电厂水箱单片机控制系统.docx
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电厂水箱单片机控制系统
中文摘要
城镇高层建筑的生活和工作用水往往会因自来水的水压低而受影响,为此多数单位利用浮漂式机械水位控制器或电极式水位控制器控制电动水泵,将水从地面蓄水池抽到楼(塔)顶蓄水池,从而解决供水问题。
但浮漂式机械水位控制器体积大、机械故障多、可靠性差,电极式水位控制器因电极长期浸泡在水中,会因生锈腐蚀而经常失控。
本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制环瑞热电公司的800立方米的水箱的水位,不但克服了上述控制器的缺点,而且结构简单、成本低、抗干扰性能好,并实现了报警和手动、自动切换功能。
该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。
本文还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图,并编制了该汇编语言程序。
基于现在电厂水箱水位控制不能得到有效控制,水位高低无法预计,使得工作效率大大降低,故应用应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制的800立方米的水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能,且操作简便、易懂,能够批量采用。
该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。
目前,8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。
89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。
关键词单片机,水位控制器,机械故障,蓄水池,抗干扰性能,结构简单,锈腐蚀,可靠性
ABSTRACT
Becausethecitieshigh-riseconstructionlifeandtheworkwaterusedoftencantherunningwaterhydraulicpressurelowerreceiveaffect,usesforthismostunitsfloatsfloatsthetypemechanicalwaterlevelcontrollerortheelectrodetypewaterlevelcontrollercontrolelectricallyoperatedwaterpump,pullsoutthewaterfromthegroundreservoirtothebuilding(tower)goesagainstthereservoir,thussolutionwatersupplyquestion.Butfloatsfloatsthetypemechanicalwaterlevelcontrollervolumebig,themechanicalbreakdownmany,thereliabilityisbad,butbecausetheelectrodetypewaterlevelcontrollertheelectrodelong-termimmersioninthewater,canbecauseofrustthecorrosionfrequentlyoutofcontrol
Thepurposeofsingle-chipsystemdesignistheapplicationofsingle-chipcontroltechnology,to8051asthecoretocontrolheatQingfeng's800cubicmetersofwaterlevelinthetankandtoachievethealarmandmanual,automaticswitchingfunction.Thesystemiseasytooperate,goodperformance,moreinlinewiththeplantwatersystemcontrolneeds.Thisarticlealsogivesadetaileddiagramoftherelatedhardwareandsoftwareflowchart,andthepreparationoftheassemblylanguageprogram.
Basedoncurrentplantwatertankwaterlevelcontrolcannotbeeffectivelycontrolledwaterlevelcannotbeexpectedtoenabletheworkingefficiencyisgreatlyreduced,soapplicationofmicrocomputercontroltechnology,with8051asthecorecontrolofthewaterlevelof800cubicmetersofwatertanks,andtoachievethealarmandmanual,automaticswitchingfunction,andeasytooperate,easytounderstand,beabletomassadoption.
Thesystemiseasytooperate,goodperformance,moreinlinewiththeproductionofwaterpowerplantcontrolsystemneeds.Atpresent,8051inthefieldofindustrialinspectionhasbeenwidelyused,sowecanuseinmanyareasofSCM,withaccessalltypesofvoiceinterfaces,withasynthesizedspeechoutputcapabilityconstituteanintegratedapplicationsysteminordertoenhancethefunctionofman-machinedialogue.89C51isamicrocontrollerproducedbyIntel,inasmallchipintegratesamicro-computercomponents.
