水箱水位控制系统设计方案

1 绪论

1.1 水箱水位控制系统研究背景及意义

1.1.1 水箱水位控制系统研究背景

水是动植物体内和人的身体中不可缺少的物质，也可以说，如果没有水就没有生命的存在。同时，工农业生产中也不能离开水，水是工农业生产中的重要原料。在工农业的生产中，经常需要控制各类液体的水位。随着我国工业的迅猛发展，水位控制技术已被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气和液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器一定要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽泡水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备正常安全运行的保证；在教学与科研中，也经常遇到需要进行水位控制类的实验。 1.1.2 水箱水位控制系统研究意义

大型水箱是许多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全问题。在原来的工厂里，对水箱的多数操作是由相应的人员进行操作的，这样原始的人工操作方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，实时监控水箱的环境，夜间的监控等等，一旦操作员稍有疏忽，或者某个监则器件的损坏，都将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全。所以，对水箱的控制，如果能够使用精密而又会严格按照生产规定运行的自动化系统，就可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源，并有效地提高了生产效率。

如果从节约能源方面考虑，以往的人工控制在多数情况下，会造成资源的不必要浪费，而大部分原因都是水箱内部水位的情况没有及时反馈到操作员那里，从而使控制上有了一定的延迟，从而造成了水量过多或没有及时补水而导致的资源浪费

甚至生产出现异常。而对水箱水位的实时监控以及自动化系统的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况，又可以很好的节约水资源，有效的降低了生产成本。

单片机，一块小小的芯片上集成了一台微型计算机的各个组成部分，它的诞生使许许多多的自动化控制系统得以变成现实。80C51以它功能强大，设计简单，成本廉价，支持指令集较多的各大优点，应用到众多嵌入式系统的开发中。

因此，基于51单片机的水箱水位控制系统的研究有着非凡的意义。 水位控制一般指对某一水位进行有目的的控制调节，使其达到所要求的控制精度。而液体水位的自动控制，是近几年新开发出来的一项全新技术，它是由微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物，工程方面的作业采用的仍是微机控制和原有的仪表控制，微机控制有以下几点明显的优势：

1）直观并集中显示运行参数，能显示当前的水位状态。

2）在运行过程中可以随时修改各种各样的运行参数的控制值，并能方便的修改系统的控制参数，可以随意的修改水位的上限、下限。

3）具有水位控制的自动化处理以及监控软件优良的人机界面，操作人员可以在监控计算机上根据控制效果来及时的修改运行参数，这样能有效地减少工作人员的疲劳和降低失误，提高了生产过程的实时性、安全性。

综上的几点优势，便可预见计算机控制系统的普及是各大行业的大势所趋。单片机在一块小小的芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等各个部件。自单片机问世以来，它的性能就不断提高和完善，体积小、速度快、功耗低等特点使单片机的应用领域日益广泛。目前，多数工业控制系统的工作环境较差，干扰性强，利用单片机的自动控制就能轻松解决这些缺点。因此，推广单片机在控制领域的应用，使用单片机自动控制是一个很好的选择。

1.2水箱水位控制系统国内外研究现状

目前，水箱控制系统的应用已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业，它以自身的控制系统的安全优势，已经逐渐深入到一些民用产品。但就目前阶段来讲，它的制作成本还很高。比如把一台普通的家用水箱改装成自动化控制的水箱，从整个硬件的设计和铺设，对于民用类产品实施的性价还是比较高的。因此大

规模的普及仍受到一些经济上的限制。不过，从长远来看，随着自动化技术的完善和硬件成本的降低，以及人们对现有资源的重视。水箱自动控制系统仍然有着广阔的前景。

虽然我国仍处于发展中国家，但几乎在能源相关的所有领域中，水箱都是一个不可或缺的部件，这一点，即便是发达国家也不例外。水箱自动控制系统性能的优良与否直接关系到了企业的生产安全和效益。近些年，伴随着我国嵌入式技术的不断发展，我国的自动控制系统技术已然达到国际水平，但在很多中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制仍然是采用人工控制的。随着我国单片机技术的日趋成熟，以及单片机生产成本的逐渐下降，基于单片机的水箱自动控制系统已经应用到中小型以及民用产品的领域中。而且现在越来越多的水箱生产厂商都已经开始聘用单片机的开发人员和电路设计人员，控制系统已成为水箱设计的一部分，来提高自身产品的安全系数和高科技含量借以提高产品在整个市场中的竞争力。

世界上一些发达国家在单片机的新型研究、制造和应用上，早已积累了很多的经验，奠定了一定的基础。进入了国际市场，我国在系统研究、制造、应用和经验这些方面，与那些发达国家相比，还存在着一些差距。不过，我国的研究人员已经克服重重困难，在不断地摸索前进，有望在单片机这个领域很快赶上甚至超越发达国家的技术水平，这已然是我国的发展趋势。

1.3水箱水位控制系统研究发展方向

纵观生活中的各个领域，从追踪导弹的导航装置，到飞机上的各种仪表控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化生产过程中的实时控制和数据处理，以及我们日常生活中经常使用的各种智能IC卡等，这些全都离不开单片机控制。在过去没有单片机的时候，虽然这些东西也能做，但是只能使用极其复杂的模拟电路来实现，然而这样做的代价是：产品不仅体积巨大，而且成本较高，而且由于长期的使用，元器件会不断老化，控制的精度就会逐渐达不到标准。而在单片机诞生后，我们就可以把控制这些东西变为智能化，我们只需在单片机的外围接入一些简单的接口电路，核心部分由人为的编写程序来完成。这样，不仅产品的体积变小了，成本也降低了很多，再长期使用也不用担心精度达不到了。所以，单片机的