基于单片机的水箱控制系统

1、一水箱控制系统的模型分析与设计1.系统的模型分析系统由以下几个部件组成：储水箱，潜水泵，变频器，控制器，出水管。系统有一个出水通道，一个输水通道。通过潜水泵向储水箱输水，以平衡出水道的水量流 失，使水箱液面维持恒值。水箱的液位值有一只压力传感器测得，并通过A/D转换传输到 控制器。控制器通过计算得出控制量,输送给变频器，变频器根据控制量向潜水泵输出功率， 以控制潜水泵的抽水效率。系统原理图如图1所示：水箱和图1.由此可以建立系统的方框图:控制对彖：水箱液位操纵变量：输水流量Q1扰动量:出水量Q2控制器:C51单片机执行机构：潜水泵（变频器）二.主控制器硬件设计1. 概述主控制器包括以卞模块:中

2、央处理器，A/D转换器，D/A转换器，串II通信电路，数字显示 器，键盘，蜂鸣警告器。使用ALTIUM DESIGNER 8.0软件，设计集成电路板，将上述模块集成到一块小型的电路板 上。2. 中央处理器AT89C55单片机因为系统是一个液位控制系统，控制精度并不要求十分高（控制在亳米级即可），控制速 度不要求十分快。因此考虑到性能及成本问题，选用atmel公司的AT89C55单片机。AT89C55单片机的性能参数为：DIP40封装，32个I/O 11 （P0_0P3_7）, 8个中断源，3个 计时/计数器，256字节RAM, 20字节ROM,时钟频率，12MHz处理器接线如图8所示：VCCV

3、CC复位开关 SWITCHS9C5x1LEDDATA.EDJV1A7CH5 leiTdlatch2KGXD=C320pFXT.4LP1.0VCCP1.1PO.OP1 2P0.1P1 3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1 6P0.5P1.7P0.6RSTVpdPO.SP3.0TXD (EA)、PPP3 1RXDALEPM2ONT0)(PSEN)*P?3(INT1)P2.0P3.4-T0P2.1P3.5T1P2.2PM6CWR)P2.3P3.7(RD)P2.4XAL1P2.5XAL2P2.6VssP2.721PublishedJ2 DAJDATA DACLKA glpATA xtTclk

4、IP3.2 啞P3_RXD 】1士匕 1 cLED CLK *zzr-d 心 1GNDGND=1=0220pF20pF图8处理器有8个空余管脚暂未使用，以后可根据需要作功能扩展。3. 模/数转换器ADC0804要对水箱液位进行控制，首先要将水箱的即时数据采集给中央处理器。通过置于水箱中的 压力传感器将水箱液位转换为电信号（05V电压信号或420mA电流信号），传输到模/数 转换器，通过转换，将电信号模拟量变为数字量，供中央处理器处理。在这里采用NSC公司的ADC0804作为模/数转换器。ADC9804接受典型的传感器输入电信号，8位数据并行输出。它的处理速度为100MS,无论从速度还是精度（8

5、位）都已经可以 满足要求。ADC0804接线如图9所示：图9这里为了节约I/O II,采用了数据并入串出的方式，通过移位寄存器74164将转换得的数 字量逐位输入给中央处理器。这样虽然使得处理速度降低，但由于液位控制只需间隔一定时 间对水箱液位进行数据采样即可，而采样周期一般远人于处理周期，因此，实际上并不会降 低数据的处理效率。4. 数/模转换器DAC0832数/模转换是模/数转换的逆过程。中央处理器通过将当前的液位值与给定值比较，得 出误差，再通过一定的控制算法处理误差，得出控制量。这时的控制量是数字量，必须转换 成模拟量，才能传输到变频器的模拟量输入端子。在这里采用NSC公司的DAC08

6、31作为数/模转换器，接线图如图10所示：D A DATAREG-ccQAlQBI善QFI鱼210图若不加接电路，输出的是电流信号。如果需要输出电压信号，则要加接电路图如卞图11：这样，通过运算放人器以及反馈电阻的组合，可以将电流输出转为电压输出。 同理，为了节约I/O匚I,采用了数据串入并处的方式。5. 输入键盘由于系统没有转门的给定值模块，所以给定值储存于中央处理器中。因此若要改变给 定值，就必须要有输入装置。这里采用3X4矩阵键盘。原理图如图12所示：KEY1KEY：KEY?-leacer S图12键盘实物图如图13所示:ENTERS 图13有 4个空余键可由使用者通过修改中央处理器内部

7、程序自定义。6. 显示器一一4X 8段数码管D.-chy：Dismay；6劣W?DATA；1 10V110.VVXTH. 10.VATA 4昇 9nV6ATA 去9nKV6DATA ain2 5KVATA fcsr? ?DATA S? ?I-iD.-TA如心 $VI-A7A4:nATA 4cir；4 5;p JD 人二 S： 5;p JATAij：ATA二J;ATA usn? iJ;ATA加吠 2:JiDATA21 IDATA 如 621 IATA r.-3D VCCT1IXHOUTT2INT2O17TR1OUTR1INR2OUTR2INGNDTERS232NL232ACSEcommect R

8、S232HeaderRXD2t:dFTXD 232TlOOpr1110D Couucctoi 9| loop?图159. USB 转串 I 1PL2303o中央处理器的程序要根据实际情况和使用者需要随时修改。程序从通用的PC机下载到 中央处理器中。这里用的接口便是以PL2303为核心的电路。如图16所示：LGNDUSBTXDDATA_LEDP12303CCTXD DTR.N RTSJ -DD232 RXDiOCpFy3R93RIO f-110KVDD DSR.N DCD_N CTSJ SHTD.N EE CLKEEDATAOSC_2oscliPLL TSTGNDPLLVDDPLLLDXfODE

9、rtrlZmobe、G：TDDrest33MGNDJVDD_5I)PP3 RXDP12303122tZD-10K2726411CZ120pFI XTALCLO1-41US3TXD4connnecT US32116Rl-10K20pFleader 410K15TT2J GNDIS VDDGND图1610. 电源接I I考虑到电源提供能更廉价和方便，这里使用220v, 50Hz的工频电源。但是如果在控制 器集成版中内置变压器，变压器的强磁场对把板子内各块芯片的信号可能产生较人干扰，所 以这里不采用位置的变压器，先将220v的交流电转成24v的直流电，再由内置的7805芯片 转换成5v电压。接线如图17所示：GND图1711.电路板原理图和PCB图电路板原理图和PCB图如图18,图19所示:2Z g： J：三三nnT転站二J !:3：-： g心 q?； ； ：.=.edMM皿4况滋：-i-二 K： ?.r :;rI: VY LXT；：tsZ-2 W2：空r；i乙:：rAF：-沖1(X一三尖：-r；- mg-=s叵、广：.三：JJ.； j；ru亠i1 12 L二 t=:=：.二二二?匚 二二三二 乂壬;:a:心：巧；.J X IO：M戈 二三g rs； i :远三辽t丁 - r二匸二：二儿刁w;：W:1工:?3第:*3 F$g三：3：. _9