液位控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1abstract1key words1引言21 緒論21.1 課題背景與研究意義21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展31.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容42 水箱液位控制系統(tǒng)的模型分析42.1 水箱液位問(wèn)題分析42.2 水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖52.3 水箱液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型62.3.1 確定過(guò)程的輸入變量和輸出變量62.3.2 建立數(shù)學(xué)模型62.3.3 求液位控制系統(tǒng)微分方程式72.3.4 誤差性能分析73 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1 核心芯片805193.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.2.1 液位傳感器的設(shè)計(jì)113.2.2 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇123.2.3 液位的調(diào)節(jié)

2、及控制部分133.2.4 led顯示及報(bào)警部分133.2.5 電機(jī)控制模塊軟件設(shè)計(jì)143.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)143.3.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖143.3.2 系統(tǒng)軟件編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境153.3.3 顯示與a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理153.4 系統(tǒng)主程序173.5 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的抗干擾措施173.5.1 硬件抗干擾電路的設(shè)計(jì)173.5.2 軟件抗干擾的設(shè)計(jì)173.6 結(jié)論18參考文獻(xiàn)19附錄20致謝22液位控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生 xxx指導(dǎo)教師 xxx摘要：液位智能監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)在生產(chǎn)生活中必不可少的部件，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，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去，大量的

3、對(duì)水位監(jiān)控操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來(lái)了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控蓄水池的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)器件損壞，將帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，液位控制很重要。 本文介紹了液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，主要設(shè)計(jì)了一種水箱液位控制器，它以8051作為控制器，通過(guò)8051單片機(jī)，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)具有液位檢測(cè)報(bào)警和控制雙重功能，同時(shí)也具有壓力報(bào)警和顯示控制的功能,并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。關(guān)鍵詞：模型；單片機(jī)；水位；控制；報(bào)警research and design of liquid

4、level control systemstudent majoring in automation xxxtutor xxxabstract: the intelligent control system is now the production and life of the essential components of itsperformance and quality of the work for more than a great influence, and also relations with the production safety. in the past tim

5、e, a lot of water level monitoring operation is by the staff to operate. this is a greatdisadvantages, such as water level control, water environment monitoring, and on the night of monitoring, the operator slightly negligence, or monitoring device easy damaged, will bring irreparable loss, more tha

6、t will be a serious crisis to the production personnels personal safety.so, the intelligent control system is very important. this paper introduces the mathematical model of the intelligent control system. it has introduced a kind of water tank warning apparatus based on single chip microcomputer. i

7、t can guard against the oil pressure of the lubricate system, atmospheric pressure of the braking system，temperature of the cool system, tyre owing to press and the thief of automobile, and to carry out automatic detection , and sends out the alarm signal when discovering unusual conditions .have el

8、aborated the design ideological, hardware composition and software train of thought of the alarm system.key words: model；single-chip；level；control；alarm 引言 液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有很多地方需要對(duì)容器內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，例如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對(duì)窯爐使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液位控制一般指對(duì)某一液位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使

9、其達(dá)到所要求控制的精度。液體液位的自動(dòng)控制,是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有儀表控制。目前我國(guó)在單片機(jī)測(cè)控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成績(jī),總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn),但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期,經(jīng)調(diào)查,許多科研究所在這方面開(kāi)展的工作更看重的是理論和算法,數(shù)年來(lái)這方面的研究的論文較多,著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。如果要達(dá)到較復(fù)雜的自動(dòng)控制，必須建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析模型。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一般是指石油、化工、冶金、煉焦、造紙、建材、陶瓷及電力發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。電力拖動(dòng)及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等過(guò)程的自

10、動(dòng)控制一般不包括在內(nèi)。凡是采用模擬或數(shù)字控制方式對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制通稱(chēng)為過(guò)程控制。過(guò)程控制是自動(dòng)控制學(xué)科的一個(gè)重要分支，是對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)水體液位控制具有較高的實(shí)用價(jià)值和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器測(cè)量水位，可有效保證水位自動(dòng)控制，能更好地對(duì)水體水位進(jìn)行自動(dòng)化控制,避免了工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)操控,方便了人員對(duì)液位系統(tǒng)控制,控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性?xún)r(jià)比，應(yīng)用前景廣，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過(guò)微機(jī)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，

