《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書：《智能化液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

東北大學(xué)秦皇島分?？刂乒こ虒W(xué)院《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)班級姓名設(shè)計(jì)題目：智能化液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、系統(tǒng)構(gòu)成：對象：同學(xué)們根據(jù)需要自己選擇控制的液位對象傳感器：根據(jù)所選對象選取合適的傳感器，包括型號(hào)、靈敏度、測量范圍、精度、原理等?？刂破鳎罕窘M同學(xué)必須選取單片機(jī)作為控制器，單片機(jī)型號(hào)自定。執(zhí)行器：查找資料自行選擇。必須和自己的控制對象相匹配。2、寫出液位測量與控制過程，繪制液位控制系統(tǒng)組成框圖。3、（1）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。（2）編制液位測量控制程序：軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由液位采集程序、液位校準(zhǔn)程序、液位控制程序等部分組成。三、設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)任務(wù)（設(shè)計(jì)任務(wù)書）前言（緒論）(設(shè)計(jì)的目的、意義等)主體設(shè)計(jì)部分參考文獻(xiàn)結(jié)束語四、設(shè)計(jì)時(shí)間與設(shè)計(jì)時(shí)間安排1、設(shè)計(jì)時(shí)間：2周2、設(shè)計(jì)時(shí)間安排：熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)、收集資料：4天設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制技術(shù)圖紙：4天編寫課程設(shè)計(jì)說明書：5天答辯：1天東北大學(xué)秦皇島分?？刂乒こ虒W(xué)院《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：智能化液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生：專業(yè)：班級學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2019.7.8-2019.7.17一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、系統(tǒng)構(gòu)成：對 象：用8個(gè)不同按鍵模擬不同的液位。傳感器：單片機(jī)循環(huán)檢測鍵盤輸入狀態(tài)?？刂破鳎篈T89C51單片機(jī)。執(zhí)行器：電機(jī)的正反轉(zhuǎn)模擬水泵抽水和上水操作。2、寫出液位測量與控制過程，繪制液位控制系統(tǒng)組成框圖。（1）、使用開關(guān)來模擬水位的狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定完水位后，用LED數(shù)碼管顯示液位高度，檢測液位數(shù)據(jù)，并實(shí)施報(bào)警安全提示，系統(tǒng)根據(jù)水位情況控制水泵的開啟和關(guān)閉。（2）、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3）、組成框圖3、（1）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。（2）編制液位測量控制程序：軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由液位采集程序、液位校準(zhǔn)程序、液位控制程序等部分組成。三、設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容前言（緒論）(設(shè)計(jì)的目的、意義等)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測量液體液位。隨著國家工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。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；在發(fā)電廠、煉鋼廠中，保持正常的鍋爐汽包水位、除氧器水位、汽輪機(jī)凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設(shè)備安全運(yùn)行的保證，因此一個(gè)安全合適的水位系統(tǒng)是很必要的。而且對水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)效率。綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是大勢所趨。單片機(jī)在一塊芯片上集成了微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件，且具備體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)。此外，一般工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差，干擾強(qiáng)，利用單片機(jī)控制就能克服這些困難，因此，使用單片機(jī)控制水箱水位是很好的選擇。主體設(shè)計(jì)部分（一）、設(shè)計(jì)方案采用AT89C51單片機(jī)為核心芯片,以及與其相關(guān)的硬件來實(shí)現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng)。采用八個(gè)鍵盤來模擬水位，CPU循環(huán)檢測鍵盤輸入狀態(tài)，用七段LED數(shù)碼管顯示液位高度，檢測液位數(shù)據(jù)，并實(shí)施報(bào)警安全提示，當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開泵上水，當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，停止上水。（二）、系統(tǒng)的原理采用8個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測，由下至上測量水體的液位值。并把這八個(gè)液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳到單片機(jī)中（在本系統(tǒng)中采用開關(guān)的打開與閉合來模擬），再通過3位七段LED顯示器顯示出液位的八種狀態(tài)并通過LED燈報(bào)警提示。當(dāng)水位過低（在1水位）時(shí)燈就會(huì)變亮，當(dāng)水位較高（在7水位時(shí)）等也會(huì)變亮。在水位過高和過低時(shí)電磁閥都會(huì)自動(dòng)的抽水或排水，此系統(tǒng)中采用的是7水位和1水位。