泵，下限停泵。如果水池水位超過上上限、或低於下下限，主機簡訊通知管理員，如果水泵故障，從機簡訊通知管理員。管理員可現場查看，或編發簡訊指令，強制啟、停水泵。

水位控制器廣泛應用於工業鍋爐、民用建築用水池、水塔、水箱，以及石油化工、造紙、食品、污水處理等行業內開口或密閉儲罐，地下池槽中各種液體的液位測量，被檢測的介質可分水、油、酸、鹼、工業污水等各種導電及非導電液體。與電動閥組成一套先進的液位顯控設備，自動開、關電動閥。

高低水位控制電路圖（二）

本文所示的電路圖1是控制高架游泳池的簡單便方案。電路非常簡單並且非常容易製造。圖1中的SW1（通常閉合）和SW2（通常開路）是密封的PVC管中的微型舌簧開關。管的兩端做成防水的，用防水密封膠密封它們。

高低水位控制電路圖大全（六款高低水位控制電路原理圖詳解）

圖1自動水位控制電路

1個磁鐵安裝在可以浮在水面的熱孔隙薄片上。磁鐵可隨水面上下移動並可驅動舌簧開關。當水池完全放空時磁鐵安置在制動器上（如圖1所示），而SW2閉合。12V電源通過SW1和SW2連接到RL繼電器的線圈上。繼電器被激勵，而且經繼電器的1個公共端連接VAC到水泵的電機。

當水泵開始注水到游泳池時，磁鐵隨著水面向上移動。當磁鐵離開支座時，SW2開路，但電源通過繼電器RL的第2個公共端仍然連接到繼電器的線圈上。當磁鐵到達SW1時，它打開SW1開關，而電源到達繼電器線圈的第2條通路也斷開。繼電器去除激勵，關斷水泵。當從水池排水時，SW1再次閉合，但電源不能到達繼電器線圈。水進一步排出，SW2閉合，而繼電器再次被激勵，從而再次開啟水泵。此過程一次又一次地重復。

水泵不是連續運行，而是間隔運行。間隔時間依賴於舌簧開關之間的距離，然而，手動按瞬時開關SW3可以開啟水泵。

RL是DPDT繼電器（1個極用於邏輯控制，1個極用於開/關電機）線圈電壓為12Vdc，按點負荷依

『貳』 液位控制器生活中的實際應用

目前社會經濟不論如何飛速發展，水在人們
正常生活和生產中的重要性都不會被改變。假如沒有了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及損失，因此，供水系統和供水設備需要
有著嚴苛的標准要求，滿足及時、准確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統的改
造。從而實現提供足夠的水量、平穩的水壓、設計成本低、高實用價值的自動水位控制器。

水位控制器被測介質為水、油、酸、鹼、工
業污水等導電及非導電液體。水位控制器廣泛應用於石油、化工、電站、冶金、輕工、制葯、造紙、食品及自來水廠和污水處理等領域的自動控制系統中，主要對多
種敞口和密閉容器及地下水池、水槽內介質進行測量和遠程式控制制，並可在中央控制室或儀表控制台上進行監控、顯示、報警。

在我國，傳統的水塔供水系統是非常的普
遍，應用比較廣泛，但是缺點就是能耗大、控制精度低。但是，基於自控原理的水位控制器，會依據不斷變化的用水量進行自行的調節，不僅可以滿足用戶用水的需
求，和能夠提高用戶用水的質量。水位控制器有很多的優點，結構簡單，成本低，安裝方便，靈敏性好，節約能源等。水位控制器是一種成本低、高實用價值的儀器
設備，由於使用了單片機，實現了水塔水位的自動控制。

在以前往往是人員低水箱進行操作，但是這
樣的話無法對水位進行時刻監視，就無法對水位進行控制，這是非常大的缺點。因此，對水位控制的重要性不言而喻，水位控制器的產生，解決了這個難題，水位控
制器可以對水位進行監視和控制，最大限度的避免發生意外，提高了生產效率，節省了資源。