11、保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文就是采用8051單片機(jī)為核心芯片的一種水體水位控制系統(tǒng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。具有市場(chǎng)前景。1 緒論液位控制在日常生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、醫(yī)用設(shè)備、工商、金融、科研、教育、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域都起著重要作用。各種各樣的液位控制模型層出不窮，較好的數(shù)學(xué)模型對(duì)于液位控制系統(tǒng)的研究至關(guān)重要。隨著科技的發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。本文初略的研究了液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)思想是用單片機(jī)做下位機(jī)，pc機(jī)做上位機(jī)，單片機(jī)和pc機(jī)相結(jié)合對(duì)水箱液位進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。該設(shè)計(jì)要求具有一定的智能化，可操作性和穩(wěn)定性好。1.1 課題背景與研究意義 在

12、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測(cè)量液體液位。隨著國(guó)家工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。例如低溫液體（液氧、液氮、液氬、液化天然氣及液體二氧化碳等）得到廣泛的應(yīng)用，作為貯存低溫液體的容器要保證能承受其載荷。液體的液位的自動(dòng)控制,是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合產(chǎn)物,工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,微機(jī)控制有以下優(yōu)勢(shì):(1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。(2)在運(yùn)行中可以方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù),可以方便的改變液位的上限、下限。(3)具有水體控制過(guò)程的自動(dòng)化處

13、理以及監(jiān)控軟件人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)性、安全性。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，為了解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與控制問(wèn)題，現(xiàn)代控制理論和優(yōu)化與控制相結(jié)合，隨著各種數(shù)學(xué)模型的建立，逐步發(fā)展成了大系統(tǒng)理論1。液位測(cè)量的方法比較多，依據(jù)測(cè)量方式的不同可分為接觸式與非接觸式兩種類(lèi)型。（1）接觸式測(cè)量法接觸式測(cè)量法是指測(cè)量用傳感器直接與容器內(nèi)存儲(chǔ)液體相接觸，從而獲得測(cè)量參數(shù)的方法。本方法所使用的電容通常由兩塊圓柱形極板或一個(gè)探極與罐壁構(gòu)成。當(dāng)液位不同時(shí)，電容器的介電常數(shù)就不同，故電容量也不同。在此

14、基礎(chǔ)上可以把電容量轉(zhuǎn)化為電壓、相移、頻率、脈寬等物理量，再進(jìn)行測(cè)量。（2）非接觸式測(cè)量法非接觸式測(cè)量法包括超聲波法、調(diào)制型光學(xué)法等。其特點(diǎn)是測(cè)量手段并不采用浮子之類(lèi)的固態(tài)物，而是利用聲、光、射線、磁場(chǎng)等的能量。液位傳感器不和被測(cè)介質(zhì)接觸，不受被測(cè)介質(zhì)影響，也不影響被測(cè)介質(zhì)，故適用范圍廣泛。特別是接觸式測(cè)量裝置不能適用的特殊場(chǎng)合，如高粘度、強(qiáng)腐蝕性、污染性強(qiáng)，易結(jié)晶的介質(zhì)。(3)光纖測(cè)量法光纖液位檢測(cè)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新技術(shù)。根據(jù)光導(dǎo)纖維中光在不同介質(zhì)中傳輸特性的改變對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量。光纖液位測(cè)量有以下優(yōu)點(diǎn)：精度高、靈敏度好、抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電、光路有抗擾性以及便于與計(jì)算

15、機(jī)連接，便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)等。目前，市場(chǎng)上進(jìn)行液位測(cè)量的儀表種類(lèi)繁多，但是同時(shí)具有測(cè)量、監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄及處理的液位測(cè)量裝置并不多。在某些工業(yè)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的測(cè)量這一基本功能已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的要求，往往需要對(duì)大批數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對(duì)其進(jìn)行后期處理分析，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制、工藝改善、資源優(yōu)化等一系列工作。為了獲得大批量的數(shù)據(jù)，得到可靠的分析資料，往往需要長(zhǎng)期、多網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)控記錄?；趩纹瑱C(jī)的液位變化分析，有助于人們進(jìn)一步對(duì)自然環(huán)境、天氣變化甚至是災(zāi)害預(yù)警提供可靠的支持。1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容 本文選擇以水箱的液位控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析水箱液位控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，第二部分涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、