Controlobjectofthissystemisexperimentalequipment,watertanks,watertanklevelcontrol.objectivesistocontrolthemeansofACmotors.Operatorscanusethekeyboardfromthecontrolinterfacetosetthetargetleveltanks.Whenthecontrolinterfacefromtheswitchtoopen
Keywords:
Monolithicintegratedcircuit,waterlevelcontroller,mechanicalbreakdownreservoir,resistancetointerferencestructuresimple,rustcorrosionreliable,switchquantity
目录
中文摘要1
ABSTRACT2
目录3
一绪论4
1.选题的背景………………………………………………………………4
2.选题的意义………………………………………………………………4
二总体方案设计4
1设备结构图……………………………………………………………...4
28051单片机系统说明…………………………………………………...5
2.18051单片机简介………………………………………………………5
2.2.单片机的时序………………………………………………………...5
2.3.引脚极其功能………………………………………………………..7
3浮球液位开关8
三水箱给水设备系统的构成………………………………………………………..9
1水箱组成9
2本系统8051单片机控制部分结构10
3本系统的工作原理11
4主程序框图11
4.1主程序框图…………………………………………………………...11
4.2自动模式子程序……………………………………………………...11
4.3手动模式子程序……………………………………………………...12
四本系统程序清单…………………………………………………………………13
参考文献17
附录18
致谢…………………………………………………………………………………..19
一绪论
1.选题的背景
电厂高层建筑的生活和工作用水液位多数单位利用浮漂式机械水位控制器或电极式水位控制器控制电动水泵,将水从地面蓄水池抽到楼(塔)顶蓄水池,从而解决供水问题。
但浮漂式机械水位控制器体积大、机械故障多、可靠性差,电极式水位控制器因电极长期浸泡在水中,会因生锈腐蚀而经常失控。
水箱水位控制不能得到有效控制,水位高低无法预计,使得工作效率大大降低,而且操作麻烦,容易出错。
2.选题的意义
基于现在电厂水箱水位控制不能得到有效控制,水位高低无法预计,使得工作效率大大降低,故应用应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制的800立方米的水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能,且操作简便、易懂,能够批量采用。
该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。
本系统的控制对象是实验设备的水箱,控制目标是水箱液位,控制手段是交流电动机。
操作员可以利用键盘从控制界面上设定水箱的目标液位。
当从控制界面上打开系统开关时,系统开始运行,检测水箱的当前液位,当系统运行的实际数值超过界限时则产生报警事件,通过报警确认通知操作人员发生了异常情况,这样操作员可以及时发现警报,查询报警性质和出错时间,提高了维护的效率。
二总体方案设计
1设备结构图
应用单片机控制技术,以8051单片机为核心800立方米的水箱的水位控制,利用浮球液位开关的磁性浮子随液位升或降,使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片动作,发出接点开(关)转换信号。
与初始的设定值比较之后,经过单片机处理后对两台水泵进行控制,从而进行液位的调整。
结构图如下所示:
通过负反馈来实现目的,水箱水位通过浮球液位开关和其中的传感器进行转换,转换后数据与给定的液位值进行比较,单片机控制系统根据比较的结果对水泵进行控制,从而调整水箱水位,调整后的液位再一次经过传感器与设定值进行比较,进行调整。
28051单片机系统说明
2.18051单片机简介
目前,8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。
89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。
每一个单片机包括:
一个8位的微型处理器CPU;一个256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入,也可以输出;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。
最高允许振荡频率是12MHZ。
以上各个部分通过内部总线相连接。
下面简单介绍下其各个部分的功能。
HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装(DIP方式),制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外,还采用方型封装工艺。
其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚,但其中4只引脚(标有NC的引脚1、12、23、34)是不使用的。
在以后的讨论中,除有特殊说明以外,所述内容皆适用于CHMOS芯片。
2.2.单片机的时序
时钟电路在MCS-51单片机的内部有一个高增益的反相放大器其输入端为引脚XTAL119脚输出端为XTAL218脚我们只要在外部接上两个电容和一个晶振就能构成一个稳定的自激振荡器它的内部电路的工作原理就不介绍了这里主要讲一下电容和晶振的选择看上面的图晶振的大小与单片机的振荡频率有关我们到串行接口时再详细讲解电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性通常选择10-30P的瓷片电容或校正电容另外在设计电路时晶振和电容应尽可能的靠近芯片以减少PCB板的分布电容保证振荡器工作的稳定性提高系统的抗干扰能力 。
