南通大学杏林学院毕业论文封面

1本 科 毕 业 论 文题目基于单片机及组态软件的水箱液位监控系统设计作 者： 陈超 专 业： 自动化 班 级： 自 132 指导教师： 王胜锋 南通大学杏林学院 南通大学杏林学院毕业设计2摘 要大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以 8051 单片机为核心控制水箱的水位，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。组态软件是面向过程监控与数据采集的软件平台，当它运行于组态（开发）环境时，向用户提供丰富的设置项目，最后定制出符合用户需要的目标应用。该目标应用运行时可帮助操作人员监控生产过程。组态软件是自动化软件的一个活跃的研究方向之一。液位作为工业生产过程中重要的工艺参数之一，在各个领域中都有广泛的应用，诸如液体储罐、储槽、进料罐、缓冲罐、水箱等设备。而对于双容水箱液位的监控越来越有其实际的意义，我们可以在其上进行诸多的控制策略的试验，然后将成功的经验总结、应用到其他领域中去，这对节省能耗、工业安全性以及工业自动化的发展是很有推动意义的。针对监控系统对组态软件的要求，本文详细讨论了力控组态软件的功能和特征，为开发组态软件需要解决的若干问题提供了解决方法，为液位控制系统的设计提供了一套可行的方案。文章阐述了力控组态软件的体系结构，数据处理流程，描述了各组成部分的功能，给出了实现这些功能所需的技术、措施：具体描述图形界面系统、实时数据库系统、I/O 系统、开放数据交换接口等内容；为本系统开发的几个组成部分规划了数据结构、基本算法。还介绍了 OPC 这一当前对组态南通大学杏林学院毕业设计3软件很有影响的技术标准。关键词：力控组态软件，液位监控系统，实时数据库，I/O 系统，过程监控与数据采集，单片机，水位，控制，报警Based on the single chip microcomputer control system of the water tankAbstractLarge water tanks are a lot of companies essential to the production process of parts, its performance and the quality of work not only on production of the fine has enormous influence, but also the safety of production. In the past, many of the tanks are operated by the staff to operate, so that artificial means a lot of drawbacks, such as the water level control, water tanks at all times to monitor the environment, and so on the night of monitoring, the operator slightly negligence, or damage to the Summary of the monitoring device will bring irreparable damage will be even more serious crisis in 南通大学杏林学院毕业设计4production, such as the personal safety of staff. Therefore, control of water tanks, if the use of sophisticated and can totally be run in strict accordance with the provisions of the automated production system that can maximize the chances of avoiding accidents, but also save resources and can effectively improve the efficiency of production. The purpose of single-chip system design is the application of single-chip control technology, to 8051 as the core to control the water level in water tanks, and implementation of the alarm and manual, automatic switching function. The system is easy to operate, good performance, more in line with the power to control the production of the necessary water system.Keywords: Single-chip level Control Alarm南通大学杏林学院毕业设计5目录1 诸论.11.1 水箱控制系统的研究意义.11.2 水箱控制系统国内外研究现状.21.3 水箱水位控制系统研究发展方向.32 单片机水箱控制系统原理.42.1 80C51 单片机控制系统理.42.1 80C51 单片机水箱控制系统工作原理.42.2 80C51 单片机控制部分结构说明.52.3 80C51 引脚电路及其功能.103 串行口的应用.11南通大学杏林学院毕业设计61.1 水箱控制系统的研究意义大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。从水资源节约方面考虑，以往的人工控制在很多情况下，造成资源不必要的浪费，大部分原因是水箱内部水位没有及时的反馈信息到操作员，从而使控制上有一定的延迟，从而造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况，可以很好的节约资源有效的降低成本。