16、控制系統(tǒng)的建模、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識(shí)。作為單容水箱液位的控制系統(tǒng)，其模型為一階慣性系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型，分析水箱液位控制系統(tǒng)的內(nèi)在機(jī)理，并進(jìn)行誤差分析，能最大限度地滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求。第三部分利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)水位控制系統(tǒng)，要求選擇合適的水位傳感器及電磁閥，當(dāng)設(shè)定完水位后，系統(tǒng)根據(jù)水位情況控制電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)斷。具體要求如下：(1)設(shè)計(jì)單片機(jī)工作電源模塊及其復(fù)位電路(2)選擇合適的水位傳感器，單片機(jī)通過(guò)相應(yīng)的調(diào)理電路采集當(dāng)前水位值，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電磁閥控制電路，根據(jù)水位情況控制器開(kāi)啟和關(guān)斷(3)畫(huà)出電路方框圖，敘述主要模塊的功能及他們之間的控制關(guān)系和數(shù)據(jù)

17、傳輸，繪制軟件流程圖(4)編制相應(yīng)的控制程序，并用c語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言對(duì)軟件進(jìn)行編譯。并能通過(guò)調(diào)試。2 水箱液位控制系統(tǒng)的模型分析2.1 水箱液位問(wèn)題分析圖2-1為水箱液位控制系統(tǒng)示意圖，在人工控制示意圖2中，為保持水箱液位恒定，操作人員根據(jù)液位高度的變化情況控制凈水量。人工控制自動(dòng)控制圖2-1 水箱液位控制系統(tǒng)示意圖若采用檢測(cè)儀表和自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工控制，就成為過(guò)程控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制示意圖中，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量（液位）發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)變送儀表得到其測(cè)量值；控制器接受液位測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，與設(shè)定值相比較得出偏差，按某種運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并輸出控制信號(hào)；控制閥接受控制器的控制信號(hào)

18、，按其大小改變閥門(mén)的開(kāi)度，調(diào)整給水量，以克服擾動(dòng)的影響，使被控變量回到設(shè)定值，最終達(dá)到水箱液位的恒定。2.2 水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖水箱液位控制系統(tǒng)的模型是一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，所謂簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)變送單元（檢測(cè)元件及變送器）、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，也稱(chēng)為單回路控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有著共同特征，它們均有四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。對(duì)于不同對(duì)象的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，盡管具體裝置與變量不相同，但都可以用相同的方框圖2-2表示：被控變量擾動(dòng)偏差操縱變量控制器 執(zhí)行器 被控對(duì)象 測(cè)量變送器擾動(dòng)通道 圖2

19、-2 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由這個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通用框圖模擬出水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖2-33如下：擾動(dòng)液位變送器+pid控制器電動(dòng)控制閥閥閥器液位_水箱圖2-3 水箱液位控制系統(tǒng)這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是水箱液位的給定高度，即控制任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。2.3 水箱液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型該系統(tǒng)主要是自衡的非振蕩過(guò)程，即在外部階躍輸入信號(hào)作用下，過(guò)程原有的平衡狀態(tài)被破壞，

20、并在外部信號(hào)作用下自動(dòng)的非震蕩地穩(wěn)定到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，這一大類(lèi)是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的過(guò)程。2.3.1 確定過(guò)程的輸入變量和輸出變量 如圖2-4所示，流入水箱的流量是由進(jìn)料閥1來(lái)控制的；流出水箱的流量取決于水箱液位l和出料閥2的開(kāi)度，出料閥的開(kāi)庫(kù)是隨用戶(hù)的使用量而改變的。液位l是被控變量（即輸出變量），進(jìn)料閥1為控制系統(tǒng)中的控制閥，它所控制的進(jìn)料流量是過(guò)程的控制輸入（即操縱量），出料流量是外部擾動(dòng)。本設(shè)計(jì)以進(jìn)料流量作為輸入變量。2l1tl()l(t)l(0)圖2-4 水箱液位過(guò)程及其階躍響應(yīng)曲線 2.3.2 建立數(shù)學(xué)模型 根據(jù)物料平衡關(guān)系，當(dāng)過(guò)程處于原有穩(wěn)定狀態(tài)是，水箱液位保持不變，其靜態(tài)方程

