开题报告-基于单片机的液位控制系统设计

1、毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)标题：基于单片机的液位控制系统设计大学：化学自动化大学学号：1201专业课：101学生姓名：讲师：20年月7日一、主题的基本情况1.主题的来源和主题的基础随着我国国民经济和生活水平的发展，各行业对自动化的需求也日益增长，为了减少污染和节约资源，单片机的控制技术得到了广泛应用。无论是在工业生产中还是在其他行业，水都是人们生活中不可缺少的资源，大部分使用水箱。水箱的水位控制是最重要的问题。以前，专业人士管理，不仅浪费人力和财力，还不能准确判断水位的高低。因此，用单片机控制水箱的水位得到了广泛应用。在工农业生产和日常生活应用中，经常需要自动控制容器的水位。例如

2、冰箱、水槽、水槽、锅炉等容器中的低数量、生活中抽水马桶的自动水分控制、自动电热水器、电热水器的自动流入控制等。虽然各种水位控制的技术要求和精度不同，但基本控制原理可以用一般的反馈控制方法来概括，主要的区别是检测水位的方法、反馈方法和控制器的区别。目前，中国在单片机测控装置的研究、生产和应用方面取得了很大成就，总结了很多经验，但各产业仍处于发展阶段，经过调查，在这方面进行了更多的研究研究工作，更多地关注理论和算法。多年来，这方面的研究论文更多，但很少有论文侧重于实际生产。本论文将改善这种情况，解决生产生活中可能出现的普遍问题，并为设计师提供参考。国内外研究趋势和水平一些发达国家在单片机的新系统研

3、究、制造和应用方面积累了很多经验，打下了基础，进入了国际市场。我国在新型测量装置和系统研究、制造、应用、经验上与其他发达国家相比仍然存在差距，但我国研究人员已经克服了很多困难，不断摸索。预计在相关领域赶上或超过发达国家的技术水平是发展趋势。液位法比较多，根据测量方法可以分为接触式和非接触式两种类型。1.接触测量方法接触式测量法是测量用传感器直接接触容器内存储的液体，获得测量参数的方法。(1)手动检查法使用浸没尺度钢标尺测量水位。该方法具有测量简单、可靠性高、直观、成本低等优点，但人为读取误差大，无法自动检测和操作。(2)电气参数测量方法常见的有电阻法、光电法、侧重法、电容法、浮标法、声学光电的

4、反射回波法等。2.非接触测量方法非接触式测量方法包括超声波、调制式光学法、微波等。测量手段的特点不是使用像富人一样的固体物，而是使用声音、光、射线、磁场等能量。液晶传感器与测试的介质不接触，不受测试的介质影响，不影响测试的介质，所以复盖范围很广。特别是接触式测量装置是不能应用的特殊情况，例如高粘度、腐蚀性、污染性、结晶性强的介质。下面简要介绍超声波法和微波法的测量原理。(1)超声波法：能量交换器将电力脉冲转换为超声波，向液面发射，通过液面反射后，转换器将超声波转换为电信号，超声波法可用于多面测量。(2)微波法：微波通过天线发射，通过液面反射，通过天线接收，在二次电路中计算发射信号和接收信号的时

5、间差，从而得出水位。这个主题的目的和意义随着计算机技术、测量技术和控制技术的快速发展，越来越多的先进测量控制设备、技术和方法在自动测量控制领域得到了广泛应用。在工业生产中，容器内需要对媒体进行液位控制的地方很多，可以保持高精度的数值。(莎士比亚，温斯顿，产业名言) (产业名言警句控制通常是指调节特定的水位，使其达到所需的精确度)。液体的液位控制是近年来新开发的新技术，是自动控制、微机软件、硬件等多种技术紧密结合的产物。本设计以水塔供水为模型，考虑到单磁盘级控制单元的重复性、功耗降低、测量精度、使用寿命等特点，设计了单磁盘式液位控制系统，具有实时水位测量监控数据处理等功能。4.预期目标单片机问世

6、以来，性能不断提高和改善，由于体积小、速度快、功率低的特点，应用领域越来越广泛。一般来说，工业控制系统的工作环境不好，干扰强，通过单片机控制可以克服这些缺点，因此单片机在控制领域得到了广泛应用，建议使用单片机控制液体水位。基于51单片机的液位控制系统在满足系统精度要求的同时具有可靠性。如果仍然使用人工方式，劳动强度高，生产率低，安全性难以保证，需要改造自动化控制系统。从而提供足够的水，提供无缝水压的自动控制具有设计低成本实用价值的控制器。随着自动化技术在矿山企业中的广泛应用，水位自动控制技术越来越频繁地进入自动控制系统设计者的视线。本主题的水位控制技术使用水位传感器和压力传感器实时监控水位高度

