畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于AT89S51單片機(jī)的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

基于AT89S51的液位自動(dòng)控制0目錄前言.11.自動(dòng)控制系統(tǒng)概述.21.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用.21.2液位控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.21.3自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).32.系統(tǒng)方案的選擇與論證.42.1總體方案的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)框圖.42.2各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)方案論證：.52.2.1液位信號(hào)采集電路.52.2.2通信部分方案.62.2.3其它部分方案.63電路硬件設(shè)計(jì).83.1系統(tǒng)的整體框圖.832從機(jī)部分模塊電路設(shè)計(jì).83.3從機(jī)各個(gè)模塊具體設(shè)計(jì).93.3.1控制器部分AT89S51芯片.93.3.2液位信號(hào)采集電路部分.123.3.3電磁閥的選擇.143.3.4電極產(chǎn)生信號(hào)處理電路：.153.3.5顯示部分電路.163.3.6按鍵部分：.173.3.7聲光報(bào)警電路：.183.3.8電源部分.194.主機(jī)和通訊部分設(shè)計(jì).204.1主機(jī)部分（液位信號(hào)的控制單元）.204.2通訊部分.215.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).235.1從機(jī)程序流程圖.235.1.1從機(jī)主程序流程圖.235.1.2中斷0服務(wù)程序流程圖.245.1.3中斷1服務(wù)程序流程圖.255.2主機(jī)程序流程圖.266.抗干擾對(duì)策.2761硬件抗干擾設(shè)計(jì).276.2軟件抗干擾設(shè)計(jì).27結(jié)論.28致謝.29參考文獻(xiàn).30附錄A源程序.31附錄B硬件原理圖.35山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前言自動(dòng)控制系統(tǒng)（automaticcontrolsystems）是在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段。近年來，隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)中的不斷應(yīng)用，大大推進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)在生產(chǎn)過程中的廣泛使用，特別是對(duì)于工作環(huán)境較差，工作強(qiáng)度較強(qiáng)，或操作要求較高的崗位采用自動(dòng)控制系統(tǒng)意義尤為顯著，可以實(shí)現(xiàn)減人提效，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量。液位是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領(lǐng)域里，對(duì)液位的測(cè)量和控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。由于單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小，耗電少，控制精度高，運(yùn)行可靠等的特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。本文討論了一種以AT89S51為核心研制的液位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能對(duì)液位進(jìn)行巡回檢測(cè)、顯示和報(bào)警，同時(shí)也能對(duì)液位進(jìn)行智能控制。以AT89S51單片機(jī)為控制核心，采用RS-485串行總線組成的分布式微機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)液位的檢測(cè)和實(shí)時(shí)顯示。部分采用電極接觸式液位檢測(cè)裝置完成對(duì)液位信號(hào)的采集，根據(jù)鍵盤設(shè)定的液位值通過進(jìn)水閥和出水閥的控制，達(dá)到設(shè)定的液位值，誤差小于等于2mm。從機(jī)還具有超限包紀(jì)念館，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液位狀態(tài)和液體重量的功能。除具有從機(jī)功能外，還可以實(shí)現(xiàn)多路從站站點(diǎn)液位的檢測(cè)和控制，能任意設(shè)定要查詢的從站數(shù)量和從站號(hào)，本文簡(jiǎn)化起見，設(shè)定從站為1，還能夠接收從站的超限報(bào)警信號(hào)。本文提出了一種基于單片機(jī)AT89S51液位自動(dòng)控制方法，對(duì)水位信號(hào)做實(shí)時(shí)測(cè)量并與鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較，通過閥門控制注排水來實(shí)現(xiàn)液位的基本恒定，并且是誤差保持在2mm,具有跟蹤性好，反應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。基于AT89S51的液位自動(dòng)控制21.自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,自動(dòng)控制技術(shù)越來越顯示出它的重要性,為人們所矚目。掌握有關(guān)自動(dòng)控制的知識(shí)就顯得尤為重要。自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域在工業(yè)方面，對(duì)于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動(dòng)化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)操作系統(tǒng)等。在軍事技術(shù)方面，自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動(dòng)化、圖書管理、交通管理乃至日常家務(wù)方面，自動(dòng)控制技術(shù)也都有著實(shí)際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等所有領(lǐng)域。1.2液位控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用液位是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領(lǐng)域里，對(duì)液位的測(cè)量和控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種測(cè)量元素基本上像化工、電力、建材、供熱、冶金、水處理等等幾乎所有的工業(yè)場(chǎng)合都可以應(yīng)用。應(yīng)用范圍十分廣泛。液位自動(dòng)控制是自動(dòng)化生產(chǎn)控制的重要環(huán)節(jié)，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在發(fā)生事故時(shí)，異常參數(shù)的顯示和記錄，是事故分析和故障診斷的依據(jù)，據(jù)此可提出改進(jìn)和防范措施。在化工、電力等行業(yè)中，如果不隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝過程中的液位等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制，生產(chǎn)過程就無法控制甚至發(fā)生危險(xiǎn)。