21、為：-=0 （2-1）、分別為原穩(wěn)定狀態(tài)下水箱的進(jìn)料流量和出料流量，當(dāng)進(jìn)料流量突然增大時(shí)，水箱原來(lái)的平衡狀態(tài)被破壞，此時(shí)進(jìn)料量大于出料量，多余的液體在水箱內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，使其液位升高。設(shè)水箱液體的儲(chǔ)存量為v，則單位時(shí)間內(nèi)出料流量與進(jìn)料流量之差等于水箱液體儲(chǔ)存量的凈增量。其動(dòng)態(tài)方程為：-= （2-2）其中=、，、分別為和的增量。設(shè)水箱截面積為a，則有v=al，其增量形式為dv=adl，即： （2-3）將=、和式（2-1）代入式（2-2），得 （2-4）將式（2-4）減去式（2-1）可得用新增量形式表示的動(dòng)態(tài)方程式4，為： （2-5）2.3.3 求液位控制系統(tǒng)微分方程式 中間變量式原始方程式中出現(xiàn)的一

22、些既不是輸入變量也不是輸出變量的工藝變量。式（2-5）中，為中間變量。與輸出變量l的關(guān)系可表示為： = （2-6）當(dāng)只考慮液位與流量均在有限小范圍內(nèi)變化式，就可以認(rèn)為出料流量與液位變化呈線性關(guān)系。將式（2-6）改寫(xiě)成增量形式： 令，則有： （2-7）式中為比例系數(shù)。將式（2-7）代入式（2-5）中，即得 （2-8）即為水箱液位過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。由此可見(jiàn)，這是一個(gè)一階微風(fēng)方程，液位過(guò)程為一階過(guò)程。將該式寫(xiě)成的一階過(guò)程的微風(fēng)方程標(biāo)準(zhǔn)形式： （2-9）或 （2-10）為一階過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，,具有時(shí)間量綱；為一階過(guò)程的放大系數(shù)，具有放大倍數(shù)的量綱；為一階過(guò)程的輸出變量；為一階過(guò)程的輸入變量；為阻力系數(shù)，

23、=液位的變化量 / 出料流量的變化量；為容量系數(shù)，=儲(chǔ)存的物料變化量/ 液位的變化量。當(dāng)被控變量的檢測(cè)地點(diǎn)與產(chǎn)生擾動(dòng)的地點(diǎn)之間由物料傳輸距離時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)滯后。在控制過(guò)程中，若進(jìn)料閥安裝在與水箱進(jìn)料口有一段距離，則當(dāng)進(jìn)料閥開(kāi)度變化而引起進(jìn)料流量變化后，液體需要經(jīng)過(guò)一段傳輸時(shí)間才能流入水箱，使液位發(fā)生變化并被檢測(cè)出來(lái)。液體流經(jīng)這段距離所需時(shí)間完全是傳輸滯后造成的。純滯后一階過(guò)程的微風(fēng)方程為： （2-11）具有純滯后的一階過(guò)程的特性與放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間有關(guān)。綜上所述，水箱液位控制系統(tǒng)是一個(gè)一階自衡過(guò)程，其特性可用放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間這三個(gè)特性參數(shù)來(lái)全面表征。2.3.4 誤差性能

24、分析 生產(chǎn)過(guò)程中有各種控制對(duì)象，它們對(duì)控制器的特性有不同的要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律和整定其參數(shù)，使控制器性能和控制對(duì)象配合好，以便得到最好的控制效果?，F(xiàn)在已經(jīng)建立了水箱液位控制模型，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，最后是控制效果怎樣才是“最佳”的，也就是說(shuō)，將用什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定控制器的“最佳”整定參數(shù)。由于各種生產(chǎn)過(guò)程的要求不同，因此標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的。但在一般情況下，可以根據(jù)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過(guò)渡過(guò)程來(lái)判定控制效果。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)控制系統(tǒng)可以提出穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性三個(gè)方面要求，而這三方面往往又互相矛盾的。穩(wěn)定性首先要考慮的因素，一般都要求被控量的波動(dòng)具有一定的衰減率，例如0.75或更高。也就是經(jīng)過(guò)一個(gè)到