7、和压力。预计目标是当水位和压力超出规定的范围时，自动调整水位和水压，使其在规定的范围内。水位和水压低于规定范围时，控制泵工作，抽水，使水塔内的水位和水压上升，达到规定高度。达到无需手动控制，保持水位在一定范围内的目的。第二，主题设计将采用方法和手段控制水位的方法有多种，应用更多的主要有两种。一种是使用简单的机械控制设备进行控制，另一种是复杂的控制器控制方法。两种方法的实现如下。(1)简单的机械控制方法。其一般形式有浮标、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低。但是准确度不高，不能做数字标记，容易引起误操作，可以单独控制的问题。(2)复杂的控制器控制方法。该控制方式通过安装在泵出口管道上

8、的压力传感器，将出口压力转换为标准工业电信号的模拟信号，通过多路复用、a/d以数字信号发送到单个磁盘，通过单片运算和给定参数的比较执行pid运算，获得曹征参数，控制输出电压变化，实现了控制罐水位的目的。综合考虑上述两种控制方法和设计需要达到的性能要求。该设计选择并改进了第二种控制方法。最终形成的控制方案设计了以单片机为控制核心的供水水箱水位监控系统，如图1所示。根据监测对象的特点，应实时检测油罐的水位高度，并与启动预设进行比较，用单片机控制固态继电器的堵塞，调整水位，最终达到水位和设定值。如果检查值高于上限设定值，则要求警报，切断继电器，泵停止水，如果检查值低于下限设定值，则要求警报，打开继电

9、器，控制泵启动水。现场实时显示测量值，可以监控水箱水位。水压检测电路水位检测电路警报设备at89c51羊水泵数码管显示电路排水泵输出驱动器电路ad0809转换器键盘输入图1 .单片机级控制系统方框图该系统由单芯片at89c51、数码管显示器、报警、键盘、传感器和其他基本外围电路组成。要求：扩大水位传感器收集的水位信息，处理a/d转换等，设计前端数据收集和相应的输出控制硬件电路，完成相应的单片机软件控制设计。水位信息通过传感器收集并传送到单片机，单片机传送到控制和数码管显示器，必须使用键盘控制液体水平的上限和下限。1.硬件电路设计水位控制系统的硬件主要包括at89c51单片机、水位检测电路、水压

10、检测传感器(变送器)、报警电路、数码管显示电路、输出驱动电路、排水电机控制电路、键盘输入电路、泵电机控制电路、ad0809转换器等。1.1单芯片(1)单片机的功能和特性单片机使用atmel生产的双列40发at89c51芯片，芯片针脚如下图2所示。其中p0端口用于a/d转换和显示。p1端口连接键盘；p2端口用于控制电磁阀。p3端口用于警报和ad转换控制。下面详细介绍了每个界面的功能。图2.8051单芯片针脚图p0端口：p0端口是8位泄漏开放双向i/o端口。作为输出端口，每个端口可以驱动8个ttl逻辑级别。接脚将1写入p0连接埠时，用作高阻抗输入。访问外部程序和数据存储时，p0端口也作为低8位地址

11、/数据重复使用。在此模式下，p0具有内部抗拉能力。p1端口：p1端口是具有内部抗拉能力的8位双向i/o端口，p1输出缓冲区可以驱动4个ttl逻辑水平。如果在p1端口上写“1”，内部拉动电阻将提高端口，可以用作输入端口。p2端口：p2端口是具有内部抗拉能力的8位双向i/o端口，p2输出缓冲区可以驱动4个ttl逻辑水平。如果在p2端口上写“1”，内部拉动电阻将提高端口，可以用作输入端口。p3端口：p3端口是具有内部抗拉能力的8位双向i/o端口，p3输出缓冲区可以驱动4个ttl逻辑水平。如果在p3端口上写“1”，内部拉动电阻将提高端口，可以用作输入端口。(2)单片机工作过程单片机，即单片机执行程序，