『叄』 一種水塔水位控制系統的設計，需要C語言程序。有流程圖和原理圖

我畢業論文（2011）也是這個課題。

供參考：

金龍國.單片機原理與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2005.第221頁（匯編語言）。

其中的匯編程序有點排版錯誤，沒有大礙，你自己改一下。

林立.基於Proteus和KeilC單片機原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2009.第180頁（C語言）。

如果你去買這兩本書的話，給你建議，用第二本書上那個例子中的原理圖中電機控制系統部分代替第一本書上那個例子的相應部分。

另外水塔水位可以用二位拔碼器代替（高低電平）。

下面給你一些所需要的Proteus模擬元件清單（供參考）：

DIPSW-2（拔碼器），MOTOR電機，OPTOCOUPLER-NPN光電耦合器，W107DIP-3繼電器。

『肆』 基於單片機的水塔水位控制中的水位檢測感測器，應該怎樣做呢或者應選擇那樣的水位感測器呢

位式的就選浮球式液位感測器。要是連續的液位測量，有投入式的，差壓式的，電容式的，磁翻板的，浮筒式的，等等。

『伍』 電子工程畢業論文

液壓伺服系統設計
液壓伺服系統設計
在液壓伺服系統中採用液壓伺服閥作為輸入信號的轉換與放大元件。液壓伺服系統能以小功率的電信號輸入，控制大功率的液壓能（流量與壓力）輸出，並能獲得很高的控制精度和很快的響應速度。位置控制、速度控制、力控制三類液壓伺服系統一般的設計步驟如下：
1）明確設計要求：充分了解設計任務提出的工藝、結構及時系統各項性能的要求，並應詳細分析負載條件。
2）擬定控制方案，畫出系統原理圖。
3）靜態計算：確定動力元件參數，選擇反饋元件及其它電氣元件。
4）動態計算：確定系統的傳遞函數，繪制開環波德圖，分析穩定性，計算動態性能指標。
5）校核精度和性能指標，選擇校正方式和設計校正元件。
6）選擇液壓能源及相應的附屬元件。
7）完成執行元件及液壓能源施工設計。
本章的內容主要是依照上述設計步驟，進一步說明液壓伺服系統的設計原則和介紹具體設計計算方法。由於位置控制系統是最基本和應用最廣的系統，所以介紹將以閥控液壓缸位置系統為主。
4.1 全面理解設計要求
4.1.1 全面了解被控對象
液壓伺服控制系統是被控對象—主機的一個組成部分，它必須滿足主機在工藝上和結構上對其提出的要求。例如軋鋼機液壓壓下位置控制系統，除了應能夠承受最大軋制負載，滿足軋鋼機軋輥輥縫調節最大行程，調節速度和控制精度等要求外，執行機構—壓下液壓缸在外形尺寸上還受軋鋼機牌坊窗口尺寸的約束，結構上還必須保證滿足更換軋輥方便等要求。要設計一個好的控制系統，必須充分重視這些問題的解決。所以設計師應全面了解被控對象的工況，並綜合運用電氣、機械、液壓、工藝等方面的理論知識，使設計的控制系統滿足被控對象的各項要求。
4.1.2 明角設計系統的性能要求
1）被控對象的物理量：位置、速度或是力。
2）靜態極限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。
3）要求的控制精度：由給定信號、負載力、干擾信號、伺服閥及電控系統零飄、非線性環節（如摩擦力、死區等）以及感測器引起的系統誤差，定位精度，解析度以及允許的飄移量等。
4）動態特性：相對穩定性可用相位裕量和增益裕量、諧振峰值和超調量等來規定，響應的快速性可用載止頻率或階躍響應的上升時間和調整時間來規定；
5）工作環境：主機的工作溫度、工作介質的冷卻、振動與沖擊、電氣的雜訊干擾以及相應的耐高溫、防水防腐蝕、防振等要求；
6）特殊要求；設備重量、安全保護、工作的可靠性以及其它工藝要求。
4.1.3 負載特性分析
正確確定系統的外負載是設計控制系統的一個基本問題。它直接影響系統的組成和動力元件參數的選擇，所以分析負載特性應盡量反映客觀實際。液壓伺服系統的負載類型有慣性負載、彈性負載、粘性負載、各種摩擦負載（如靜摩擦、動摩擦等）以及重力和其它不隨時間、位置等參數變化的恆值負載等。
4.2 擬定控制方案、繪制系統原理圖
在全面了解設計要求之後，可根據不同的控制對象，按表6所列的基本類型選定控制方案並擬定控制系統的方塊圖。如對直線位置控制系統一般採用閥控液壓缸的方案，方塊圖如圖36所示。