25、兩個(gè)振蕩周期以后就看不出波動(dòng)了，在穩(wěn)定的前提下盡量滿(mǎn)足準(zhǔn)確性和快速性的要求。 典型最佳控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)是：在階躍的干擾作用下，保證調(diào)節(jié)過(guò)程波動(dòng)的衰減率=0.755（衰減率是指）或更高的前提下，使過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)偏差、靜態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間最小。 為評(píng)定誤差和調(diào)節(jié)時(shí)間最小，常采用一種誤差絕對(duì)值積分指標(biāo)來(lái)衡量，它是以穩(wěn)態(tài)值為基準(zhǔn)來(lái)定義誤差 （2-12）并用積分 （2-13）圖5并用積分綜合表示了整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中動(dòng)態(tài)誤差的大小。它的意義是，在過(guò)渡過(guò)程中被控量的偏差（不分正負(fù)）對(duì)于時(shí)間的累積數(shù)字愈小愈好。這個(gè)積分綜合表示了偏差的大小和持續(xù)的時(shí)間，所以積分面積最小表示偏差小和過(guò)程快。除了以上誤差絕對(duì)值積分指標(biāo)外，

26、還有采用其他的積分指標(biāo)，如希望誤差平方積分最小等，現(xiàn)將常用的誤差性能指標(biāo)列于表2-16中。 表2-1 誤差性能指標(biāo)名 稱(chēng)表 達(dá) 式備 注平方誤差積分指標(biāo)(ise)積分下限是過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始的時(shí)間，積分上限可以由選擇足夠大的時(shí)間ts來(lái)代替，當(dāng)tts時(shí)，e(t)足夠小，可以忽略。時(shí)間乘平方誤差積分指標(biāo)(itse)絕對(duì)誤差積分指標(biāo)(iae)時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)(itae)3 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以水箱的供水為基本模型，鑒于單片機(jī)液位測(cè)量裝置的測(cè)量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的液位測(cè)量監(jiān)控記錄系統(tǒng)。它具有實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控水箱液位高度并顯示的功能，并根據(jù)實(shí)時(shí)

27、水量與設(shè)置的上、下液位參數(shù)進(jìn)行比較，啟動(dòng)電機(jī)供水或停止水泵。在啟動(dòng)電機(jī)與停止水泵時(shí)，實(shí)時(shí)記錄時(shí)間點(diǎn)與電機(jī)的狀態(tài)。液位測(cè)量高度5米，測(cè)量精度10%，ac220v供電?？赏ㄟ^(guò)上位機(jī)軟件，與監(jiān)控記錄系統(tǒng)進(jìn)行通信，能夠從pc機(jī)獲取當(dāng)前液位高度、電機(jī)狀態(tài)、設(shè)備系統(tǒng)時(shí)間、上下液位高度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要改變系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)。同時(shí)可以獲取設(shè)備運(yùn)行時(shí)記錄的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行保存。并能夠根據(jù)一定的算法，計(jì)算分析單位時(shí)間水箱消耗的水量，并繪制圖形，通過(guò)計(jì)算分析的結(jié)果，可以進(jìn)行區(qū)域用水統(tǒng)籌，降低能源的消耗。3.1 核心芯片8051 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的縮寫(xiě)mcu表示單片機(jī)

28、，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)有芯片僅有cpu的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了更廣泛的應(yīng)用，事實(shí)上單片機(jī)是世界上使用最多的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)芯片mcs-517是一個(gè)電腦晶片,英特爾公司生產(chǎn)系列。它是在mcs-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的單片機(jī)都以它為核心,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是8051單片機(jī)（如圖3-1）。cpu是它的核心設(shè)備,從功能上

29、看,cpu包括兩個(gè)部分:運(yùn)算器和控制器,它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。整個(gè)系統(tǒng)電控部分以atmel公司的8051為核心芯片，控制信號(hào)進(jìn)行采集、處理、輸出三個(gè)過(guò)程。這種芯片內(nèi)置4keprom，因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置eprom程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用p0、p2口作為控制總線，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤(pán)參數(shù)的輸入、led數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了大大的提高。系統(tǒng)總原理圖見(jiàn)附錄a。 圖3-1 8051引腳圖3.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)廣泛的液位控制系統(tǒng)包括對(duì)水體的液位，壓力等參數(shù)的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹液位的