单片机，一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分，它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。80C51 以它功能强大，设计简单，制造廉价，支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中。因此，基于 80C51 单片机的水箱控制系统研究有着重要的意义。1.2水箱控制系统国内外研究现状目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。比如把一台纯手工家用水箱设计成自动化控制的水箱，从硬件的设计和铺设，对于民用化产品实施的性价比较高。因此大规模的使用仍受到经济上的限制。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。我国仍然处于生产型发展中国家，所有几乎在能源相关的所有领域中，水箱是比不可少的部件，即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展，我国控制系统技南通大学杏林学院毕业设计7术已经达到国际水平，但是在中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟，以及单片机生产成本的下降，基于单片机的水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员，将控制系统成为水箱设计的一部分，以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已经积累了很多的经验，奠定了基础，进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上，与其他发达国家相比还存在差距，但是我国研究人员已经克服很多困难，并在不断摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超越发达国家的技术水平，这是发展趋势。1.3水箱水位控制系统研究发展方向纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的 人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达 3 亿片，且每年以大约 20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。而在本次的毕业论文是基于单片机的水箱控制系统，主要核心就是 80C51单片机。通过这次设计，我综合运用大学四年所学知识去分析和解决问题，我深刻的了解和掌握了单片机的控制原理和设计方法。不仅加深和回顾了但单片机等专业知识而且积累到单片机控制技术在实际中的经验。南通大学杏林学院毕业设计8由于自身缺少在实践设计的经验，所以在这次的设计中我自身也发现了很多不足的方面，从论文的本身的方面的结构到具体设计中硬件设计知识和经验的不足使得设计和论文存在的很多的问题，但是我的导师程老师的细心指导下，经过前后多次的修改和完善，最终完成了毕业设计的任务。单片机控制技术领域是一个有着非常潜力和前景的专业技术，我相信通过这次毕业论文的设计，不仅加深和掌握了这一专业技术，而且也提高了自己的专业能力和综合素质，为我的大学生涯画下一个完整的句号。3.2 单片机水箱控制系统原理2.1 80C51单片机控制系统原理本论文主要研究水箱水位控制器系统。实现了水位报警和手动、自动切换功能。操作方便、性能良好。水箱给水设备系统由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成，其系统结构如图 2.1：图 2.1 水箱给水系统结构其中 M1、M2 为给水泵机组，LG、LD、LDD 分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关，当水位高（大于 90%）时，LG 闭合，当水位低（小于 75%）时，LD 闭合，当水位低低（小于 50%）时，LDD 闭合。2.1.1 80C51单片机水箱控制系统工作原理南通大学杏林学院毕业设计9当水箱水位低时，起动 M1、M2 给水，水位上升到 90%，停 M1；当水箱水位低低（小于 50%）时，同时起动 M1、M2；当水位上升到 50%以上 75%以下时，停 M2，M1 继续运行到水位上升到 90% 以上才停止工作。经过数据统计，得到以下数据：水位从 50%-75%，两台泵运行需要约 10 分钟；水位从 75%-90%，一台泵运行需要约 15 分钟。水箱的水位一般保持在 75%-90%。报警控制如下：当水位高于 90%的时候，由传感器经变送器发送信号，LG 闭合，系统水位高报警。当水位低于 75%的时候，由传感器经变送器发送信号，LD 闭合，系统水位低报警。当水位低于 50%的时候，由传感器经变送器发送信号，LDD 闭合，系统水位低低报警。手动/自动模式转换控制如下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况，选择不同的工作状态。手动的模式下，两台给水泵的运行控制可由人工自己操作。其部分原理图如图2.2所示图 2.2 水位控制电路原理图开关 K1,K2,K3,K4,K5,K6 分别与单片机引脚P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5 相连，他们的功能分别是：南通大学杏林学院毕业设计10K1:DD自动正转加水M1M2;K2:手动反转抽水M1M2;K3:GG自动停止M1M2;K4:手动正转加水M1M2;K5:手动停止;K6:D自动正转加水M1.2.1.2 80C51单片机控制部分结构说明MCS-51 是 Intel 公司生产的一个单片机系列的名称。该公司继 19