圖36 閥控液壓缸位置控制系統方塊圖
表6 液壓伺服系統控制方式的基本類型
伺服系統 控制信號 控制參數 運動類型 元件組成
機液
電液
氣液
電氣液 模擬量
數字量
位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、壓力 直線運動
擺動運動
旋轉運動 1.閥控制：閥-液壓缸，閥-液壓馬達
2.容積控制：變數泵-液壓缸；變數泵-液壓馬達；閥-液壓缸-變數泵-液壓馬達
3.其它：步近式力矩馬達
4.3 動力元件參數選擇
動力元件是伺服系統的關鍵元件。它的一個主要作用是在整個工作循環中使負載按要求的速度運動。其次，它的主要性能參數能滿足整個系統所要求的動態特性。此外，動力元件參數的選擇還必須考慮與負載參數的最佳匹配，以保證系統的功耗最小，效率高。
動力元件的主要參數包括系統的供油壓力、液壓缸的有效面積（或液壓馬達排量）、伺服閥的流量。當選定液壓馬達作執行元件時，還應包括齒輪的傳動比。
4.3.1 供油壓力的選擇
選用較高的供油壓力，在相同輸出功率條件下，可減小執行元件——液壓缸的活塞面積（或液壓馬達的排量），因而泵和動力元件尺寸小重量輕，設備結構緊湊，同時油腔的容積減小，容積彈性模數增大，有利於提高系統的響應速度。但是隨供油壓力增加，由於受材料強度的限制，液壓元件的尺寸和重量也有增加的趨勢，元件的加工精度也要求提高，系統的造價也隨之提高。同時，高壓時，泄漏大，發熱高，系統功率損失增加，雜訊加大，元件壽命降低，維護也較困難。所以條件允許時，通常還是選用較低的供油壓力。
常用的供油壓力等級為7MPa到28MPa，可根據系統的要求和結構限制條件選擇適當的供油壓力。
4.3.2 伺服閥流量與執行元件尺寸的確定
如上所述，動力元件參數選擇除應滿足拖動負載和系統性能兩方面的要求外，還應考慮與負載的最佳匹配。下面著重介紹與負載最佳匹配問題。
（1）動力元件的輸出特性
將伺服閥的流量——壓力曲線經坐標變換

