储粉仓粉位高度控制系统.docx

储粉仓粉位高度控制系统.docx

《储粉仓粉位高度控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《储粉仓粉位高度控制系统.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

储粉仓粉位高度控制系统

课程设计说明书

学生姓名:

学号:

学院:

自动化工程学院

班级:

题目:

储粉仓粉位高度控制系统

指导教师:

职称:

2015年6月2日

1.设计方案

利用单片机为控制核心,设计一个对锅炉煤粉粉位进行监控的系统。

根据监控对象的特征,要求实时检测煤粉的粉位高度,并与开始预设定值做比较,由单片机控制固态继电器的开断进行粉位的调整,最终达到粉位的预设定值。

检测值若高于上限设定值时,要求报警,断开继电器,控制送粉器停止送粉;检测值若低于下限设定值,要求报警,开启继电器,控制送粉器开始送粉。

现场实时显示测量值,从而实现对煤粉粉位的监控。

2、1流程框图

图1锅炉粉位自动控制系统工作流程框图

2、2工作原理

基于单片机实现的液位控制器就是以AT8C951芯片为核心,由键盘、数码显示、A／D转换、传感器,电源与控制部分等组成。

工作过程如下:

煤粉粉位位发生变化时,由测量粉位的传感器ZNZC煤粉仓重锤料位计测出,并转化为4-20MA标准信号送入A／D转换器,A／D转换器把模拟信号变成数字信号量,由单片机进行实时数据采集,并进行处理,根据设定要求控制输出,同时数码管显示粉位高度。

通过键盘设置粉位高、低与限定值以及强制报警值。

该系统控制器特点就是直观地显示粉位高度,可任意控制粉位高度。

3、硬件设计

液位控制器的硬件主要包括由传感器（带变送器）、单片机、键盘电路、数码显示电路、A／D转换器与输出控制电路等。

3、1传感器

ZNZC重锤式料位计主要用于测量料仓及各种储料罐中的物料高度,使用户可靠的掌握料仓中的料位、可用来测量各种复杂环境料仓的料位,包括粉状,颗粒状及块状物料等介质、广泛应用于化工,食品,冶金,水电,水泥,塑料,采矿及其她工业领域、。

总览重锤式料位计由机械传动部分,仪表控制部分,探测锤三部分组成。

特点设计结构新颖,功能强大、可实现24小时自动测量。

图1ZNZC引脚图

表1ZNZC传感器参数

参考操作条件

环境温度:

-5℃～+60℃

最小介质密度:

300g/L （更小密度需定制）

最小测量时间间隔:

测量高度    5m   3m

测量高度    10m   6m

测量高度    20m  12m

测量高度    30m 18m

机械传动部分

测量范围:

最大30m

测量精度:

±0、08m

测量速度:

0、15m/s

钢丝绳直径:

2mm

钢丝绳材质:

304不锈钢

探测锤重量:

2Kg

整机重量:

30Kg

仪表控制部分

供电电压:

AC220V,50Hz

功耗:

75W

信号输出:

4～20mA

显示:

4位LCD

重量:

3Kg

3、2单片机电路设计

3、2、1AT89C51功能及引脚分布

本次课程设计基于AT89C51单片机,AT89C51就是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。

AT89C2051就是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集与输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU与闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51就是一种高效微控制器。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

引脚分布如下图3、2、1所示:

图3、2、1AT89C51及引脚分布

VCC:

供电电压。

GND:

接地。

P0口:

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。

P1口:

P1口就是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这就是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程与校验时,P1口作为第八位地址接收。

P2口:

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。

并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。

这就是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程与校验时接收高八位地址信号与控制信号。

P3口:

P3口管脚就是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。

作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这就是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:

管脚备选功能

P3、0RXD（串行输入口）

P3、1TXD（串行输出口）

P3、2/INT0（外部中断0）

P3、3/INT1（外部中断1）

P3、4T0（记时器0外部输入）

P3、5T1（记时器1外部输入）

P3、6/WR（外部数据存储器写选通）

P3、7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程与编程校验接收一些控制信号。

RST:

复位输入。

当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG:

当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。

在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的就是:

每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令就是ALE才起作用。

另外,该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。

/PSEN:

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP:

当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管就是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1:

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2:

来自反向振荡器的输出。

3、2、2振荡方式的选择

本次设计用到的就是内部振荡方式,这种方式下在X1与X2两端跨接石英晶体及两个电容,如下图所示,这样就与内部的反响放大器构成稳定的自己振荡器。

电容C1与C2通常取30pF,可稳定频率并对正当频率有微调作用。

接线图如下:

图3、2、2内部振荡方式

3、2、3复位电路的设计

复位电路的基本功能就是:

系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。

为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能,图3为其输入-输出特性。

但解决不了电源毛刺（A点）与电源缓慢下降（电池电压不足）等问题而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。

左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰。

电路图如下:

图3、2、3复位电路

3、3AD转换电路的设计

本次课程设计使用AD转换器件就是ADC0809,ADC0809就是8路模拟信号的分时采集,片内有8路模拟选通开关,以及相应的通道抵制锁存用译码电路,其转换时间为100μs左右,ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装,其引脚分布图如下:

图3、3AD0809引脚图

3、3、1A/DC0809主要信号引脚的功能

IN7～IN0——模拟量输入通道

ALE——地址锁存允许信号。

对应ALE上跳沿,A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START——转换启动信号。

START上升沿时,复位ADC0809;START下降沿时启动芯片,开始进行A/D转换;在A/D转换期间,START应保持低电平。

本信号有时简写为ST、

A、B、C——地址线。

通道端口选择线,A为低地址,C为高地址,引脚图中为ADDA,ADDB与ADDC。

其地址状态与通道对应关系见表9-1。

CLK——时钟信号。

ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引脚。

通常使用频率为500KHz的时钟信号

EOC——转换结束信号。

EOC=0,正在进行转换;EOC=1,转换结束。

使用中该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。

D7～D0——数据输出线。

为三态缓冲输出形式,可以与单片机的数据线直接相连。

D0为最低位,D7为最高

OE——输出允许信号。

用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE=0,输出数据线呈高阻;OE=1,输出转换得到的数据。

Vcc——+5V电源。

Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。

其典型值为+5V（Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V）、

3、3、2A/DC0809与AT851单片机的连接

电路连接主要涉及两个问题。

一就是8路模拟信号通道的选择,二就是A/D转换完成后转换数据的传送。

ADC0809与AT89C51单片机的连接图如下:

图3、3、2、1ADC0809与AT89C51单片机的接线图

如图3、2、2、2所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0、0、P0、1、P0、2）,而地址锁存允许信号ALE由P2、0控制,则8路模拟通道的地址为0FEF8H～0FEFFH、此外,通道地址选择以WR作写选通信号,这一部分电路连接如图所示。

图3、2、2、2模拟通道选择信号接线图

从图中可以瞧到,把ALE信号与START信号接在一起了,这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址,紧接着在其后沿就启动转换。

启动A/D转换只需要一条MOVX指令。

在此之前,要将P2、0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。

例如要选择IN0通道时,可采用如下两条指令,即可启动A/D转换:

MOVDPTR,#FE00H;送入0809的口地址

MOVX@DPTR,A;启动A/D转换（IN0）

注意:

此处的A与A/D转换无关,可为任意值。

3、3、3转换数据的传送

A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。

数据传送的关键问题就是如何确认A/D转换的完成,因为只有确认完成后,才能进行传送。

为此可采用下述三种方式。

1）定时传送方式

对于一种A/D转换其来说,转换时间作为一项技术指标就是已知的与固定的。

例如ADC0809转换时间为128μs,相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。

可据此设计一个延时子程序,A/D转换启动后即调用此子程序,延迟时间一到,转换肯定已经完成了,接着就可进行数据传送。

2）查询方式

A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号,例如ADC0809的EOC端。

因此可以用查询方式,测试EOC的状态,即可却只转换就是否完成,并接着进行数据传送。

3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号,以中断方式进行数据传送。

不管使用上述那种方式,只要一旦确定转换完成,即可通过指令进行数据传送。

首先送出口地址并以

信号有效时,OE信号即有效,把转换数据送上数据总线,供单片机接受。

不管使用上述那种方式,只要一旦确认转换结束,便可通过指令进行数据传送。

所用的指令为MOVX读指令,仍以图9-17所示为例,则有

MOVDPTR,#FE00H

MOVXA,@DPTR

该指令在送出有效口地址的同时,发出

有效信号,使0809的输出允许信号OE有效,从而打开三态门输出,就是转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。

这里需要说明的示,ADC0809的三个地址端A、B、C即可如前所述与地址线相连,也可与数据线相连,例如与D0～D2相连。

这就是启动A/D转换的指令与上述类似,只不过A的内容不能为任意数,而必须与所选输入通道号IN0～IN7相一致。

例如当A、B、C分别与D0、D1、D2相连时,启动IN7的A/D转换指令如下:

MOVDPTR,#FE00H;送入0809的口地址

MOVA,#07H;D2D1D0=111选择IN7通道

MOVX@DPTR,A;启动A/D转换

3、4键盘输入电路的设计

3、4、1按键去抖

通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,电压信号小型如下图。

由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。

因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,如下图。

抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为5ms～10ms。

按键稳定闭合时间的长短则就是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒。

键抖动会引起一次按键被误读多次。

为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理,必须去除键抖动。

在键闭合稳定时读取键的状态,并且必须判别到键释放稳定后再作处理。

按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。

（1）硬件消抖:

在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。

下图所示的RS触发器为常用的硬件去抖。

图3、3、1RS触发器硬件消抖

图中两个“与非”门构成一个RS触发器。

当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。

此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。

也就就是说,即使B点的电压波形就是抖动的,但经双稳态电路之后,其输出为正规的矩形波。

这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。

（2）软件消抖:

如果按键较多,常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。

当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。

3、4、2键盘扫描方法

扫描查询法,就是一种最常用的按键识别方法,如下图所3、4示键盘,介绍过程如下。

（1）判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平,然后检测列线的状态。

只要有一列的电平为低,则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。

若所有列线均为高电平,则键盘中无键按下。

（2）判断闭合键所在的位置在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。

其方法就是:

依次将行线置为低电平,即在置某根行线为低电平时,其它线为高电平。

在确定某根行线位置为低电平后,再逐行检测各列线的电平状态。

若某列为低,则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就就是闭合的按键。

图3、44×4键盘扫描法接口电路

3、5数显输出电路的设计

下图为并行输入硬件译码静态显示电路,采用锁存器MC14495将P1口低4位输出地BCD码译成七段字形段码,利用P1口高4位作为各锁存译码器的锁存信号。

CPU把送显数据写到锁存器后,对应的各位LED即可稳定显示。

图3、5硬件译码并行输入静态显示电路

4.软件设计部分

原理图绘制

系统框图: