智能液位传感器摘要目录正文

1 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 智能液位传感器智能液位传感器 摘摘 要要 摘摘 要 要 介绍了压力传感器的应用 设计了智能液位传感器 此设计通过压力传感器测 出液体的压力 输出 0 5V 的模拟电压通过 ADC0804 采集转换成数字量送入单片机 处理 由 RS232 串口通信送到上位机 并显示出高度 此设计能完成 0 1 5m 高度的液 位测量 能精确到厘米 此设计主要由压力传感器 单片机 ADC0804 转换器构成 关关键词键词 智能液位传感器 单片机 AD 转换器 AbstractAbstract This article introduces the application of pressure sensor and designs a intelligent level sensor This design detects the liquid pressure through the pressure sensors and it will send the voltage from 0 to 5V which is converted into digital quantity by the simulation ADC0804 acquisition to the SCM processing Then the digital will be sent to the PC which shows the high by RS232 serial interface communication This design can finish 0 to 1 5 m high level measurement and accurate to cm This design main have pressure sensor a single chip microcomputer and ADC0804 converter to form KeywordsKeywords Intelligence level sensor Single chip microcomputer AD converter 2 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 目录目录 1 1 绪论绪论 4 4 1 1设计目的 5 1 2 设计任务与要求 5 1 3 智能液位传感器的基本原理 5 2 2 总体方案设计总体方案设计 6 6 2 1 智能液位传感器设计方案框图 6 2 2 方案论证 7 2 3 方案可能的扩展功能 8 3 3 单元模块电路的设计单元模块电路的设计 9 9 3 1 各单元模块功能介绍及电路设计 9 3 1 1 传感器输出部分 9 3 1 2 ADC0804 数据采集转化部分 9 3 1 3 单片机最小系统模块 10 3 1 4 RS232 模块 11 3 2 电路参数计算及元器件的选择 12 3 2 1 元器件的选择 12 3 3 特殊元器件介绍 13 3 2 1 ADC0804 14 3 1 2 压力传感器 D3B 16 3 4 个单元模块的联接 17 4 4 软件设计软件设计 1919 4 1 软件设计原理及所用的工具 19 4 1 1 单片机部分 19 4 1 2 上位机 VB 部分 20 4 2 软件的设计流程框图 22 4 3 软件设计总结 23 5 5 系统调试系统调试 2424 5 1 硬件结构部分 24 5 2 VB 部分 24 5 3 压力传感器部分 25 3 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 6 6 系统功能及指标参数系统功能及指标参数 2626 6 1 系统功能 26 6 2 系统各部分的测试参数 26 6 2 1 AD 部分调试参数 26 6 2 2 系统测量液面高度的数据参数 27 6 2 3 调试总结 28 7 7 结论结论 2929 8 8 总结与体会及感谢语总结与体会及感谢语 3030 9 9 参考文献参考文献 3131 附录附录 3232 附录 1 32 附录 2 程序 35 附录 3 元器件清单 38 4 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 1 1 绪论绪论 液位检测在许多控制领域已较为普遍 各种类型的液位检测传感器较多 按原理分 有浮子式 压力式 超声波式 吹气式等 各种方式都根据其需要设计完成 其结构 量程和精度适用于各自不同的场合 大多结构较为复杂 制造成本偏高 市面上也有现 成的液位计 有投入式 浮球式 弹簧式等 多数成品价格惊人 以上液位计多数输出 为模拟量电流或电压 有些为机械指针读数 不能用于远程监视 普遍适用于静止液面 在波动液面易引起读数的波动 也有用电容法测液位的系统 此法是一种简单易行的方 案 本文利用压力传感器测液体压力的原理 结合单片机设计出一种智能液位检测装置 本学期开设了传感器及传感器技术 单片机等课程 本课程设计是在学完这么多 课程的基础上 为了能更好的掌握这些课的内容 把理论应用于实际而提出来的 旨 在发挥我们的设计 创新意识 通过本课程设计可以掌握和巩固传感器的基本设计方 法 工业水位的测量方法 单片机的基本应用 显示电路的连接等知识 进一步加强 对课堂理论知识的理解与综合应用能力 从而提高我们解决问题的能力和创造发明能 力 如今传感器的应用是非常的广泛 并且已经融入到我们的生活 工作 科研等领域 中 在我组进行设计中我们首先对压力传感器输出的电压和对应的液体高度进行整理 和多次测量得出一个比较与实际高度符合的函数 我们通过压力传感器测出液体压力 利用 ADC0804 对传感器的输出电压进行采集并将模拟电压信号转换成数字电平信号 0 1 然后将采集的数据送入单片机最小系统进行处理然后利用 RS232 电平转换送到 PC 机 PC 机上用 VB 编写一个显示界面 再在 VB 中利用程序将数字量转换成以厘米为 单位的高度并显示出来 液位传感器的应用虽然非常广泛 但是现在高精度的液位的传感器价格非常贵 实现民用还有一定的难度 所以我们的设计应更加创新利用更小的成本设计生产出更 好的传感器 5 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 1 11 1 设计目的设计目的 1 理解并掌握智能液位传感器的原理及实现的方法 2 掌握 ADC RS232 电平转换电路的原理 压力传感器的特性参数的计算及选择 3 掌握单片机最小系统的组成 4 培养实践技能 提高分析和解决实际问题的能力 5 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验 掌握模拟电路及数字电路设计的基 本方法 设计步骤 培养综合设计与调试能力 1 21 2 设计任务与要求设计任务与要求 1 利用一个液位传感器及周边电路 完成液位到电信号的转换 液位测量采用测 量液体的压强的方式 测量范围 0 1 5 米 2 设计一个单片机系统控制一个 ADC 对压力变送器输出的电信号进行采集 3 编写数据转换程序 将二进制的量化数据转换为以厘米为单位的 ASCLL 标准字 符串形式传送到 PC 机 注 ASCLL 标准字符串是以 ASCLL 码为信息的编码方式 字符 串结尾数据是一个字节 00H 4 设计单片机通信程序以及 RS232 电平转换电路 5 设计单片机相关运行程序 6 设计相关电路 如单片机系统 模拟输入通道 ADC 和电源电路等 7 报告格式严格按照 课程设计报告格式要求说明 执行 1 31 3 智能液位传感器的基本原理智能液位传感器的基本原理 本次设计的智能液位传感器的基本原理是利用一个压力传感器测出在水管的水 的压力 压力变送器的输出为是 0 5V 的模拟电压信号 或是 4 20 毫安的模拟电流 信号 利用 ADC0804 对传感器的输出电压进行采集并将模拟电压信号转换成数字电 平信号 0 1 然后将采集的数据送入单片机最小系统进行处理然后利用 RS232 电平 转换送到 PC 机 PC 机上用 VB 的 MS COM 控件编写一个显示界面 再在 VB 中利用程 序将数字量转换成以厘米为单位的高度并显示出来 6 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 2 2 总体方案设计总体方案设计 通过查阅大量相关技术资料 并结合自己的实际知识 我主要提出了两种技术方 案来实现系统功能 下面我将首先对这两种种方案的组成框图和实现原理分别进行说 明 2 12 1 智能液位传感器设计方案框图智能液位传感器设计方案框图 两种方案的框图如下图 方案 1 利用应变片自 制的压力传感 器 AD 转换器 ADC0832 单片机最小系 统 RS232 串口通 信 上位机显 示液面高 度 方案 2 压力传感器 AD 转换器 ADC0804 单片机最小系统 RS232 串口通 信 上位机显示 液面高度 7 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 2 22 2 方案论证方案论证 对于方案 1 和 2 按照理论来看做出来能够达到一定的预期效果 能达基本满足本 次设计的基本要求 但是两种方案不同之处就在于传感器的选择和 AD 的选择 现就这 两个方面来论述 为什么选择方案 2 方案 1 的传感器部分是利用应变片做的压力变送器 其结构如下图 2 1 图 2 1 这是利用 4 片应变片做的全桥电路其电压灵敏度比单臂工作时提高了 4 倍 消除 了一定的非线性误差 其输出的为电流信号但是非常小 所以在外部又加了一个差动 放大将信号放大才能满足 AD 0 5V 的输入电压的要求 但是此类的工作都是提供 1 5mA 的横流源 我们自己做的恒流源很难满足要求 硬件部分完成以后还要对其进行 测试线性度 但是测量比较麻烦后期的数据处理也比较繁琐 最后达到的效果也比较 差所以就没有选择应变片制作 对于 AD 的选择主要是 ADC0832 与 ADC0804 之间的选择 ADC0832 是 8 位分辨率 5V 电源供电 输入电压为 0 5V 工作频率 250HZ 转换时间为 32us 数据转送是 8 位串行传送 ADC0804 是 8 位分辨率 5V 电源供电 输入电压为 0 5V 转换时间的 100us 存取时间是 135us 数据传送是 8 位并行传送 通过直观的观察可以发现由于 ADC0832 的数据传送是 8 位串行的所以传完 8 位数 据需要的时间为 256us 而 ADC0804 为 8 位的并行数据传送 传 8 位数据只需 100us 8 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 所以 ADC0804 的转换存取速度更快 这样系统的工作效率更高 所以我们采用的是 ADC0804 综上我们本次设计液位传感器采用的方案 2 2 32 3 方案可能的扩展功能方案可能的扩展功能 我们这次设计的智能液位传感器结构还比较简单 只是完成测液位并读出页面高 度的基本功能 在这几完成后发现该系统还能扩展许多功能 比如增加报警系统 应 用于比如水库的水位测量时可以做下限报警和超限报警 远程的控制系统 比如家用 的水塔水不足时可以控制水泵加水 9 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 3 3 单元模块电路的设计单元模块电路的设计 本节主要介绍系统各单元模块的具体功能 电路结构 工作原理 以及各个单元 模块之间的联接关系 同时本节也会对相关电路中的参数计算 元器件选择 以及核 心器件进行必要说明 3 13 1 各单元模块功能介绍及电路设计各单元模块功能介绍及电路设计 本系统电路模块主要分为四个单元模块 它们分别是 传感器输出部分 ADC0804 的数据采集转换模块 单片机最小系统模块 RS232 模块 各单元模块功能及相关电路 的具体说明如下 3 1 1 传感器输出部分传感器输出部分 3 1 2 ADC0804 数据采集转化部分数据采集转化部分 该级电路一共实现了两个功能 第一个是对模拟电压信号的采集 第二个功能是 将模拟电压信号转换成数字信号 这一级的原理图如图 3 2 10 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 3 2 ADC0804 数据采集转换电路图 3 1 3 单片机最小系统模块单片机最小系统模块 这部分主要是由 STC89C52 单片机组成的一个最小系统 通过单片机来控制 ADC0804 的信号采集转换以及对 RS232 串口通信的控制 该级电路原理图如图 3 3 11 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 3 3 单片机最小系统电路图 3 1 4 RS232 模块模块 RS232 模块主要通过 USB 转串口线来与 PC 机通信将 ADC0804 采集和转换的数据传 给上位机显示出所测得液面高度 模块的原理图如图 3 4 12 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 3 4 RS232 电路图 3 23 2 电路参数计算及元器件的选择电路参数计算及元器件的选择 3 2 1 元器件的选择元器件的选择 设计所用仪器及器件如下表 1 13 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 表 1 3 33 3 特殊元器件介绍特殊元器件介绍 这一节将对设计过程中用到的一些特殊元器件进行介绍 主要是介绍该特殊元器 件的内部结构 工作原理 及使用时应该注意的事项 单片机 STC89C521 片 MAX232 1 片 ADC0804 1 片 串口母头1 个 晶振1 个 0 1uf 电容5 个 22pf 电容2 个 10uf 极性电容1 个 33pf 电容1 个 1k 电阻2 个 10k 电阻2 个 排线若干 USB 转串口线1 根 电烙铁一台 面包板1 块 焊锡若干 5V 直流可调电压源1 台 压力传感器1 个 示波器1 台 水管1 根 万用表1 台 钳子1 个 电脑1 台 14 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 3 2 1 ADC0804 ADC0804 的内部原理结构图如下图 3 5 图 3 5 ADC0804 的内部原理结构图 ADC0804 主要技术指标如下 1 高阻抗状态输出 2 分辨率 8 位 0 255 3 存取时间 135 us 4 转换时间 100 us 5 总误差 1 1LSB 6 工作温度 ADC0804C 为 0 度 70 度 ADC0804L 为 40 度 85 度 7 模拟输入电压范围 0V 5V 8 参考电压 2 5V 9 工作电压 5V 10 输出为三态结构 15 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 ADC0804 的引脚图如下图 3 6 图 3 6 ADC0804 引脚图 引脚及功能特性如下 CS RD WR 引脚 1 2 3 是数字控制输入端 满足标准 TTL 逻辑电 平 其中 CS 和 WR 用来控制 A D 转换的启动信号 CS RD 用来读 A D 转换的结 果 当它们同时为低电平时 输出数据锁存器 DB0 DB7 各端上出现 8 位并行二进制数 码 LKI 引脚 4 和 CLKR 引脚 19 ADC0801 0805 片内有时钟电路 只要在外部 CLKI 和 CLKR 两端外接一对电阻电容即可产生 A D 转换所要求的时钟 其振荡 频率为 fCLK 1 1 1RC 其典型应用参数为 R 10K C 150PF fCLK 640KHZ 转换 速度为 100 若采用外部时钟 则外部 fCLK 可从 CLKI 端送入 此时不接 R C 允许的时钟频率范围为 100KHZ 1460KHZ INTR 引脚 5 INTR 是转换结束信号输出端 输出跳转为低电平表示本次转 换已经完成 可作为微处理器的中断或查询信号 如果将 CS 和 WR 端与 INTR 端相连 则 ADC0804 就处于自动循环转换状态 CS 0 时 允许进行 A D 转换 WR 由低跳高时 A D 转换开始 8 位逐次比较需 8 8 64 个时钟周期 再加上控 制逻辑操作 一次转换需要 66 73 个时钟周期 在典型应用 fCLK 640KHZ 时 转换 时间约为 103 114 当 fCLK 超过 640KHZ 转换精度下降 超过极限值 1460KHZ 时便不能正常工作 16 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 VIN 引脚 和 VIN 引脚 7 被转换的电压信号从 VIN 和 VIN 输入 允许此信号是差动的或不共地的电压信号 如果输入电压 V 的变 化范围从 0V 到 Vmax 则芯片的 VIN 端接地 输入电压加到 VIN 引脚 由 于该芯片允许差动输入 在共模输入电压允的情况下 输入电压范围可以从非零伏开 始 即 Vmin 至 Vmas 此时芯片的 VIN 端应该接入等于 Vmin 的恒值电码坟上 而输入电压 VIN 仍然加到 VIN 引脚上 AGND 引脚 8 和 DGND 引脚 10 A D 转换器一般都有这两个引脚 模拟地 AGND 和数字地 DGND 分别设置引入端 使数字电路的地电流不影响模拟信号回路 以 防止寄生耦合造成的干扰 VREF 2 引脚 9 参考电压 VREF 2 可以由外部电路供给 从 VREF 2 端直 接送入 VREF 2 端电压值应是输入电压范围的二分之一 所以输入电压的范围可以通 过调整 VREF 2 引脚处的电压加以改变 转换器的零点无需调整 ADC0804 转换器的工作时序如图 3 7 图 3 7 工作时序图 3 1 2 压力传感器压力传感器 D3B 我们这次智能液位传感器设计使用的传感器部分采用的是压力传感器 D3B 液位测 量采用的测量液体压强的方式 压力传感器如下图 3 8 17 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 3 8 传感器主要参数如下 工作电压 4 2v 6 2v 压力范围 0 1000mm 水柱 0 0 1Kg c 电压 输出 0 23v 4 9v 线性度 0 2 外型 30 30 20mm 接线方式 每个接线柱下皆有标示 G 接地 I 接 5V 另与 O 之间加载 2 2K 上拉 电阻即可通过 0 输出 传感器本身不能放到水里 所以设计时我们是利用水管引水到传感器中央的压力 感应膜上 3 43 4 个单元模块的联接个单元模块的联接 个单元的联接如下图 3 9 18 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 3 9 个单元模块的联接图 说明 AD 的输入连接的是压力传感器的输出端 19 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 4 4 软件设计软件设计 本次设计主要用到的软件主要涉及到单片机的 c 语言编程 上位机的 VB 部分的界 面编程 4 4 1 1 软件设计原理及所用的工具软件设计原理及所用的工具 4 1 1 单片机部分单片机部分 单片机程序部分主要功能是 控制 ADC0804 接收模拟数据转换成数字量 由 89C52 接收数字量 将处理后的数字量通过串口通讯传给上位机 该程序部分设计过程中使用的是 keil 软件来编写的 利用 STC ISP 软件进行下载 和调试的 主要就是通过 STC89C52 来控制 AD 采集转换部分和串口通信 该部分的核 心程序如下 void adopen adc0804 初始化 wr 1 wr 0 wr 1 delay 1 rd 0 i i i i 延时 j P1 rd 1 void initial 串口初始化 TMOD 0 x20 设置定时器 1 为工作方式 2 TH1 0 xfd TL1 0 xfd TR1 1 REN 1 串口始能 REN 1 时允许串行口接收数据 SM0 0 模式 1 8 位数据 波特率由软件设置 20 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 SM1 1 EA 1 总通断 ES 1 串口通断 4 1 2 上位机上位机 VB 部分部分 这个部分主要是通过 Microsoft Visual Basic 6 0 这个软件来编写一个上位机界 面来显示所测得到的液面高度 利用的 VB 里面的串口通信控件 MS COM 来实现的 显示的输入的两个部分都是显示在 vb 里的 text 文本框里的 核心程序如下 串口的设置如下程序 Private Sub Form Load 设置串口 MSComm1 Settings 9600 N 8 1 串口通讯初始化 波特率为 9600 没有校验位 八位数据传送 一位停止位 MSComm1 RThreshold 1 MSComm1 InputMode comInputModeText 以文本形式接收数据 Combo1 AddItem COM1 Combo1 AddItem COM2 Combo1 AddItem COM3 Combo1 AddItem COM4 Combo1 AddItem COM5 Combo1 AddItem COM6 j 0 End Sub 程序的核心部分 VB 的串口通讯控件 MSComm Private Sub MSComm1 OnComm Dim a As String Select Case MSComm1 CommEvent Case comEvReceive 每接收一个数据就触发一次事件 a MSComm1 Input b Asc a e j b 收 20 个数据取平均值再显示出来 减小抖 动 21 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 j j 1 If j 19 Then MSComm1 PortOpen False For k 0 To 19 summ summ e k Next k c summ 20 summ 0 i c 255 10 If i 0 08 Then Text2 Text 0 Text1 Text 0 Else Text2 Text i 1 04 Text1 Text 18 33766 i 1 04 End If MSComm1 PortOpen True j 0 End If End Select End Sub 23 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 4 24 2 软件的设计流程框图软件的设计流程框图 开始 ADC0804 的初始化 串口的初始化 打开 AD 对数据采集转 换 串口通信将数据传送 给上位机 结束 VB 通过 MSComm 控件接收 数据 进行数字滤波 显示电压 24 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 4 34 3 软件设计总结软件设计总结 软件设计中主要运用了所学的单片机课程和 VB 语言中的知识 单片机中的程序用 的是 C 语言 程序主要包含了 ADC0804 的初始化 调用串口功能 串口的初始化 延 时程序 主代码段实现了打开 AD 并对数据进行采集转换 上位机利用的是 VB 的知识 利用串口通信控件 MS COM 来实现的 编写出来的显示 界面如下图 4 1 图 4 1 显示界面 该界面内可以选择串口端口号 达到了本次设计的基本要求 显示了 AD 的输入电 压和测得的液面高度值 25 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 5 5 系统调试系统调试 5 15 1 硬件结构部分硬件结构部分 硬件部分我们先是通过 PROTEL 软件画的 AD 部分 单片机部分和 RS232 部分的原 理图 然后这部分没有画 PCB 图就直接用万用板和排线进行搭建的 这样在焊接的过 程中就会显得比较麻烦 必须很细心才能很好的完成 如果哪个地方焊接错误或者是 将要用到的引脚没有焊接上都会导致系统不能工作 比如像我们这次的设计就出现过 这样的问题 在焊接完单片机最小系统和 RS232 串口通信后觉得因该能下载程序到单 片机内部了 结果利用直流可调的稳压电源给单片机加了 5V 的工作电压结果单片机不 能工作 在经过讨论发现应该是单片机没有起振 然后发现是晶振的两个引脚焊接反 了 这样小小的失误会导致严重的后果 在焊接好 ADC0804 部分后我们对其进行了调试 在调试 AD 时 我们发现通过 P0 口始终不能将数据写到 AD 后来经过查阅资料发现 要想使 P0 口输出数据必须在 P0 口接上拉电阻 后来我们换 P2 口为数据输出口 才成功将 AD 驱动成功 5 25 2 VBVB 部分部分 上位机部分的调试是结合前面的 AD 采集系统一起来进行调试的这样下过会更直 观 这里的调试用到了直流可调的稳压电源 给单片机加上 5V 的工作电压后在 AD 输 入端加上 0 5V 的输入电压然后利用 RS232 串口通信将采集并转换的电压值显示在 PC 上利用 VB 做的显示界面上 结果发现当 AD 没有给输入电压时 上位机显示有输入电 压 经过查资料发现这是由于由于 AD 器件本身的原因 当没有给输入时 其输入端呈 高阻状态 所以当没有输入时 所测到得电压是错误的 为了解决这个问题我们尝试 了几种方法 其中是用运放做电压跟随器来进行阻抗变换 使 AD 输入端不再悬空 但 是由于很多运放都不是轨道轨的运放 即不是满伏输出运放 而且会大大增加硬件的 结构 所以不选择这种方法 后来我们想到给输入端加下拉电阻的方法 可以将输入 端电压拉至地端 并且当有输入时 其显示的电压也是输入电压 在刚开始设计上位机显示这部分时我们没有想到由于系统整体的原因 所采集到 得数据有很大的抖动 讨论过后发现是有多方面的原因的 其一就是我们这次设计采 用的 AD0804 的采集转换时间为 100us 这个时间是非常短的所以数据在不断地更新 后来经过老师对数字滤波的详细讲解 我们下来也查阅了于数字滤波相关的资料 然 后运用到上位机部分 在程序部分利用取多组数据再取均值的方法 虽然系统的测试 26 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 速度有所变慢 但数据抖动很小 只在百分位抖动 影响不大 VB 加的部分程序如下 For k 0 To 19 summ summ e k Next k c summ 20 summ 0 i c 255 10 5 35 3 压力传感器部分压力传感器部分 传感器部分主要我们是购买的成品回来 在调试时主要是检验其是否到达要求 输出的线性度如何 在测试时我们把 G 接地 I 接 5V 另与 O 之间加上 2 K 上拉电阻 即可通过 0 输出 然后给传感器装上水管后先不加水看起输出的电压时多少 再不断 的加水看输出的电压是否在给的范围之内 再加水到传感器的极限输出即传感器的最 大输出电压是多少 27 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 6 6 系统功能及指标参数系统功能及指标参数 6 16 1 系统功能系统功能 本次设计的智能液位传感器主要能实现以下功能 1 压力传感器采用的测量液体的压强的方式来实现测量液面高度 2 设计的单片机系统能控制 ADC 对压力传感器的输出电压信号进行采集并转换 3 测量范围能基本达到设计的要求在 0 1 米的范围内误差较小 4 能在上位机上直观的显示出测量的液面高度 6 26 2 系统各部分的测试参数系统各部分的测试参数 6 2 1 AD 部分调试参数部分调试参数 在调通 AD 后我们对 AD 的数据采集功能进行了测试 测试数据如下图 6 1 28 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图 6 1 AD 的采集数据与给定的输入数据 这几组数据都是在室内测得的 都是在室温接近 30 度的情况测得 我们对所测得 的数据进行了处理 一共测了 5 组数据 给定的输入电压是在直流稳压电源上直接读 的 而测得的数据则是通过我们所做的上位机显示程序读出来的 求出了每组数据的 样本均值和样本方差 通过直观的观察发现和给定的 AD 输入误差不是很大 我们也通 过 excel 做表发现这几组测得的数据与给定的输入电压误差很小 这说明 AD 的线性度 还是比较高的 6 2 2 系统测量液面高度的数据参数系统测量液面高度的数据参数 这里测的数据是整个系统组在一起进行的测量 测量我们所给的液面高度 测得的数据如下图 6 2 图 6 2 液面高度的测量数据 这些数据都是在室内测得的 在室温 30 度左右测得 一共测了三组数据 电压利 用上位机显示程序直接读得 而高度的数据则是用米尺测得 一个电压对应一个液面 高度 数据处理则是求斜率的问题 每一个高度对应一个斜率主要为后面的上位机显 示液面高度的 VB 程序找一个理论的依据 这样也可以看压力传感器的工作的线性度如 何 29 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 6 2 3 调试总结调试总结 通过调试我们发现调试时最费时间的药考虑很多因素 调试过程要将整个系统组 合起来看工作是否正常 能否达到基本的要求 我们设计的只能液位传感器能基本满足设计的基本要求 通过压力传感器测量液 位的压强方式 ADC0804 对压力传感器的输出的模拟电压进行采集和转换送入单片机然 后通过 RS232 串口通信传送到上位机上显示液面的高度 实现了将二进制的量化转换 为以厘米为单位的 ASCLL 标准字符串形式传送到 PC 机 测量范围在 0 1 米内时误差能 基本满足要求 误差主要就是来至压力传感器的输出与 ADC0804 的输入有一定的差距 这主要是由于整个系统连接起来过后传感器的内部电阻将其输出电压拉下来了 我们 在以后对系统加入电压跟随器来改善 30 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 7 7 结论结论 本次设计的智能液位传感器达到了预期的基本要求 主要特色之一就是直接利用压 力传感器测液体的压力的方式实现了测液面的高度 这种方式实现起来比较容易 其 二就是将测量系统与 PC 机相结合起来这样对数据的读数比较直观 并且能精确到厘米 不过此设计也有很多不足之处 测量时要在容器的底部开口才能读出压力 还可以加 入报警系统 当测量超出范围时 系统自动报警 还有就是还可以加上一定的数据存 储能力 这样要对以前的数据进行研究的地方非常有帮助 31 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 8 8 总结与体会总结与体会 综合上述各部分的测试结果 本设计完成了课程设计的大多数的要求 基本达到 了预期的目标 这次智能综合设计历时接近一个月 在这期间可以说是苦多于甜 但是可以学到 很多很多的东西 不仅可以巩固以前所学过的知识 而且学到了很多书本上没有接触 过的知识 以前接触的那些程序都是很短很基础的 但是在课程设计中碰到了一些复 杂的程序编写 这时画程序方框图就显得很有必要了 通过画程序方框图可以使我们 对所要完成的每一步任务都有一个很清楚的思路 让我们明白每一步的任务 同时在 程序测试的过程中也有利于查错 另外 以前对于编程工具的使用还处于一知半解的状态上 经过一段上机的实践 对于怎么去排错 查错 怎么去看每一步的运行结果 怎么去了解每个寄存器的内容 以确保程序的正确性上都有了很大程度的提高 这次课程设计终于顺利完成了 在设计中遇到了很多编程问题 最后在同学们的 帮助下并且查阅了很多相关的资料才得以解决 通过本次课程设计 我进一步温习和 巩固了课本的理论知识 增强了理论联系实际的能力 同时也增强了我通过检索资料 来获取相关专业信息以及利用检索到的信息来解决面临问题的能力 本次设计使我深 刻认识到自己软件编程方面的知识薄弱 同时也使我体会到软件编程在实际硬件电路 连接中的重要作用 软件编程的使用使硬件开销大大减少 同时也使设计更加的简洁 易于控制 在今后的学习中我们会加强软件编程方面知识的积累和运用 会更加注重 理论与实际的结合 在这次作品制作过程中 我们知道了要真正的做出作品需要考虑非常多的因素 有些看似不起眼的细节都可能对电路产生巨大的影响 如连线是否可等 通过这次课 程设计自己看到了许多工程和一些产品中的要求 让自己明白了自己现在缺乏很多工 程意识和思考问题的全面性 在此我要特别感谢我们的课程设计指导老师曹林老师 在设计过程中他为我们提 供了很多的帮助和指导 在老师的身上我们学也到很多实用的知识 在此我们表示感 谢 同时 对给过我们组帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢 32 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 9 9 参考文献参考文献 1 汪德彪 MCS 51 单片机原理及接口技术 M 北京电子工业出版社 2004 2 胡文金 钟秉翔 单片机应用技术实训教程 M 重庆大学出版社 2005 3 张毅刚 彭喜元 董继成 单片机原理及应用 M 重庆大学出版社 2003 4 谢自美 电子线路设计 实验 测试 M 武汉 华中科技出版社 2000 5 5 谭浩强 C 程序设计 第三版 M 北京 清华大学出版社 2008 1 6 王华奎 数字信号处理及应用 M 北京 高等教育出版社 2006 12 7 姚燕南 微型计算机原理与接口技术 M 北京 高等教育出版社 2006 4 8 古天祥 电子测量原理 M 北京 机械工业出版社 2009 1 9 徐科军 传感器与检测技术 M 北京 电子工业出版社 2010 11 33 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 附录附录 附录附录 1 1 总电路图如下图 1 图 1 总电路图 实物图如下图 34 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 实物图 1 实物图 2 35 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 实物图 3 38 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 附录附录 2 2 程序 程序 单片机程序如下 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar flag i j sbit wr P3 6 sbit rd P3 7 void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void adopen adc0804 初始化 wr 1 wr 0 wr 1 delay 1 rd 0 i i i i 延时 j P1 rd 1 void initial 串口初始化 TMOD 0 x20 设置定时器 1 为工作方 式 2 TH1 0 xfd TL1 0 xfd TR1 1 REN 1 串口始能 REN 1 时允许