繪於υ－FL平面上，所得的拋物線即為動力元件穩態時的輸出特性，見圖37。

圖37 參數變化對動力機構輸出特性的影響
a）供油壓力變化；b）伺服閥容量變化；c）液壓缸面積變化
圖中 FL——負載力，FL=pLA；
pL——伺服閥工作壓力；
A——液壓缸有效面積；
υ——液壓缸活塞速度，
；
qL——伺服閥的流量；
q0——伺服閥的空載流量；
ps——供油壓力。
由圖37可見，當伺服閥規格和液壓缸面積不變，提高供油壓力，曲線向外擴展，最大功率提高，最大功率點右移，如圖37a。
當供油壓力和液壓缸面積不變，加大伺服閥規格，曲線變高，曲線的頂點A ps不變，最大功率提高，最大功率點不變，如圖37b。
當供油壓力和伺服閥規格不變，加大液壓缸面積A，曲線變低，頂點右移，最大功率不變，最大功率點右移，如圖37c。
（2）負載最佳匹配圖解法
在負載軌跡曲線υ－FL平面上，畫出動力元件輸出特性曲線，調整參數，使動力元件輸出特性曲線從外側完全包圍負載軌跡曲線，即可保證動力元件能夠拖動負載。在圖38中，曲線1、2、3代表三條動力元件的輸出特性曲線。曲線2與負載軌跡最大功率點c相切，符合負載最佳匹配條件，而曲線1、3上的工作點α和b，雖能拖動負載，但效率都較低。
（3）負載最佳匹配的解析法
參見液壓動力元件的負載匹配。
（4）近似計演算法
在工程設計中，設計動力元件時常採用近似計演算法，即按最大負載力FLmax選擇動力元件。在動力元件輸出特性曲線上，限定

FLmax≤pLA=

，並認為負載力、最大速度和最大加速度是同時出現的，這樣液壓缸的有效面積可按下式計算：
（37）

圖38 動力元件與負載匹配圖形
按式37求得A值後，可計算負載流量qL，即可根據閥的壓降從伺服閥樣本上選擇合適的伺服閥。近似計演算法應用簡便，然而是偏於保守的計算方法。採用這種方法可以保證系統的性能，但傳遞效率稍低。
（5）按液壓固有頻率選擇動力元件
對功率和負載很小的液壓伺服系統來說，功率損耗不是主要問題，可以根據系統要求的液壓固有頻率來確定動力元件。
四邊滑閥控制的液壓缸，其活塞的有效面積為

