基于单片机的两种液体混合装置的设计毕业设计

1、摘要 随着电子科技的飞速发展，单片机在日常生活中应用的越来越广泛。本文以stc89c52单片机为核心器件，制作了两种液体的混合控制装置。由于器材限制，用步进电机具有精确步进角的特点模拟了开关的开度，用步进电机所转动的角度来表示两种液体的体积，利用按键的状态模拟了液位过高和过低的信号指示，同时用lcd1602液晶显示屏作为人机交互界面，使结果更加清楚直观。总体设计符合一般的液体混合装置的要求，且精度较高，操作简单易懂。关键字： 单片机 步进电机 液体混合 lcd1602液晶显示目录一 问题重述.11.1 设计要求.1二 设计方案与论证.12.1 显示电路的选择.12.2 步进电机的选择.12.3

2、 电机驱动电路的选择.12.4 总方案设计框图.2三 单元模块设计.23.1 按键控制电路.23.2 单片机最小系统电路.33.3 lcd1602显示电路.43.4 步进电机的驱动电路.53.5 总电路仿真图.6四 软件模块设计流程图.74.1 主循环函数的流程图.74.2 定时器0的中断服务子程序.84.3 定时器1的中断服务子程序.94.4 外部中断0和外部中断1的中断服务子程序.10五 实物图及测试分析.105.1 实物图.105.2 测试结果及误差分析.11六 设计总结.11七 参考文献.11八 附录.128.1 元件清单.128.2 源程序代码.121、问题重述1.1 设计要求：设计

3、两种液体的混合装置控制系统，采用步进电机来精确控制体积比，并且加入人机交互界面，符合一般液体混合控制系统的要求。2、设计方案论证及总体设计方案在mcu的选择上直接选取物美价廉的stc89c52型号的单片机。在这里主要讨论显示电路的选择、步进电机的选择以及电机驱动电路的选择。2.1 显示电路的选择2.1.1 方案比较：方案一：选用七段数码管做显示设备方案二：选用lcd1602液晶显示屏做显示设备2.1.2 方案论证：方案一：七段数码管操作方便，并且显示效果良好价格也低廉。但是在界面切换到记录数据的时候并不是十分直观，在与单片机相接的时候还要在加驱动，加大了工作量，并且数码管的耗能较大。方案二：l

4、cd1602液晶显示屏显示清晰，切换显示界面也很直观，可直接与单片机相连，方便快捷且耗能较少。但是价格较高，操作起来较复杂。2.1.3方案选择：综合各个方面，选择lcd1602作为显示设备。2.2 步进电机的选择2.2.1 方案比较：方案一：选择高精度普通型步进电机方案二：选择一般减速型步进电机2.2.2 方案论证：方案一：高精度的步进电机具有精密的步进角，且具有较大的转矩，转速更高，但是价格较贵。方案二：减速型步进电机虽步进角较大但是具有减速齿轮，因此理论上可以更加的控制步进角的大小，并且价格较低但是转矩较小，且转速不快。2.2.3 方案选择：综合方案设计要求以及经济条件，选择一般减速型步进

5、电机28byj-48；2.3 电机驱动电路的选择2.3.1 方案比较方案一：选择三极管放大电路用作电机的驱动线路方案二：选择电机的驱动芯片uln2003作为驱动电路2.3.2 方案论证方案一：用三极管作为驱动线路虽然价格低廉，但是可移植性较差，不可扩展到其他的驱动上。方案二：利用uln2003作为步进电机的驱动芯片，价格虽没有三极管便宜但是可移植性较好，做成模块可移植到其他的电机驱动线路上2.3.3 方案选择：综合各方面性能和资源的可回收性来说，选择用uln2003作为驱动电路。2.4 总方案设计框图：图1 总方案设计图3、单元模块设计3.1 按键控制电路 图2 按键控制电路图放置八个按键开关

