基于單片機的液位控制系統的設計畢業論文-預覽頁

　

【正文】 義在于解決工廠、醫療及生活中不必要人力物力的浪費，同時提高控制系統的精準度，最終到達提高了系統效率與質量的目的。該系統傳感 器部分在空氣中可以更好的發揮其工作性能，進而提高液位控制精度，在高精度控制系統中廣泛應用 [1]。 常規 PID 液位的調控是不能夠理想的控制更 復雜系統，然而神經網絡則可更好地調控復雜系統，新型控制器 PID 方式（神經網絡）不僅具有魯棒性神經網絡的特點，更為特殊的是該元件由常規的控制器 PID 方式及神經網絡 BP 方式結合構成。控制回路的 PID 調節算法中，沖量式數字 PID 控制算法便捷、工作狀態穩定、在工作點上 下浮動位置常規狀態下能通過使被控制對象的數值測量 [6]，并且能快速與原系統的設定值保持一致，而不進行大幅度的超調設置。 研究方法首先通過對系統總體工作要求的確定，規劃出系統整體的運 行框圖（包括硬件與軟件框圖）。 該系統對待測液體進行數據提取，由傳感器進行實時數據的檢測，并與液位極值進行比較，根據工業需要進行供給液體或排放液體，超出極值時系統蜂鳴器自動報警并自動給液或排 液，直至恢復至標準給定值。 硬件控制方案 控制模塊設計方案 控制模塊的主體是單 片機，不同型號的單片機具有各自的特點，這樣對于機體型號的選擇有了更多選項。 2. 被選 機 型 的增強功能 。 5. 單片機 工作 環境的 溫 度 變化 范圍 ，同時還要根據機型選擇領域是工業還是商業進一步選擇 。 8. 被選機型的市場價格。 12. 盡可能資源豐富。 根據系統的設計需要可以使用四路八位輸入 /輸出接口，同時系統需要外擴存儲器以達到擴大數據存儲的目的，三十二萬字節的存儲量（數據）就可以達到系統使用量，最終系統使用十六位或準十六位的總 BUS線作為傳送數據（地址） [7]。 單片機 AT89S52型可以在線系統可編程閃存存儲器并且集聚性能較高的 CMOS與功率低損耗為一體的八位微型調控器。 顯示與輸入鍵盤模塊的設計方案 輸入鍵盤模塊主要是為了能夠實現液位值的輸入，該部分的軟件任務主要是檢驗是否有按鍵按下同時檢查是何鍵值，之后根據輸入值來決定電機的正 轉或反轉進而控制液位值，本系統可以采用獨立式鍵盤進行數值輸入。 系統有兩種關于 LED顯示方法：靜態和動態顯示方法。 改善元件中靜態展示的輸入 / 輸出端所占比例過多，采用壓縮 BCD生產代碼及八位鎖存數據元件，硬件 74LS273和壓縮元件連接該驅動器解碼器上，降低元件需要的運作量。它的優點是速度快、損耗功能低，分辨率低（ 12）的是價格比較便宜的；但精度高（ 12），其價格高。有的模塊被劃分成三個階段以上的步驟來實現 AD 轉換并被稱為分級（多步）型，從第一視角轉換的角度可以稱為管道（流水線）型的 A/D，多層次的大連海洋大學本科畢業論文（設 計） 第二章 系統的總體方案 6 AD 加入更多的結果轉換為數字運算和糾錯等功能。 電壓 頻率變換型（電壓 頻率轉換器），系統取得的模擬信號，然后轉換成一對頻率的數字量，通過間接的模擬轉換得到數字。由靜態精度的角度出發，應考慮所產生的原始信號數據錯誤最后由系統傳遞制造的最終誤差，這種誤差信號的主要是由于數字化模擬造成的。因此需要定位于十或十一位為宜。雙精度轉換法可以解決對轉換位數需求更多的系統應用問題。 為了使頻率信號得到改善，可以通過降低轉換時間從而達到目的。頻率信號如果不高則所需轉換的時間將會變短，換而言之高速取樣轉換的情況下是不需要使用保持器件和采樣器件。 在系統模塊中負責電動啟動器的部分由繼電器進行調控。 關于繼電器自身所涉獵的技術參數： ，該參值指的是在正線圈常規運行的狀況下需要電壓的供給值，該元件有兩種型號可供選擇分別為 AC型與 DC型。至于施加給線圈的電壓參值，常規為額定情況下電壓值的一倍至兩倍之間，在此范圍之外將會由于過強電流流過線圈時造成燒毀現象。這一數值的出現確定了繼電器的電壓 /流值不得超過該值，如果超過該數值將會造成器 件觸點的毀損。 大連海洋大學本科畢業論文（設 計） 第二章 系統的總體方案 8 步進發動機的電脈沖被轉換致角位移。 