（38）
二邊滑閥控制的液壓缸，其活塞的有效面積為

（39）
液壓固有頻率ωh可以按系統要求頻寬的（5～10）倍來確定。對一些干擾力大，負載軌跡形狀比較復雜的系統，不能按上述的幾種方法計算動力元件，只能通過作圖法來確定動力元件。
計算閥控液壓馬達組合的動力元件時，只要將上述計算方法中液壓缸的有效面積A換成液壓馬達的排量D，負載力FL換成負載力矩TL，負載速度換成液壓馬達的角速度 ，就可以得到相應的計算公式。當系統採用了減速機構時，應注意把負載慣量、負載力、負載的位移、速度、加速度等參數都轉換到液壓馬達的軸上才能作為計算的參數。減速機構傳動比選擇的原則是：在滿足液壓固有頻率的要求下，傳動比最小，這就是最佳傳動比。
4.3.3 伺服閥的選擇
根據所確定的供油壓力ps和由負載流量qL（即要求伺服閥輸出的流量）計算得到的伺服閥空載流量q0，即可由伺服閥樣本確定伺服閥的規格。因為伺服閥輸出流量是限制系統頻寬的一個重要因素，所以伺服閥流量應留有餘量。通常可取15%左右的負載流量作為伺服閥的流量儲備。
除了流量參數外，在選擇伺服閥時，還應考慮以下因素：
1）伺服閥的流量增益線性好。在位置控制系統中，一般選用零開口的流量閥，因為這類閥具有較高的壓力增益，可使動力元件有較大的剛度，並可提高系統的快速性與控制精度。
2）伺服閥的頻寬應滿足系統頻寬的要求。一般伺服閥的頻寬應大於系統頻寬的5倍，以減小伺服閥對系統響應特性的影響。
3）伺服閥的零點漂移、溫度漂移和不靈敏區應盡量小，保證由此引起的系統誤差不超出設計要求。
4）其它要求，如對零位泄漏、抗污染能力、電功率、壽命和價格等，都有一定要求。
4.3.4 執行元件的選擇
液壓伺服系統的執行元件是整個控制系統的關鍵部件，直接影響系統性能的好壞。執行元件的選擇與設計，除了按本節所述的方法確定液壓缸有效面積A（或液壓馬達排量D）的最佳值外，還涉及密封、強度、摩擦阻力、安裝結構等問題。
4.4 反饋感測器的選擇
根據所檢測的物理量，反饋感測器可分為位移感測器、速度感測器、加速度感測器和力（或壓力）感測器。它們分別用於不同類型的液壓伺服系統，作為系統的反饋元件。閉環控制系統的控制精度主要決定於系統的給定元件和反饋元件的精度，因此合理選擇反饋感測器十分重要。
感測器的頻寬一般應選擇為控制系統頻寬的5～10倍，這是為了給系統提供被測量的瞬時真值，減少相位滯後。感測器的頻寬對一般系統都能滿足要求，因此感測器的傳遞函數可近似按比例環節來考慮。
4.5 確定系統方塊圖
根據系統原理圖及系統各環節的傳遞函數，即可構成系統的方塊圖。根據系統的方塊圖可直接寫出系統開環傳遞函數。閥控液壓缸和閥控液壓馬達控制系統二者的傳遞函數具有相同的結構形式，只要把相應的符號變換一下即可。
4.6 繪制系統開環波德圖並確定開環增益
系統的動態計算與分析在這里是採用頻率法。首先根據系統的傳遞函數，求出波德圖。在繪制波德圖時，需要確定系統的開環增益K。
改變系統的開環增益K時，開環波德圖上幅頻曲線只升高或降低一個常數，曲線的形狀不變，其相頻曲線也不變。波德圖上幅頻曲線的低頻段、穿越頻率以及幅值增益裕量分別反映了閉環系統的穩態精度、截止頻率及系統的穩定性。所以可根據閉環系統所要求的穩態精度、頻寬以及相對穩定性，在開環波德圖上調整幅頻曲線位置的高低，來獲得與閉環系統要求相適應的K值。
4.6.1 由系統的穩態精度要求確定K
由控制原理可知，不同類型控制系統的穩態精度決定於系統的開環增益。因此，可以由系統對穩態精度的要求和系統的類型計算得到系統應具有的開環增益K。
4.6.2由系統的頻寬要求確定K
分析二階或三階系統特性與波德圖的關系知道，當ζh和K/ωh都很小時，可近似認為系統的頻寬等於開環對數幅值曲線的穿越頻率，即ω-3dB≈ωc，所以可繪制對數幅頻曲線，使ωc在數值上等於系統要求的ω-3dB值，如圖39所示。由此圖可得K值。

圖39 由ω-3dB繪制開環對數幅頻特性
a）0型系統；b）I型系統
4.6.3 由系統相對穩定性確定K
系統相對穩定性可用幅值裕量和相位裕量來表示。根據系統要求的幅值裕量和相位裕量來繪制開環波德圖，同樣也可以得到K。見圖40。
實際上通過作圖來確定系統的開環增益K，往往要綜合考慮，盡可能同時滿足系統的幾項主要性能指標。
4.7 系統靜動態品質分析及確定校正特性
在確定了系統傳遞函數的各項參數後，可通過閉環波德圖或時域響應過渡過程曲線或參數計算對系統的各項靜動態指標和誤差進行校核。如設計的系統性能不滿足要求，則應調整參數，重復上述計算或採用校正環節對系統進行補償，改變系統的開環頻率特性，直到滿足系統的要求。
4.8 模擬分析
在系統的傳遞函數初步確定後，可以通過計算機對該系統進行數字模擬，以求得最佳設計。目前有關於數字模擬的商用軟體，如Matlab軟體，很適合模擬分析。

『陸』 製作水塔水位控制系統時，浮球開關、繼電器與51單片機如何相連

浮球開關連接在單片機的一位I/O與GND之間，繼電器由一位I/O口控制，編程實時查詢浮球開關I/O口的狀態，根據這個口的狀態變化編程式控制制繼電器的狀態。