（三）、硬件電路設(shè)計(jì)（1）、主芯片AT89C51 本系統(tǒng)采用AT89C51作為主要芯片，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它具有P0、P1、P2、P3四個(gè) I/O口，每個(gè)口又有8個(gè)接口，32個(gè)接口可以滿足外接電路的需要，更方便的顯示系統(tǒng)。（2）、報(bào)警及顯示電路LED數(shù)碼管與單片機(jī)的P0-P7口相連，同時(shí)排阻的把根線也連在單片機(jī)的P0口上，作為上拉電阻。（3）、鍵盤連接電路八個(gè)鍵盤k1-k8分別與單片機(jī)的p1口的p1-p7相連，這八個(gè)鍵盤的按下與否用來模擬的是水位的高低，k1鍵代表水位最低點(diǎn)，k8鍵代表的是水位最高點(diǎn)，當(dāng)k1鍵按下時(shí)，指示燈亮，電機(jī)正轉(zhuǎn)，開始加水，一直加水至水位7（即7鍵按下時(shí)），電機(jī)開始停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并反向轉(zhuǎn)動(dòng)抽水，水位開始降低，直至到達(dá)3水位，燈亮電機(jī)開始自動(dòng)加水。（4）、復(fù)位電路（5）、晶振電路晶體振蕩電路的兩個(gè)端口分別連接在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2上。晶振電路的作用是為本系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。（四）、軟件設(shè)計(jì)水位檢測是通過8個(gè)按鈕進(jìn)行水位檢測的，當(dāng)水位到檢測位置，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)打開抽水水泵，自動(dòng)報(bào)警。第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水水泵，停止加水；倒數(shù)第三個(gè)位置是自動(dòng)停止抽水線，即當(dāng)水位低于于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉抽水水泵，停止抽水；倒數(shù)第二個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)打開加水水泵。自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員。（76543210）（五）、仿真調(diào)試將所有的硬件按照上面所說的方法連接起來，將源程序在keilc中生成.hex文件，放在在proteus中連接好的電路圖中，運(yùn)行，則可得到正確的結(jié)果。按下按鍵開關(guān)K1，這時(shí)數(shù)碼管顯示為1，代表此時(shí)水位過低，會(huì)報(bào)警，電機(jī)會(huì)自動(dòng)加水。按鍵開關(guān)K3,K4,K5這時(shí)數(shù)碼管分別顯示為3,4,5表示此時(shí)水位處于正常，不偏高也不偏低。按下按鍵開關(guān)K6，這時(shí)數(shù)碼管顯示6，代表此時(shí)水位高，電機(jī)會(huì)自動(dòng)停止加水。按下按鍵開關(guān)K7，這時(shí)數(shù)碼管顯示7，代表此時(shí)水位過高，會(huì)自動(dòng)打開抽水水泵，并報(bào)警。按下按鍵開關(guān)K2，這時(shí)數(shù)碼管顯示為2，代表此時(shí)水位低，電機(jī)會(huì)自動(dòng)停止抽水。參考文獻(xiàn)[1]馬淑華高軍蔡凌。單片機(jī)原理與接口技術(shù)。北京郵電大學(xué)出版社。2018。[2]陳明熒。8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材。清華大學(xué)出版社。2004。[3]劉建昌關(guān)守平周瑋等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？茖W(xué)出版社。2016。[4]任哲房紅征曹靖。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)出版社。2016結(jié)束語設(shè)計(jì)過程中我遇到了很多的困難，需要把很多方面的知識(shí)去融合，去聯(lián)系。在日常學(xué)習(xí)的時(shí)候更注重的是書面上的東西，而本次課程設(shè)計(jì)則更多的是鍛煉了我的動(dòng)手動(dòng)腦能力，讓我有機(jī)會(huì)把課上學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為可以在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。學(xué)好專業(yè)的知識(shí)不僅僅是自己能力提升和自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，更是一件很有意義，可以讓自己有所感觸，有所收獲的事情。附圖附表參考源代碼#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar/*以后定義的uchar都認(rèn)為是unsignedchar*/#defineuintunsignedint/*以后定義的uint都認(rèn)為是unsignedint*/sbitMOR=P2^7;/*電機(jī)正極為P2.7口*/sbitMOT=P2^6;/*電機(jī)負(fù)極為P2.6口*/sbitLED=P2^0;/*LED燈為P2.0口*/codeuchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};/*定義一個(gè)碼存表*/voiddelay(uintn){while(n--);/*10ms的延時(shí)*/}voidLED_SHOW(){if(P1==0xfe)/*如果K8鍵按下*/{P0=tab[8];/*P0=0x7f*/LED=0;/*LED為低電平*/MOR=0;/*電機(jī)正極為低電平*/MOT=1;/*電機(jī)負(fù)極為高電平*/}if(P1==0xfd)/*如果K7鍵按下*/{P0=tab[7];/*P0=0x07*/LED=0;/*P2.0為低電平*/MOR=0;/*電機(jī)正極為低電平*/MOT=1;/*電機(jī)負(fù)極為高電平*/}if(P1==0xfb)/*如果K6鍵按下*/{P0=tab[6];/*P0=0x7d*/LED=1;/*P2.0為高電平*/MOR=1;/*電機(jī)正極為高電平*/MOT=1;/*電機(jī)負(fù)極為高電平*/}if(P1==0xf7)/*如果K5鍵按下*/{P0=tab[5];/*P0=0x6d*/LED=1;/*P2.0為高電平*/MOR=1;/*電機(jī)正極為高電平*/MOT=1;/*電機(jī)負(fù)極為高電平*/}if(P1==0xef)/*如果K4鍵按下*/{P0=tab[4];/*P0=0x66*/LED=1;/*P2.0為高電平*/MOR=1;/*電機(jī)正極為高*/MOT=1;/*電機(jī)負(fù)極為高*/}if(P1==0xdf)/*如果K3鍵按下*/{P0=tab[3];/*P0=0x4f*/LED=0;/*P2.0為低*/MOR=1;/*電機(jī)正極為高*/MOT=0;/*電機(jī)負(fù)極為低*/}if(P1==0xbf)/*如果K2鍵按下*/{P0=tab[2];/*P0=0x5b*