30、控制。液位控制是利用由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器，把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc08098把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的i/o接口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接led進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤(pán)的顯示與控制。模擬過(guò)程見(jiàn)圖3-2?？刂茍?zhí)行裝置8051按鍵及顯示模塊報(bào)警裝置傳感器圖3-2 基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用單片機(jī)為主控芯片9，通過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)地址總線及i/o端口，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時(shí)間模塊、串口通信模塊以及a/d轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制等外圍電路，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計(jì)功能。傳感器通過(guò)對(duì)液面進(jìn)行測(cè)量，輸出模

31、擬信號(hào)，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過(guò)led進(jìn)行顯示,通過(guò)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過(guò)對(duì)閥門(mén)的開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門(mén)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。3.2.1 液位傳感器的設(shè)計(jì) 在液體液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器能感受規(guī)定的被測(cè)量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。傳感器10的種類(lèi)很多,如溫度傳感器,加速度傳感器,光學(xué)傳感器,壓力傳感器等,本設(shè)計(jì)主要采用的是由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的光電傳感器來(lái)對(duì)液

32、位進(jìn)行控制，在把檢測(cè)的電信號(hào)通過(guò)adc0809輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析,在由led進(jìn)行顯示和鍵盤(pán)控制,實(shí)行對(duì)液位的報(bào)警。光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。本文采用的是四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位

33、傳感器如下圖3-3:圖3-3 液位傳感器液位傳感器的主要元件是高亮二極管和光敏三極管,它們都屬于光電元件,光電元件主要采用的是光電效應(yīng),光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。 光電效應(yīng)的基本原理是pn結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于p區(qū)和n區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無(wú)光照時(shí)p區(qū)中少數(shù)載流子(電子)和n區(qū)中的少數(shù)載流子(空穴)都很少，因此反向電流很小。但是當(dāng)光照pn結(jié)時(shí)，只要光子能量h大于材料的禁帶寬度，就會(huì)在pn結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子、空穴對(duì)，從而使p區(qū)和n區(qū)少數(shù)載流子濃度大大增加，它們?cè)谕饧臃聪螂妷汉蚿n結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，分別在兩個(gè)方向上渡越pn結(jié)，使反向電流明顯增大。如果入

34、射光的照度變化，光生電子,空穴對(duì)的濃度將發(fā)生相應(yīng)的變動(dòng)，通過(guò)外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng)，光電效應(yīng)的原理就是光電二極管的原理,光敏二極管就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào),它是最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件。而光敏三極管有兩個(gè)pn結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度，也是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。3.2.2 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇 adc0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用a/d芯片11。（1）、主要特性8路輸入通道，8位

35、a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640khz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500khz時(shí))。 單個(gè)5v電源供電。 模擬輸入電壓范圍05v，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。 工作溫度范圍為-4085攝氏度。 低功耗，約15mw。（2）、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳 下面對(duì)adc0809各引腳定義分述如下： in0in78路模擬輸入，通過(guò)3根地址譯碼線adda、addb、addc來(lái)選通一路。d7d0a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是d7為最高位，d0為最低位。adda、addb、addc模擬通道選擇地址信號(hào)，adda為低位，a

36、ddc為高位。地址信號(hào)與選中通道對(duì)應(yīng)關(guān)系如表11.3所示。vr(+)、vr(-)正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)dac電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時(shí)，vr(+)=5v，vr(-)=0v；雙極性輸入時(shí)，vr(+)、vr(-)分別接正、負(fù)極性的參考電壓。ale地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，a、b、c三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和start信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換。starta/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存止，重新從頭開(kāi)始轉(zhuǎn)換器清零，下降沿開(kāi)始a/d轉(zhuǎn)換。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)

37、脈沖，則原來(lái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中。eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被cpu查詢(xún)的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì)cpu的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，eoc也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到start端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。oe輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，adc0808/0809的輸出三態(tài)門(mén)被打開(kāi)，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是cpu發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。3.2.3 液位的調(diào)節(jié)及控制部分 這一部分12包括對(duì)液位數(shù)據(jù)的處理及對(duì)調(diào)節(jié)閥所發(fā)出的指令的處理。測(cè)得的液位信號(hào)轉(zhuǎn)