在水平液位控制系統中，最重要的參數測量是水平液位值，液面檢測和校對是整個系統中最為關鍵的。二十世紀八十年代末期的一例汽包水位自動失靈足以說明系統調節的重要性，該事故中汽包水位自動失靈，運行人員沒有發現。 通常用在生產工業階段的測液儀： MKUR3100 投入式、 UFZ04 型罐車式、 ULB 型玻璃式、 UQK01/02/03 型液位控制裝置和彩色石英管浮子玻璃液位計等。 NC01 控制銅液位控制，不銹鋼等材料，不腐蝕容器02/03 型浮球適當的水平 [8]。 該元件在原理上增添了流體靜力學理論并應用在液位壓力測量儀中，密封成為了該元件的重要技術，這就確保了測量儀器的密封性又使得壓力空間與外界相同，間接增加元件測量的精準度 [10]。 在運作中相異器件之間串行通訊，應該使用同種標準接口進行通訊。 端口信號的電位值與之 RS232C數值減少很多，這不可能造成端口線路芯片破損，考慮到該元件電平兼容性與 TTL相通，能夠容易地連接到 TTL。 RS485的 BUS線一般可多達三十二個節點， 485如果使用一個特殊的芯片，能夠擴展 節點數到 128或 256，最大支持個數可多達四百節點 [4]。 短距離傳送也考慮到該元件傳輸是單端信號接送方式，當出現共模噪聲干擾問題沒有扼制時，這也決定了該器件多在二十米范圍內運行環境下。 現場 BUS應用技術基于基本模塊 OSI/ISO，完全可以支撐軟件調控系統，解決 BUS總調控，維護，沖突檢測等各個環節。它結束了TTL電平的并變成了 RS485電平功能。A側和 B側差動信號端子的發送和接收，當 A電平高于 B，此時發送數值是一 。 閃速存儲器是非易失性存儲器（非易失性的），在沒有實際供應情況可維持時間長，這是等于硬盤存儲的特性，閃光特征是物種各種數字便攜設備成為潛在的存儲介質。 ROM被劃分成兩類，光刪除和電可重寫兩種類型的電動刪除。這僅是由八個 I / O端口進行數據發送， NOR閃存并行傳輸模式與之相比要快得多。 NOR傳動速率高具有非常高性價比，低寫入 一至四兆時及擦除速度都將大大影響其性能。基于以上原因如果需要給調控模型增加該項功能，建議采用外部時間模塊以減小單片機自身運作量，同時可以標記調控模型的時間。 圖 3 AT89S52 引腳圖 液位值檢測 （傳感器） 數據 存儲器 單片機 報警顯示（有 需要時添加） LED 顯示 按鍵輸入 低極值給液 高極值排液 （電機） 時鐘單元（無要求可略） 模數轉換器 與主機通訊（通訊單元） 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第三章 硬件電路設計 13 P0口是輸入 /輸出漏極開路雙向八位端，該端輸出時每個引腳可以驅動八個 TTL邏輯電平。當閃存編程， P0端還可接納字節代碼 。 P1端入為 1，端口被上拉電阻拉高，那么就能夠用作輸入端口。輸入管腳拉出內阻低電流輸出 IIL。在正常操作下， ALE用 1/6的輸出時鐘信號的脈沖振蕩頻率為固定頻率 ，該值可作為一個外部時鐘輸出或時間定時。 EA/ VPP：允許外部被訪問，聲稱只有 CPU進入程序的外部存儲器（地址 0000H至 FFFFH），EA始終應維持電位（地）。 PSEN許可證的輸送是外部程序存儲元件讀取指示燈，單片機之后從外部提取命令或數據， PSEN在兩次單位機器周期時間內生效，同時產生脈沖的個數為 2，在這段有效時間里，存儲器件被訪問外部數據， PSEN信號將被略過次數為 2。 XTAL1和 XTAL2與單片機對應引腳相連通同時與兩個電容值為 30PF并聯，用以振蕩元件（晶體）啟動。 在圖 5 中使用該芯片管腳模塊功能圖： 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第三章 硬件電路設計 15 圖 5 62256 引腳 引腳 A0~A14（總數為 15）為 62256 的地址總線，查找范圍上升到 32kB。 OE/ WE 在低電位有效情況下，可通過輸送數據線進行讀取與寫入。 