液位控制系统设计

液位控制系统设计陕西国防学院机电工程学院毕业论文目录第１章绪论..........................................................-1-第2章设计方案......................................................-2-2.1方案举例...................................................-2-2.2方案比较...................................................-3-2.3方案确定...................................................-3-第3章硬件设计......................................................-4-3.1控制系统...................................................-4-3.1.1AT89C51单片机.....................................-4-3.1.2AT89C51的信号引脚.................................-6-3.1.3单片机最小系统.....................................-7-3.2感应系统...................................................-8-3.3指示系统...................................................-9-3.4液位控制系统..............................................-10-3.5电机与报警系统............................................-11-第4章软件设计.....................................................-13-4.1延时子程序................................................-13-4.2感应系统程序..............................................-13-4.3指示系统程序..............................................-14-4.4电机和警报系统程序........................................-14-4.5液位预选系统程序..........................................-15-4.6系统主流程图..............................................-17-第5章系统测试.....................................................-18-5.1仿真测试过程..............................................-19-5.2仿真结果..................................................-21-总结...............................................................-22-致谢...............................................................-23-参考文献.............................................................-22-附录1系统仿真电路.................................................-25-附录2源程序.......................................................-26-陕西国防学院机电工程学院毕业论文-1-第１章绪论21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已被广泛应用，技术也相对成熟，向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展趋势。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。在传统的液位控制系统中，存在着自动化程度低、调节精度差的缺点，已经不符合当今高效、低耗、低劳动强度的要求，同时会产生大量的污染。对于小型测控系统，一般可采用以单片机为核心、配以接口电路和外围设备，在编制应用程式的模式来实现。下面将介绍一个简单的液位控制系统，可用于容器内液体存储，例工、农用蓄水池，居民社区水箱等方面。此系统采用以单片机为控制中心的技术，不仅能使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点，还节约能源、利于环保。陕西国防学院机电工程学院毕业论文-2-第2章设计方案2.1方案举例方案一：液体流入容量控制方式。对输入容器的液体的管道进行监控，根据流入体积推算出容器内液体液位高度。图2-1液体流入容量控制系统结构框图容量监控系统：对进入容器的液体体积进行监控。管道控制系统：控制管道对液体的传输情况。在液体向容器内部输入时，通过对容量的监控知道容器内的液体体积，在液体进入容器内部的体积到达目标时，控制输送液体的管道，使液流停止，最终达到目标液位。方案二：简单的连通器控制方式。在目标容器内连接连通器，使多余的液体导入副容器，以致目标容器的液位达到目的液位。图2-2连通器控制系统结构框图在目标液位位置给目标容器连接连通器，在观察到多余溢出的液体流入连通器内后，停止液体输送。方案三：采用单片机技术来实现液位控制的功能。系统以AT89C51单片机为核心控制器件，它除具有灵活强大的控制功能，以便实时检测液位的传递信号、控制液位到达导入液体连通器液位达标多余液体溢出输送停止人工控制容量监控系统管道控制系统液流停止液位停止陕西国防学院机电工程学院毕业论文-3-的高低实现自动控制。图2-3基于单片机实现的液位控制系统结构框图感应系统：将感应到的液位信号传递给单片机控制器。控制指令：将控制信息传递给单片机，使液位到达预定位置。显示系统：经过单片机辨别后，显示当前系统工作和液位位置指示灯。电机与报警控制系统：单片机经过信息处理后，决定是否启动电机和报警2.2方案比较方案一结构简单，操作方便。但是自动化程度低，精度不高，控制响应时间慢，且只能单独控制。方案二结构简单，成本低廉。但精度不高，无法显示，浪费资源，自动化程度低。方案三不仅结构简单，成本低廉，而且准确度高，自动化高，节省人力资源，更重要的是利用单片机控制后，由于其拥有多个引脚，在为添加功能时更改电路方便快捷，而且内部程序可以进行反复输入和擦除，在以后更改控制方法时只要更改程序内容就可以达到相对应目的，省时省力，及其节约成本。2.3方案确定综合考虑以上方案的优缺点以及题目的基本要求和发挥要求，在本设计中，我采用了第三种方案，即采用单片机来实现液位控制的功能为我此次设计的方案。主控制器AT89C51单片机与MCS51系列单片机产品兼容，内部自带有4KB的Flash存储器及256KBRAM单元，不需另外扩展EEPROM及静态RAM，可以在线下载程序，易于日后的升级。控制指令导入液体指示系统控制系统电机与警报系统感应系统陕西国防学院机电工程学院毕业论文-4-第3章硬件设计该系统硬件设计总体思想是以单片机为控制系统，接受感应信息并进行处理后，将控制指令传出，对各个系统进行对应操作。硬件设计总体框图如图3-1所示。图3-1硬件设计总体框图控制系统：根据输入信息进行处理，并将控制数据传出。感应系统：将感应到的液位信号传递给单片机控制器。指示系统：经过单片机辨别后，显示当前系统工作和液位位置指示灯。液位预选系统：将控制信息传递给单片机，使液位到达预定位置。电机与报警控制电路：单片机经过信息处理后，决定是否启动电机和报警3.1控制系统该系统控制主要为单片机控制。单片机是单片微型计算机的简称，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括CPU、存储器、基本输入/输出接口电路、定时/计数器和终端系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。3.1.1AT89C51单片机单片机实质上是一个芯片。它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛的应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个领域。ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KBFlashROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。技术特点有：256字节内部RAM；电源控制模式；时钟可停止和恢复；空闲/掉电模式；6个中断源；4个中断优先级；4个8位I/O口；全双工增强型TUAR；3个16位定时/计数器：T0、T1(标准80C51)和增加的T2（捕获和比较）；全静态工作方式：0～控制系统复位、时钟系统指示系统液位预选系统电机与警报系统感应系统陕西国防学院机电工程学院毕业论文-5-24MHZ；AT89C51单片机的基本结构请参见图3-2，各部分情况介绍如下：中央处理器（CPU）：中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。AT89C51的CPU能处理8位二进制数或代码。内部数据存储器（内部RAM）：AT89C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。内部程序存储器（内部ROM）：AT89C51共有8KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此称之为程序存储器，简称内部ROM。定时器/计数器：AT89C51共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。图3-2AT89C51单片机结构框图并行I/O口：AT89C51共有四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。串行口：AT89C51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。中断控制系统：AT89C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。AT89C51共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共二个优先级别。时钟电路：AT89C51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电CPU时钟电路ROM定时/计数器RAM中断系统并行接口串行接口P3TxDxPRxDINT0INT1P2P1P0T1T0陕西国防学院机电工程学院毕业论文-6-路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6MHZ和12MHZ。从上述内容可以看出，AT89C51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此实际上它已是一个简单的微