基于单片机的水位控制系统设计毕业论文Word格式文档下载.doc
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20年月日
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摘要
传统的水位控制在生产中一直占有主导地位,但随着生产线的更新,不仅要求有更直观、准确、稳定的水位控制系统,同时还要求在降低生产设备的成本方面要求更新自动化程度和性价比高的水位控制系统。
单片机控制系统以其控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、造价低等特点被应用到水位系统的控制中。
本系统采用单片机AT89C51为控制核心来实现水位的基本控制功能。
系统由键盘、数码显示、A/D转换、传感器、电源和控制部分组成。
本文以单片机端口的输出电平控制继电器的动作,实现电机的启动或者停止,从而达到自动控制水位的目的。
另外,系统可根据需要设定水位控制的高度,同时具备超限报警和故障报警功能,并辅以发光二极管显示相应水位的状态。
关键字:
AT89C51,A/D转换,水位控制,数码显示,传感器,故障报警
Levelcontrolsystembasedonmicrocomtroller
Abstract
Thetraditionalwaterlevelcontrolinproductionhasbeenadominantposition,butwithproductionline,notonlytheupdatedemandingmoredirect,preciseandstablewaterlevelcontrolsystem,atthesametimealsorequiresthecostinreducingproductionequipmentrequirementsupdateautomationdegreeandcost-effectiveofwaterlevelcontrolsystem.Single-chipmicrocomputercontrolsystemwithitshighcontrolaccuracy,reliableperformance,convenientoperation,lowcostsettobeappliedtotheliquidlevelsystemcharacteristicsofthecontrol.
ThissystemusesthemicrocontrollerAT89C51asthewaterlevelcontrolcoretorealizethebasiccontrolfunctions.Systembythekeyboard,digitaldisplay,A/Dconversion,sensors,powerandcontrolcomponents.Inthispaper,theoutputofmicrocontrollerportlevelcontrolrelayoperation,startorstopthemotor,soastoachievethepurposeofautomaticcontrolofwaterlevel.Inaddition,thesystemmayneedtosettheheightofwaterlevelcontrol,alongwithlimitalarmandfaultalarmfunction,supplementedbylight-emittingdiodedisplaysthestatusofthecorrespondinglevel.
Keywords:
AT89C51A/Dconversionthewaterlevelcontroldigitaldisplaysensorfaultalarm
目录
1引言 1
2系统设计方案比较说明 3
3水位控制系统的原理和设计方案 4
3.1水位控制系统组成 4
3.2单片机系统组成及工作原理 4
3.2.1系统组成 4
3.2.2工作原理 5
3.3控制方案的设计 5
3.3.1设计思路 5
3.3.2方案设计 6
4硬件设计 8
4.1单片机 8
4.2时钟电路 9
4.3电源电路 11
4.4传感器 11
4.5串行通信 12
4.6键盘电路 13
4.7水位显示电路 13
4.8A/D转换电路 14
4.8.1ADC0809的内部逻辑结构 14
4.8.2ADC0809的引脚图 14
4.8.3A/D转换电路原理图 16
4.9电机控制 18
4.10看门狗电路 18
4.11稳压电路 20
4.12报警电路 21
5软件设计 22
5.1程序设计流程图 22
5.2程序设计 23
5.2.1键盘程序 23
5.2.2A/D转换子程序 24
5.2.3初始化程序 24
5.2.4运行状态下的程序 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录1 29
附录2 30
1引言
随着我国的国民经济与生活水平的发展,各个行业对自动化的需求也日益增加,为减少污染、节约资源,单片机的控制技术得到了广泛的应用。
无论是在工业生产中,还是在其他行业,水都是人们生活中不可或缺的资源,大部分都会使用到水箱,水箱里的水位控制就是最重要的问题了,以前都会有专门的人看管,既浪费人力,又不能准确的判断水位高低。
所以以单片机控制水箱的水位就得到了广泛应用。
水位控制系统是以水位为被控参数的控制系统,它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
在目前的过程控制领域中水位控制的研究引起了广泛的关注,随着集成电路规模的日趋大型化、复杂化,各种复杂的液位控制系统已成为一个研究焦点。
单片机是靠程序运行的,并且是可以修改的,通过不同的程序实现不同的功能。
尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大的力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。
为什么一点要用单片机呢,原因很简单,只因为单片机通过自己编写的程序便可以实现高智能、高效率以及高可靠性!
现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统),而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统[1]。
目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研研究在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,但着重生产实际的很少。
一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上,已积累了很多经验,奠定了基础,进入了国际市场。
我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上,与其他发达国家相比还存在差距,但是我国的研究人员已经克服很多困难,并在不断地摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平,这是发展趋势。
在工农业生产以及日常生活应用中,常常会需要对容器中的水位进行自动控制。
比如自动控制冰箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量,生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。
虽然各种水位控制的技术要求不同、精度不同,但是基本的控制原理可以归纳为一般的反馈控制方式,他们的主要区别在于检测水位的方式、反馈方式、以及控制器上的区别。
随着单片机和微机技术的不断发展,由PC机和多台单片机构成的多机向网络发展。
单片机自问世以来,性能不断地提高和完善,体积小、速度快、功率低的特点使它的应用领域日益广泛。
一般,工业控制系统的工作环境差,干扰性强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体的水位是个很好的选择。
基于51单片机的液位控制系统既满足系统精度的要求,同时具有可靠性[2]。
不论社会经济如何飞速,水在人们的正常生活和生产中起着重要的作用。
一旦断了水,轻则个人民带来极大地不便,重则可能造成严重的生产事故及损伤,从而对供水系统提出了更高的要求,满足及时、准确、安全充足的供水。
如果仍然使用人工的方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,因此必须进行自动化控制系统的改造。
从而实现提供足够的水量、平稳的水压的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。
一般工厂使用的水箱,体积都比较大,所以对水位的控制需求就相应的大了,而且随着工业上使用比较多,对水位的控制精度要求也高。
由于自动化技术在矿企业的广泛应用,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。
2系统设计方案比较说明
对于水位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有两种,一种是简单的机械式控制装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。
两种方式的实现如下:
(1)简单的接线式控制方式。
其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结构简单,成本低廉。
存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现
(2)复杂控制器控制方式。
这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量来控制其输出电压变化,进而调节电机转速,以达到控制水箱水位的目的[3]。
针对上述两种控制方式,以及设计需达到的性能要求,这里选择第二种控制方式。
最终形成的方案是,利用单片机为控制核心,设计一个对供水箱水位进行监控的系统。
根据监控对象的特征,要求实时检测水箱的水位高度,并与开始预设值进行比较,由单片机控制固态继电器的开断进行水位的调整,最终达到液位的与设定值。
检测值若高于上限设定值时,要求报警,断开继电器,控制水泵停止上水,检测值若低于下限设定值,要求报警,开启继电器,控制水泵开始上水。
现场实时显示测量值,从而实现对水箱水位的监控。
3水位控制系统的原理和设计方案
3.1水位控制系统组成
系统采用单片机作为数字控制器的处理器,其中,由压力变送器传送来的电压信号经过A/D转换传送给单片机,然后由单片机控制电动执行机构,具体结构如图3.1所示。
水位显示
P0P2
AT89C51
P1P3
水压模拟电压量
水泵电磁阀
传感器
A/D转化器
变化量
数字量
其他控制
键盘电路
参数及控制
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- 基于 单片机 水位 控制系统 设计 毕业论文