38、換為數(shù)字量后。送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為了保證整個(gè)生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)行，要求容器內(nèi)的液位最低不能低于預(yù)設(shè)值下限，最高不能高于預(yù)設(shè)值上限。將測(cè)得的液位值與上述兩個(gè)規(guī)定值進(jìn)行比較，若在該范圍內(nèi)，則不改變輸出信號(hào)使閥1保持現(xiàn)有的流量；若測(cè)得液位低于預(yù)設(shè)值的下限。則需根據(jù)情況調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，以加大調(diào)節(jié)閥流量；若測(cè)得液位高于預(yù)設(shè)值的上限，同樣根據(jù)情況調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，減小調(diào)節(jié)閥流量，從而改善容器內(nèi)的液位。整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的工作由單片機(jī)來(lái)完成。處理后所發(fā)出的調(diào)節(jié)閥門(mén)的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，再由放大器放大后去調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，從而改變流入容器的流量。本次水箱液位控制系統(tǒng)d/a轉(zhuǎn)換器選用一個(gè)

39、8通道的dac0832。3.2.4 led顯示及報(bào)警部分 led顯示塊13是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，常使用七段led。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種接法。n位led顯示器有n根位選線和8n根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示器的亮暗。led顯示方式有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式，如八位led動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位i/o口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選碼。由于所有位的段選碼皆由一個(gè)i/o控制，因此，在每個(gè)瞬間，八位led只可能顯示相同的字符，必須采用掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，段選控制i/o口

40、輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控制i/o口在該顯示位送入選通電平以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。段選、位選碼每送一次后延時(shí)15ms。led顯示電路連接圖見(jiàn)附錄b。圖3-4 自動(dòng)報(bào)警電路的接線圖如圖3-4連接水箱液位控制系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警電路。下列二種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警：（1）當(dāng)水位達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；（2）當(dāng)水位達(dá)到下限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)下限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。3.2.5 電機(jī)控制模塊軟件設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)停的程序流程圖如圖3-5所示。電路連接圖見(jiàn)附錄c。啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換讀取液位數(shù)據(jù)開(kāi)始

41、實(shí)際液位高警戒液位且電機(jī)已啟動(dòng)關(guān)閉電機(jī)記錄數(shù)據(jù)實(shí)際液位低警戒液位且電機(jī)關(guān)閉返回啟動(dòng)電機(jī)記錄數(shù)據(jù)是否是否 圖3-5 液位檢測(cè)流程圖3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)行與控制必須靠軟件的支持，系統(tǒng)硬件組態(tài)完成后，根據(jù)i/o地址分配和功能的要求便可進(jìn)行軟件編程。軟件編程是系統(tǒng)完成控制的一個(gè)重要組成部分。系統(tǒng)軟件程序主要完成初始化工作，輸入輸出控制，子程序主要完成數(shù)據(jù)采集處理的功能，其中包括采集的液位數(shù)據(jù)與給定的液位值進(jìn)行比較，從而來(lái)判斷是否需要報(bào)警，以及處理完成顯示部分與調(diào)節(jié)閥的信號(hào)輸出。在該系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)中，第一部分主要是對(duì)流程圖的介紹，其中包括了對(duì)水位的檢測(cè)，對(duì)補(bǔ)水泵的

42、控制開(kāi)和關(guān)，以及補(bǔ)水泵是否正常工作的報(bào)警。通過(guò)對(duì)水體液位進(jìn)行的簡(jiǎn)易方便的操縱，可以準(zhǔn)確的控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，并可以防止故障的發(fā)生；第二部分是系統(tǒng)工作程序的編程內(nèi)容，由于全部編程部分較多，只取最重要的水位檢測(cè)主程序段。本程序段主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)adc0809轉(zhuǎn)換器，并從a/d轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)的功能。3.3.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖 本軟件流程圖，見(jiàn)圖3-6，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易合理，方便易于操控，能夠針對(duì)水位的不同狀態(tài)和不同的外界條件進(jìn)行控制,水位運(yùn)行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善；同時(shí)大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了工業(yè)水體液位方面作業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行。補(bǔ)水泵1有故障嗎？水位下限水位嗎？開(kāi)啟

43、補(bǔ)水泵1進(jìn)行補(bǔ)水水位檢測(cè)ynn補(bǔ)水泵2工作y開(kāi)始返回檢測(cè)水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵1停止補(bǔ)水yn檢測(cè)水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵2停止補(bǔ)水yn故障報(bào)警 圖3-6 軟件設(shè)計(jì)流程圖3.3.2 系統(tǒng)軟件編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境 8051系列單片機(jī)共有111條系統(tǒng)指令，可實(shí)現(xiàn)51種基本操作。然而匯編語(yǔ)言指令卻有程序的可讀性低，程序開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)與開(kāi)發(fā)難度大，程序移植性差等缺點(diǎn)。c語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。用c語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，將會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。用c語(yǔ)言進(jìn)行51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。keil

44、c51開(kāi)發(fā)工具套件可用于匯編c語(yǔ)言程序、匯編源程序、鏈接和定位目標(biāo)文件和庫(kù)，創(chuàng)建hex文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。本設(shè)計(jì)使用keil c51 vision3為開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境，使用c語(yǔ)言編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)各模塊功能設(shè)計(jì)。3.3.3 顯示與a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)中，顯示輸出的要求為壓縮bcd碼，而a/d轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對(duì)8位a/d轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對(duì)滿(mǎn)偏電壓比率、相對(duì)電壓幅值的關(guān)系對(duì)應(yīng)如表3-114：表3-1 a/d轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對(duì)照表十六進(jìn)制二進(jìn)制滿(mǎn)刻度比率相對(duì)電壓幅值vref=2.5v高四位低四位高四位電壓低四位電壓f111115/1615/

45、2564.8000.320e111014/1614/2564.4800.280d110113/1613/2564.1600.260c110012/1612/2563.8400.240b101111/1611/2563.5200.220a101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180010008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/25

46、60.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.020000000/160/2560.0000.000 顯示轉(zhuǎn)換部分程序簡(jiǎn)略如下： uchar dis_transform(uchar num) uchar ac, quotient, play, mid ; ac = num%5; quotient = (num-ac)/5; if(ac2) quotient+; ac=quotient%10; mid=(quotient-ac)/10; play=ac+mid*16; return play; 3.4 系統(tǒng)主程序org 0000h

47、ajmp mainorg 0060hmain: mov p1, #ffh ； p1 p3口初始化置1mov p3，#ffhjnb p1.3 ，avt ； 若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式程序ajmp men ； 否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序endaut： nop（空命令）jnb p1.2 , lg ； 水位高lgjb p1.1 ld ， ； 水位沒(méi)低-ldclr p3.1 ； 水位低報(bào)警jb p1.0, ldd ； 水位未低-lddclr p3.0 ； 水位低報(bào)警jnb 3.1 p1.6, y1 ； m1已啟動(dòng)y1clr p1.4 ； 否則啟動(dòng)m1y1:jnb p1.7 ,y2 ； m2已啟動(dòng)-y2

48、clr p1.5 ； 否則啟動(dòng)m2y2:acall delay ； 延時(shí)1分鐘 ajmp aut ； 返回自動(dòng)模式ldd: jnb p1.6 ,y3 ； ； 單獨(dú)運(yùn)行m1（ldd水位ld）clr p1.4y3: jb p1.7 y2 setb p1.5 ajmp y2 lg:clr p3.2 ； 水位高報(bào)警 ld: ajmp main ； 返回主程序 3.5 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的抗干擾措施3.5.1 硬件抗干擾電路的設(shè)計(jì) 硬件抗干擾電路的設(shè)計(jì)結(jié)合水位自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取如下措施：在主機(jī)與測(cè)控通道的連接部分接入光電耦合器。從而增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力：利用雙絞線來(lái)解決單片機(jī)控制

49、系統(tǒng)中信號(hào)的長(zhǎng)線傳輸問(wèn)題。3.5.2 軟件抗干擾的設(shè)計(jì) 軟件抗干擾的措施應(yīng)用單片機(jī)中的兩個(gè)定時(shí)器to和t1中，從而對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。t1用來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，給t1設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間。在主程序中對(duì)它進(jìn)行復(fù)位，如果不能在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)它進(jìn)行復(fù)位，tl的定時(shí)中斷就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。在這里t1的定時(shí)時(shí)間大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的裕量。而t1的中斷正常與否，再由to定時(shí)中斷子程序來(lái)監(jiān)視，以構(gòu)成循環(huán)，to監(jiān)視t1，t1監(jiān)視主程序，主程序又來(lái)監(jiān)視to,從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3.6 結(jié)論本系統(tǒng)主要介紹了水箱的液位檢測(cè)控制，還介紹了對(duì)溫度和壓力的檢測(cè)控制，介紹了8051單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在水箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來(lái)對(duì)液位、溫度和壓力的信