M田—51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
采用内部方式时,在C1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器,振荡频率的选择范围为1.2—12MHZ在使用外部时钟时,XTAL2用来输入外部时钟信号,而XTALI接地。
中央处理器是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。
中央处理器主要由运算部件和控制部件组成。
下面我们把中央处理器功能模块和有关的控制信号线联系起来加以讨论,并涉及相关的硬件设备(如振荡电路和时钟电路)。
运算部件:
它包括算术、逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。
运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。
MCS-51单片机的ALU功能十分强,它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补、清零等基本操作,还可以进行加、减、乘、除等基本运算。
为了乘除运算的需要,设置了B寄存器。
在执行乘法运算指令时,用来存放其中一个乘数和乘积的高8位数;在执行除法运算指令时,B中存入除数及余数。
MCS-51单片机的ALU还具有一般微机ALU,如Z80、MCS-48所不具备的功能,即布尔处理功能。
单片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统,它可对位(bit)变量进行布尔处理,如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作。
在实现位操作时,借用了程序状态标志器(PSW)中的进位标志Cy作为位操作的“累加器”。
运算部件中的累加器ACC是一个8位的累加器(ACC也可简写为A)。
从功能上看,它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处,但需要说明的是ACC的进位标志Cy就是布尔处理器进行位操作的一个累加器。
MCS-51单片机的程序状态PSW,是一个8位寄存器,它包含了程序的状态信息。
控制部件是单片机的神经中枢,它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。
它以主振频率为基准发出CPU的时序,对指令进行译码,然后发出各种控制信号,完成一系列定时控制的微操作,用来控制单片机各部分的运行。
其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑,如控制地址锁存的地址锁存信号ALE,控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA,以及片外取指信号PSEN。
除了内部时钟方式外单片机还可以采用引入外部时钟的振荡方式什么时候需要采用外部时钟方式呢当我们的系统由多片单片机组成时为了保证各单片机之间时钟信号的同步就应当引入唯一的公用的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲此时应将XTAL2悬空不用外部脉冲信号由XTAL1引入时序MGL5l单片机的一个执器周期由6个状态(s1—s6)组成,每个状态又持续2个接荡周期,分为P1和P2两个节拍。
这样,一个机器周期由12个振荡周期组成。
若采用12MHz的晶体振荡器,则每个机器周期为1us,每个状态周期为1/6us;在一数情况下,算术和逻辑操作发生在N期间,而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。
对于单周期指令,当指令操作码读人指令寄存器时,使从S1P2开始执行指令。
如果是双字节指令,则在同一机器周期的s4读人第二字节。
若为单字节指令,则在51期间仍进行读,但所读入的字节操作码被忽略,且程序计数据也不加1。
在加结束时完成指令操作。
多数Mcs—51指令周期为1—2个机器周期,只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令,它们需4个机器周期。
对于双字节单机器指令,通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节,但Movx指令例外,Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令,在执行Movx指令期间,外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。
下面是51单片机的振荡电路图:
2.3.引脚极其功能
MCS—51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。
1、电源引脚Vcc和Vss
Vcc(40脚):
接+5V电源正端;
Vss(20脚):
接+5V电源正端。
2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚):
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于CHOMS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。
3、控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。
(A).RST/VPD(9脚):
RST即为RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机复位到初始状态。