199。 根據連通設計電路圖的傳統方法圖 6 所示。 由于該課題所用按鈕數目不多，因此使用鍵盤接口電路獨立式。 圖 7 按鍵電路 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第三章 硬件電路設計 17 圖中， S2~S5號被用作顯示按鈕，它的作用設定高低液位警報的具體數值。 芯片引腳圖 8。 BCD方式應用在輸入 A零至三號端上，分解模塊輸出的高低各四位。 圖 10 ADC0804 管腳圖 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第三章 硬件電路設計 19 功能及使用特點： 管腳一至三號為數字調控輸送口， TTL邏輯電位標準在該器件內被滿足。如果使用外部時鐘就能夠從 CLKI送人外部 FCLK的信號，并且電路中不再需要 R與 C。 CS = 0允 許 A / D轉換。 管腳八號（ AGND）與十號（ DGND）：該管腳在常規轉換元件內都會存在。 五伏為該系統的滿值電壓，參考輔助壓值是即為 ，誤差允許空間的十分之一的范圍內誤差范圍內，設計滿量程電壓沒有對電壓源有太硬性的電壓基準求。 在分壓式狀態下降傳感元件的阻抗變換成其他信號（電壓），模擬輸送可由電位元件的引入達成訪問目的。 減少有限輸入 /出口空間的浪費，二號 （ RE）管腳與三號 （ DE） 管腳相接，當低電位投入， MAX485 時刻能夠接收信息 。 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第三章 硬件電路設計 21 圖 13 串 行通信電路圖 外圍電路設計 采用單片機的輸入 /出端的驅動電流強度低不符合繼電器當前的參數，因此添加驅動吸和的三極管繼電器（圖 14） 。 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第四章 軟件設計 23 第四章 軟件設計 系統軟件 系統調控的目的是完成對待控液體的液位值調節，首先初始化主機對調控系統的液位各項 初值進行設定，測量液位中系統檢測是否有按鍵，無按鍵時檢測液位值并顯示、轉換、對比、存儲等，對應相應數值電機會有對應的工作方式進而達到液位調控目的，如圖 17。 系統運作前需要對本機初始化，具體的數值情況如下表。這部分轉換被分成以下幾個狀態，頭一個狀態為 A/ D轉換開始檢查出 ADWR復位由延遲至設置；另一狀態是劫獲數值的狀態， P零端作為輸送特點，經由程序將寄存元件 （ P零端）設置 0xFF，復位 ADRD，生產轉換（模 /數）延遲之后的數據，然后經由 P零端， ADRD被恢復至高位，至此該部分終止。 液位顯示簡略程序見附件 B2。0x3c 大連海洋大學本科畢業論文（設計） 第四章 軟件設計 26 圖 18 鍵盤程序流程圖 獲取按鍵輸入主程序見附件 B3： 在該設計中運用單片機來調控電機（圖 19），具體程序見附件 D4。 八位有實際意義的數據位 。 控制 命令（上位機） 指令意義 控制 命令（下位機） 響應意義 0x00 申請測試 聯機 0xF0 測試聯機完成 0x01 讀取實時時間 0xF1 時間 獲取并輸送數值（ 時間 為七字節） 0x02 制定調控模型初始 時間 0xF2 接收時間制定數值（七字節） 0x03 獲取實時液位 0xF3 運行液位獲取并輸出數值（一字節） 0x04 數據 記錄讀取 0xF4 數據被記錄輸送對應數值 0x05 獲取調控模型中上下液位極值數據 0xF5 液位限 值被獲取并輸出數值（兩字 節） 0x06 制定被控液位高低極值 0xF6 獲取并響應制定值液位（兩字節） 0x07 獲取當前液位值并明確 電機運作情況 0xF7 獲取當前數值并輸送器狀態 表 4 通信協議 圖 20 通信流程圖 本模塊的目的是調控函數，分別為被發送功能函數與接收功能函數。 DS1302根據內部寄存器的應用功能不同被劃分成兩大類，分別為內存 RAM（內部）型與時間控制型。當 TCS值為 1010時， DS值為 00或 11時充電被