12、即命令执行过程、命令、命令，即单片机，是编写由设计者给定的命令系统决定的各种操作形式，命令，对应于基本操作；可以用单片机完成的所有任务都必须将需要解决的问题编译成一系列指令(必须是可以被选定的单片机识别和执行的指令)。这一系列指令集成为程式。程序应预先保存在具有存储功能的部件3354内存中。存储由许多存储单元(最小的存储单元)组成，说明保存在这些单元中，单元的说明将被删除并执行。每个存储单元也必须分配有唯一的地址号，该地址号将成为存储单元的地址，因此，只要知道存储单元的地址，就可以找到该存储单元。您可以在此移除储存的指示，然后执行。程序通常按顺序运行，因此程序中的命令也按顺序存储。要在单芯片微

13、型计算机运行程序时逐个卸载和执行这些命令，必须有可以跟踪命令所在地址的部件。此部件是程序计数器pc(包含在cpu中)。开始运行程序时，将程序第一个命令所在的地址分配给pc，然后获取每个命令。1.2 a/d转换电路(1) adc0809的内部逻辑结构a/d转换电路在将传感器输出的模拟电压信号转换为单个芯片可以处理的数字量的控制器上起主导作用。此控制器使用cmos工艺制造的逐步近似8位a/d转换器芯片adc0809。使用时有三种方法可以选择中断、查询和延迟等待，从而编写a/d转换程序。布线时，通过运算放大器和分压电路将传感器输出的电流信号转换为电压信号，然后输入a/d转换器。adc0809的针脚图

14、如图3所示。adc0809芯片是28针双列直插式封装，adc0809主信号针的功能包括：图3 .adc0809针脚图start转换启动信号。在start上升边缘adc0809重置。start下降时启动芯片，开始a/d转换。clk时钟信号。adc0809内部没有时钟电路，需要的时钟信号在外部提供，因此有时钟信号针。通常使用频率为500khz的时钟信号。eoc转换结束信号。eoc=0，转换进行中：eoc=1，转换结束。使用中的这个状态信号可以用作查询的状态标志，也可以用作中断请求信号。oe输出接受信号。三状态输出锁定器用于控制转换为单芯片输出的数据。oe=0，输出数据线显示高电阻。oe=1，输出转

15、换后的数据。a/d转换器的主要规格是分辨率和转换速度。分辨率表示输出数字的杨怡相邻数字所需的输入模拟电压的变化量。1.3数码管显示和键盘电路图4 .键盘电路数码管显示电路与键盘电路一起设计，数码管显示电路由四位一体阳极数码管和驱动三极管组成，分为动态显示和静态显示，使用动态显示进行系统优化和节能。键盘是单片机应用系统中非常重要的组件，可以在单片机系统中实现数据输入、命令传输等功能，是手动介入单片机的主要手段。此设计使用独立键盘接口电路，因为实际需要的键较少。它是所有独立的密钥以一对一的方式直接连接到单片机的i/o端口，并通过程序扫描查询与单片机系统交互。在程序查询模式下，键状态通过i/o端口读

16、取，按下键后相应的i/o端口为低电平，未按下的键为高电平。因此，您可以读取i/o端口的状态以确定是否存在按键操作。(约翰肯尼迪、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键、键)在图中，s2到s5是控制显示的键。其作用是按他们实现对高低警戒水位的设定。特别是，s3，s4分别实现了数字的增加1和减少1，s2，s5用作高低警戒水位的模式选择和确认键。2.软件设计主程序包括系统初始化函数、按键函数、水位监控和马达控制函数以及水压检测函数。主程序的功能主要是完成单片机的初始化，设定边界级的上限和下限，实时显示水平值和键盘扫描等。主要程序流程分为以下几个部分：此模块在打开系统电源时将系统端口、

17、数据存储、标志位、指针、地址等作为有意义的值提供。图5 .基本程序流程图三、完成任务所需的条件根据本课题开发的设计方法和手段，首先系统需要经历硬件设计和软件设计两个基本阶段。然后，验证实验仿真结果是否符合此设计的要求和目的，如果发生错误，应及时找出错误的地方，用适当的方法纠正系统错误。(david assell，northern exposure(tv)，error)通过实验模拟，没有错误，根据设计图设计实物，然后不断检查系统是否有其他错误，例如不稳定性、故障，然后优化系统设计。具体要求条件如下。根据设计要求和目的，找到所需的硬件设备，例如单片机、adc0809转换器、7段数码管显示器。然后，proteus仿真软件找到所需的硬件设备，找到相关材料和学习，正