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目录一、设计方案.................................................................................................................................1二、工作原理................................................................................................错误!未定义书签。2.1流程框图.......................................................................................错误!未定义书签。2.2工作原理.......................................................................................错误!未定义书签。三、硬件设计................................................................................................错误!未定义书签。3.1传感器............................................................................................错误!未定义书签。3.2单片机电路设计.......................................................................................................33.2.1AT89C51功能及引脚分布............................................................................33.2.2振荡方式的选择.........................................53.2.3复位电路的设计.........................................63.3AD转换电路的设计............................................63.3.1ADC0809主要信号引脚的功能.............................73.3.2ADC0809与AT851单片机的连接...........................83.3.3转换数据的传送.........................................93.4键盘输入电路的设计.........................................103.4.1按键去抖..............................................103.4.2键盘扫描方法..........................................113.5数显输出电路的设计.........................................11四、软件设计部分......................................................................................错误!未定义书签。4.1原理图的绘制................................错误!未定义书签。4.2流程图的设计................................错误!未定义书签。五、参考文献...............................................................................................错误!未定义书签。21.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是以AT8C951芯片为核心，由键盘、数码显示、A／D转换、传感器，电源和控制部分等组成。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、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点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转换器和输出控制电路等。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,采矿及其他工业领域.。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。煤粉粉位ZNZC煤粉仓重锤料位计ADC08098051键盘蜂鸣器存储器数码管DAC7512N/50送粉器3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5m3m测量高度10m6m测量高度20m12m测量高度30m18m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:3Kg3.2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指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储4器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51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，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，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编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是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。5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口同时为闪烁编程和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6本次设计用到的是内部振荡方式，这种方式下在X1和X2两端跨接石英晶体及两个电容，如下图所示，这样就和内部的反响放大器构成稳定的自己振荡器。电容C1和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）和电源缓慢下降（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7本次课程设计使用AD转换器件是ADC0809，ADC0809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