由于自动化技术在工矿企业的广泛运用，水位自动控制技术越来越频繁地进入到自动控制系统设计者的视线。目前成熟的水位自动控制手段主要有单片机监控和比较电路监控两种，其比较如下：单片机监控系统结构相对复杂，需要硬件和软件同时支持，外围电路相对繁琐，但其人机交互性强，功能强大，控制精度高，能够方便地与上位机通讯，实现数据共享。在现实生产中主要应用在对控制精度要求较高的场合。比较电路监控技术结构简单，不需要软件支持，价格低廉，但是其较差的人机交互性和不具备数据共享的弱点决定了其只能应用在对控制精度要求不高的一般场合。本设计中介绍一种用通用型的基于单片机的水位自动控制系统。

1 基于单片机的水位控制系统的工作原理

通用水位自动控制系统工作流程如下：由浮球液位变送器传送来的电流信号经过前级放大和A/D转换进入单片机，经单片机计算处理(与用户的设定值作比较)。将输出数字量进行D／A转换送给电动执行机构。系统采用典型的闭环控制。根据系统工作原理和系统用户的一般要求，考虑到构成现场总线控制系统时与上位机的通讯以实现数据共享的要求，系统中加入了通讯模块。系统结构图如下。

图1 系统结构图

2 基于单片机的通用水位自动控制系统的硬件设计

系统硬件部分的设计采用模块化的设计方法，根据功能的不同，把系统划分为如下模块(图2)。

图2 系统模块图

输入模块的硬件设计分为前级电流/电压转换和A/D转换电路的设计。前级电流，电压转换电路用于放大浮球液位变送器的检测结果，其主要部件可调放大器采用1458芯片，考虑到现场的实际情况，对其外围加入电容．作一定的抗干扰和滤波处理。A/D转换芯片采用美国BB公司的ADS7818芯片，单片机采用查询方式通过P1.0口不断查询BUSY状态。当SY为1时，表示从ADS7818完成一次转换。单片机通常通过两次读取操作来将数据读入，当R/C=1，CS=0，BY12=0时，读取高8位；当R/C=1，CS=0，读取低4位。数据读取完成后，单片机将R/C和CS端置低40nS-12uS，以启动下一次转换，此时BUSY输出为低电平。芯片采用并行方式下的数据转换时序。

人机交互模块的硬件设计即键盘显示驱动电路。系统采用Intel公司通用人机接口芯片8279。将8279的A、B口显示数据输出线分别与2个D7译码跳动器的输入端相连。控制面板上的键数按用户自己的需要进行设定。以设定一个特定值为例加以说明。当按下“设定”键后，面板上1-4位数码管熄灭。此时状态标明该测试仪正在等待操作人员键入设定的特定值数据。此时按一次“加”键，则最后一位显示的水位的LED的数值增加1，满10自动进位，按“减”键时。则最后一位显示的水位的LED的数值减1，不够自动借位。如果输入了错误的值，则可以按“复位”键才使水位值回到初始状态。如果输入完毕。则可以按“模式”键，再按“复位”键确定，则系统自动进入监控主程序。

通讯电路的硬件设计选择MAXIM公司生产的低功耗，单电源双RS232发送，接器作为控制芯片，采用DB-9连接器。结合RS232C数据线和MAX232芯片各个引脚的定义，让单片机的TXD和RXD端通过MAX232分别与上位机的TXD和RXD端直接连接，组成最简单的基本通讯电路。

3 基于单片机的水位自动控制系统的软件设计

主监控程序本质为一个数值比较程序，为防止其开关的频繁动作和测量误差，在程序中设置死区作为系统的过渡。

人机交互程序的主要作用是对键盘输入信号进行处理，对键盘的查询选用定时中断扫描方式，按系统要求处理单按键，并且每按一次键只处理一次按键的要求。系统上电后，首先对8279芯片进行初始化。然后进入用户设定程序。当有键按下时，单片机产生外部中断。在中断服务程序中进行键值读入，并存放在一个固定单元，此时主程序再对键值进行分析判断和处理。

通信程序遵循标准232口通信协议的波特率1200bps，选用定时器T1作为波特率发生器，晶振为2MHZ，定时器T1工作于模式2，定时器初值为0E6H。再在PC机上设置好与单片机的握手信号．即可实现通信。

4 基于单片机的水位自动控制系统的抗干扰措施

系统通过硬件和软件两种方面的措施来实现抗干扰。

硬件抗干扰电路的设计结合水位自动控制系统运用的现场实际情况，采取如下措施：在主机与测控通道的连接部分接入光电耦合器。从而增强系统的抗干扰能力：利用双绞线来解决单片机控制系统中信号的长线传输问题。

软件抗干扰措施采用看门狗，应用单片机中的两个定时器T0和T1，对主程序的运行进行监控。T1用来监控主程序的运行，给T1设定一定的定时时间。在主程序中对它进行复位，如果不能在一定的时间里对它复位，T1的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的裕量。而T1的中断正常与否，再由T0定时中断子程序来监视，以构成了循环，T0监视T1，T1监视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。

5 结束语

基于单片机的水位自动控制系统由于价格低廉，通用性、实用性强，能够在稍作改造后或直接用于诸如：自来水厂的储水池、爆气池，污水处理厂、化学工厂的各类液体池以及电厂的锅炉气泡等需要水位自动控制的场合。

该基于单片机的水位自动控制系统是供水系统稳定的可靠保证，在提高经济效益，减少工作人员劳动强度方面起到了较大的作用，能使需要该系统的工矿自动化水平提高具有一定的社会和经济意义。