当VCC发生故障,降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。
(B).ALE/P(30脚):
当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存信号)以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低
(C).PSEN(29脚):
片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。
当从外部程序存储器读取指令或常数期间,每个机器周期PESN两次有效,以通过数据总线口读回指令或常数。
当访问外部数据存储器期间,PESN信号将不出现。
(D).EA/Vpp(31脚):
EA为访问外部程序储器控制信号,低电平有效。
当EA端保持高
电平时,单片机访问片内程序存储器4KB(MS—52子系列为8KB)。
若超出该范围时,自动转去执行外部程序存储器的程序。
当EA端保持低电平时,无论片内有无程序存储器,均只访问外部程序存储器。
对于片内含有EPROM的单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于接21V的编程电源Vpp。
4.输入/输出(I/O)引脚P0口、P1口、P2口及P3口
(A).P0口(39脚~22脚):
P0.0~P0.7统称为P0口。
当不接外部存储器与不扩展I/O接口时,它可作为准双向8位输入/输出接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O口时,P0口为地址/数据分时复用口。
它分时提供8位双向数据总线。
对于片内含有EPROM的单片机,当EPROM编程时,从P0口输入指令字节,而当检验程序时,则输出指令字节。
(B).P1口(1脚~8脚):
P1.0~P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。
对于MCS—52子系列单片机,P1.0和P1.1还有第2功能:
P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P0口接收输入的低8位地址。
(C).P2口(21脚~28脚):
P2.0~P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时,P2口用于高8位地址总
线送出高8位地址。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P2口接收输入的8位地址。
(D).P3口(10脚~17脚):
P3.0~P3.7统称为P3口。
它为双功能口,可以作为一般的准双向I/O接口,也可以将每1位用于第2功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。
P3口的第2功能见下表
单片机P3.0管脚含义
引脚
第2功能
P3.0
RXD(串行口输入端0)
P3.1
TXD(串行口输出端)
P3.2
INT0(部中断0请求输入端,低电平有效)
P3.3
INT1(中断1请求输入端,低电平有效)
P3.4
T0(时器/计数器0计数脉冲端)
P3.5
T1(时器/计数器1数脉冲端)
P3.6
WR(部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效)
P3.7
RD(部数据存储器读选通信号输出端,低电平有效)
综上所述,MCS—51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点:
1).单片机功能多,引脚数少,因而许多引脚具有第2功能;
2).单片机对外呈3总线形式,由P2、P0口组成16位地址总线;由P0口分时复用作为数据总线。
3浮球液位开关
浮浮球液位开关球液位开关是一种结构简单、使用方便、安全可靠的液位控制器。
它比一般机械开关速度快、工作寿命长;与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,一只产品可以实现多点控制。
其在造船、造纸、印刷、发电机设备、石油化工、食品工业、水处理、电工、染料工业、油压机械等方面都得到了广泛的应用。
工作原理:
利用浮球液位开关的磁性浮子随液位升或降,使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片动作,发出接点开(关)转换信号。
在密闭的非导磁性管内安装有一个或多个干簧管,然后将此管穿过一个或多个中空且内部有环形磁铁的浮球,液体的上升或下降将带动浮球一起上下移动,从而使该非导磁性管内的干簧管产生吸合或断开的动作,从而输出一个开关信号。
浮球开关是一种结构简单、使用方便、安全可靠的液位控制器件,它具有比一般机械开关体积小、速度快、作寿命长,与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,其在造船、造纸、印刷、发电机设备、石油化工、食品工业、水处理、电工、染料工业、油压机械等方面都得到了广泛的应用。
特点:
适用范围广、安装形式多样多点控制、无源器件,性能稳定可靠,抗干扰能力强 结构简单,安装方便,维护费用低、多种材质可以选择,适合多种场合使用。
技术参数:
测量范围:
0~8000mm、精确度:
±10mm、触点功率:
≤70W、控制开关电压:
DC/AC220V、DC24V 控制接点寿命:
1×107次、工作压力:
1.6MPa2.5MPa、工作温度:
标准型:
-35~120℃ 高温订制、浮子材质:
F4,PP,304,304+F4、介质密度:
0.5~2.0g/cm3、介质粘度:
≤0.8Pas3Pas、连接:
螺纹或法兰、接线形式:
普通接线盒或防爆接线盒或甩线、外壳防护:
IP65
三水箱给水设备系统的构成
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