6、，p3.0为设置液体体积比的启动按键；p1.4、p1.5、p1.6为设置液体体积比的选择按键；p3.1为输入液体的总开关按键；p3.4为输出液体的总开关按键；p1.7为是否有输出的指示灯；p3.2和p3.3接在单片机的外部中断上，用来外部中断来检测液位的过高或者过低；3.2 单片机最小系统电路图3 单片机最小系统图单片机的最小系统（如图3）就是单片机能够正常工作所必须具备的部分。包括三个部分，分别是复位电路、晶振电路和电源电路。3.3 lcd1602显示电路 图4 lcd1602液晶显示屏接线图1602液晶也叫1602字符型液晶（如图4），它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块

7、,显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。3.4 步进电机的驱动电路图5 步进电机的驱动接线图步进电机的控制方式分为三种，单四拍、双四拍和单双八拍。而单双八拍的控制最准确，因此选用单双八拍控制。表128byj-48步进电机参数表供电电压相数相电阻步进角度减速比启动频率p.p.s转矩g.cm噪声db绝缘介电强度5v45010%5.625/641:6455030035600vac由上表可看到减速比为1:64，而步进角为5.625，此处就表示了一个脉冲理论上可以转动的角度应该为5.625/64，为0.08789，所以减速型步进电机的步进角在理论上可以达到很小的

8、值，可以精确地控制其转动的角度。而实际上由于转动的幅度太小，它根本不会转，因此控制的转动角度跨度其实应该大一点。在本文中，选择的步进角度为每次10，这样看起来步进清楚直观，而且在混合比例的控制上也更加方便。3.5 总电路仿真图图6 总电路图利用proteus软件制作了相应的原理图，用网络标号代替了导线，使界面看起来清晰直观，各个模块都单独为一块，不仅方便移植而且更方便识别。4、软件模块设计4.1 主循环设计流程图 图7 主循环设计流程图4.2 定时器0的中断服务子程序图8 定时器0的中断子程序4.3 定时器1的中断服务子程序图9 定时器1的中断子程序4.4 外部中断0和外部中断1的中断服务子程

9、序 图10 外部中断0的中断子程序 图11 外部中断1的中断子程序5、实物图及测试分析5.1 实物图图12 实物连接图 5.2 测试结果及误差分析5.2.1 测试结果表二 步进电机的实际转动角度与设定角度设置转动角度1090180270360450720实际转动角度10891822713584537255.2.2 误差分析由于该四相八拍的步进电机的减速比为64，步进角为5.625，因此理论上来说4096个脉冲刚好会转动360，而实际上其减速比不是正好为64，根据其内部的构造来算的话，大概4076个脉冲才会转360，将其改正后会在使其转动更加精确。在本文中在此处已经做过了修正，但是在实测时还是会

10、有一点误差，而这个误差是步进电机本身带来的误差，越便宜的步进电机这个误差会越难以消除。6、 设计总结在紧张的三个星期中，我们实验小组终于排除了困难，完成了液体混合装置系统的设计与制作。在实验中，我们用上了平时上课老师教给我们的知识，让我们的设计有了更多的思路，让我们学到了很多书本上没有的知识，同时也让我们学习了许多课外的知识，不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。在发现问题和解决问题后，最终我们的设计

11、还是成功了。本次课程设计主要从硬件和软件两个方面结合说明设计的总体思路和实现过程,预期的设计目的是：精确控制步进电机的步进角以此来模拟液体的流量大小。在设计过程中，曾经遇到很多的障碍，设计图经过许多次的修改最后才定下来，但在调试的过程中又出现了问题需要修改原理图；在编程那里花费的时间是最多的，编程的过程是要考虑到程序的可行性和是否与硬件兼容。而在程序设计师上怎么实现多种功能而不相互冲突是一大难题！在设计中有好多问题都是忽略了仿真与实物的差别，导致结果的不精确，经过多次试验终于克服了困难。通过此次课程设计我们有了更深的认识,只有在设计制作的过程中不断的学习才能有更新的进步。不论在什么地方、什么岗位我门都要不断学习，学以致用。才能把我们的工作做的更好。7、参考文献1刘乐善.微型计算机接口技术及应用.北京：北京航空航天大学出版社，20012王东峰，单片机c语言应用100例，北京，电子工业出版社，20093禹言春，例说51单片机，西安，西安电子科技大学出版社,20074陈海宴，51单片机原理及应用，北京，北京航空航天大学出版社，20105李平，单