在交通領(lǐng)域，一輛現(xiàn)代化汽車裝備的傳感器就有十幾種，測(cè)量油量壓力等。在國(guó)防科研中，測(cè)量控制用的更多，研究飛機(jī)的強(qiáng)度，就要在油箱貼上幾十片應(yīng)變片并進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，比如測(cè)量壓力傳感器，以便進(jìn)行對(duì)飛機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析校正，比如每千里油耗，完成不同任務(wù)所需油量等。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，先進(jìn)的液位測(cè)量自動(dòng)控制系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用，比如我們經(jīng)常見到的水箱自注水調(diào)節(jié)山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31.3自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展?；贏T89S51的液位自動(dòng)控制42.系統(tǒng)方案的選擇與論證2.1總體方案的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)框圖液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的系統(tǒng),是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一類常見的、重要的控制過程。而傳統(tǒng)的液位控制多采用單回路控制,并采用傳統(tǒng)的指針式儀表來顯示液位值,使液位控制的精度和顯示的直觀性受到限制,而隨著生產(chǎn)線的更新及生產(chǎn)過程控制要求的提高,要求液位系統(tǒng)有高的控制性能?；诖耍鞠到y(tǒng)就設(shè)計(jì)了一種電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便且性價(jià)比高的系統(tǒng)，來完成液位的自動(dòng)調(diào)控。當(dāng)一個(gè)有排液出口容器里的液體的液位需要保持在一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，就可用“液位控制系統(tǒng)”來調(diào)控。具體是對(duì)容器設(shè)定一個(gè)上液位、一個(gè)下液位。當(dāng)容器里的液位達(dá)到上液位時(shí)，控制裝置（機(jī)械或電子的）控制電磁閥，排液出口通過一段時(shí)間的排液，當(dāng)容器里的液位降到下液位時(shí)，控制裝置控制電磁閥，液位再緩緩上升。如果是一個(gè)有補(bǔ)液進(jìn)口容器里的液位需要保持在一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，控制裝置控制電磁閥的動(dòng)作則相反。系統(tǒng)應(yīng)具有的功能：監(jiān)測(cè)液位液體重量顯示設(shè)定值輸入控制液面高度意外報(bào)警系統(tǒng)框圖如下：處理器液位檢測(cè)傳感裝置電磁閥1電磁閥2鍵盤顯示器AB圖2.1系統(tǒng)框圖山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）52.2各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)方案論證：2.2.1液位信號(hào)采集電路1.方案一采用高精度液位傳感器將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到液位信號(hào)，但由于高精度的液位傳感器的價(jià)格偏高，故不采用這種方案。2.方案二將壓力傳感器固定在液體底部，在液體底部檢測(cè)液底壓強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓差，壓力傳感器輸出和液位高度相對(duì)應(yīng)的電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)處理獲得液位值。這種方法可以達(dá)到系統(tǒng)要求的精度，但是由于價(jià)格和時(shí)間的問題，這種方案也不容易實(shí)現(xiàn)。3.方案三利用浮體式裝置進(jìn)行測(cè)量。將浮體和測(cè)量裝置相連如裝有光電耦合器的特制滑輪，將浮體的上下運(yùn)動(dòng)通過測(cè)量機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的液位信號(hào)，考慮到測(cè)量機(jī)構(gòu)的機(jī)械摩擦阻力和浮體的重量產(chǎn)生的誤差達(dá)不到題目要求的精度，故不采用這種方法。4.方案四自主設(shè)計(jì)一種電極接觸式的液位檢測(cè)裝置，電機(jī)帶動(dòng)繩上的電極運(yùn)動(dòng)，利用監(jiān)測(cè)電極1、2在液體中和液面上方時(shí)與電極3間電阻值的改變，判斷液面位置。通過選用合適的電動(dòng)機(jī)、合理安排兩電極間的距離可以達(dá)到題目要求的測(cè)量精度；且所用器件容易獲得，價(jià)格便宜，故采用這種方案。圖2.2接觸式液位檢測(cè)裝置基于AT89S51的液位自動(dòng)控制62.2.2通信部分方案RS232,RS422,RS485是電氣標(biāo)準(zhǔn)，主要區(qū)別就是邏輯如何表示。RS232使用12V,0,-12V電壓來表示邏輯，（-12V表示邏輯1，12V表示邏輯0），全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因?yàn)槭褂媒^對(duì)電壓表示邏輯，由于干擾，導(dǎo)線電阻等原因，通訊距離不遠(yuǎn)，低速時(shí)幾十米也是可以的。RS422，在RS232后推出，使用TTL差動(dòng)電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)最多10個(gè)接收器（即接收器為1/10單位負(fù)載），通訊距離與通訊速率有關(guān)系，一般距離短時(shí)可以使用高速率進(jìn)行通信，速率低時(shí)可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信，一般可達(dá)數(shù)百上千米。RS485，在RS422后推出，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力至少可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器（即接收器為1/32單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動(dòng)更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工485驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)都是標(biāo)：RS422/485的，因?yàn)槿p工RS485的驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)一定可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)。主從式多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)可采用RS-232或RS-485。其中RS-485抗干擾性能好，可以延長(zhǎng)RS-232的傳輸距離，而且通過485總線可以放松把多個(gè)串口或485設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。由于本系統(tǒng)屬于多點(diǎn)通信方式，數(shù)據(jù)要求雙向傳輸，因此采用連接方便、抗干擾性能好和失真小的RS-485標(biāo)準(zhǔn)。2.2.3其它部分方案利用自制液位計(jì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，結(jié)合單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后