水箱自动控制系统设计 - 图文(2)

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Abstract

In industrial area, many control problems can be attributed to water tank control model, so the research of water tank control system has scientific and practical value. Temperature, water level, pressure and flow rat are the most commonly used parameters in the water tank control, and can be applied to many control systems. For example: in the water tower supply systems, high water tank supply system, car water tank supply system, hydraulic pump oil supply system and other supply system. It is widely used.

In this paper, a temperature, water level, pressure, and flow rat automatic control system of water tank was designed based on 80C51 SCM system. This system has functions as follow: alarm parameters keyboard input; temperature, water level, pressure, flow rat automatic control; time and calendar display; sound and light automatic alarm. The whole system is structures convenient, inexpensive and has certain practical value. The control system design process is：①alarm parameters keyboard input and display; ②analog signal acquisition; ③A/D conversion and digital filtering; ④the A/D conversion data LCD display; ⑤temperature, water level, pressure, flow rat control; ⑥time and calendar display. The related function of this system can be achieved by using real-time compilation language.

Temperature, water level, pressure, flow rate’s automatic control of water tank was discussed in detail on how to achieve in this paper. In chapter 1, temperature, water level, pressure, flow rate automatic control system’s practice of water tank, and SCM control system’s overview was briefly introduced. In chapter 2, control system’s overall function analysis design and scheme design was introduced. In chapter 3, systems’s main hardware configuration and sensor choice was introduced. In chapter 4, system software design was introduced in detail. In chapter 5, system debugging and the results were introduced. A comprehensive review of this design was made and a improve scheme of industrial water tank temperature, water level, pressure, flow rat automatic control system’s weakness was proposed in the end of this paper. Key words: water tank 80C51 automatic control

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目 录

第1章 绪论 ................................................................................................................. 1 1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述 .............................................................. 1 1.2 单片机控制系统综述 ......................................................................................... 2 1.2.1 单片机的简要发展历史 ............................................................................... 2 1.2.2 当前世界范围内单片机的发展领域 ........................................................... 3 1.2.3 单片机的发展趋势 ....................................................................................... 3 1.2.4 单片机的应用 ............................................................................................... 4 第2章 系统总体设计 ................................................................................................. 6 2.1总体功能设计分析 .............................................................................................. 6 2.2 系统硬件模块 ..................................................................................................... 7 2.3 系统软件模块 ..................................................................................................... 8 第三章 系统主要硬件配置 ......................................................................................... 9 3.1 控制系统主要硬件介绍 ..................................................................................... 9 3.1.1单片机控制模块 ............................................................................................ 9 3.1.2 ADC0809模块 ............................................................................................ 11 3.1.3 8155并行I/O口扩展模块 ......................................................................... 12 3.1.4 DS12887时钟模块 ..................................................................................... 16 3.1.5 12232A液晶模块 ........................................................................................ 20 3.2 传感器的选择 ................................................................................................... 24 3.2.1温度传感器选择 .......................................................................................... 26 3.2.2 液位传感器选择 ......................................................................................... 27 3.2.3 压力传感器选择 ......................................................................................... 29 3.2.4 流量传感器选择 ......................................................................................... 30 第四章 控制系统软件设计 ....................................................................................... 33 4.1 整体软件设计 ................................................................................................... 33

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4.2 报警参数输入部分 ........................................................................................... 34 4.3 A/D转换和数字滤波......................................................................................... 40 4.3.1 模拟量数据采集 ......................................................................................... 40 4.3.2 数字滤波处理 ............................................................................................. 41 4.3.3 模拟信号的输出变换 ................................................................................. 41 4.3.4 A/D转换和数字滤波 .................................................................................. 43 4.4 LCD液晶显示 ................................................................................................... 47 4.5控制部分设计 .................................................................................................... 52 4.5.1 温度控制部分设计 ..................................................................................... 52 4.5.2 液位控制部分设计 ..................................................................................... 54 4.5.3 压力控制部分设计 ..................................................................................... 57 4.5.4 流量控制部分设计 ..................................................................................... 57 4.6 时钟日历显示 ................................................................................................... 58 第五章 系统调试 ....................................................................................................... 62 结论.............................................................................................................................. 67 致谢.............................................................................................................................. 68 参考文献 ..................................................................................................................... 69 附录1 毕业实习报告 ................................................................................................ 70

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第1章 绪论

1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述

水箱控制是工业控制中广泛应用的控制方案，工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，因此研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。温度、液位、压力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以应用于很多控制方案中。比如：在水塔供水系统、高位水箱供水系统、汽车水箱供水系统、液压泵供油系统等系统中都有广泛的应用。

随着控制技术的发展，越来越多的自动控制技术被应用到工业中。其中基于单片机的控制技术就是一种应用非常广泛的自动控制技术。由于单片机技术已经发展的相当成熟，其价格及相应的配套硬件的价格都相当便宜。故可以用单片机搭建一个结构简单，稳定性好，价格便宜的智能控制系统。这种控制系统被广泛的应用于飞机上各种仪表的控制, 计算机的网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和数据处理, 普遍使用的各种智能卡, 民用豪华轿车的安全保障系统, 录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制, 以及程控玩具、电子宠物机器人、智能仪表、医疗器械等等。各种传统的产品一旦用上了单片机, 就能起到使产品升级换代的功效。

基于单片机的工业水箱温度、液位、压力、流量控制系统在各种应用有一定的实用价值，比如：在农村已有很多家庭都搭建了自来水供水系统，一般都是在自家楼顶安装一个水箱或者水塔并在楼下用抽水机把水抽到水箱中然后使用。但是这样做并不方便，一是抽水的时候人必须在旁边守着，二是不知道水抽满了没有，还得担心水溢出来，三是不知道水何时会用完。因此，搭建一个小型的水位自动控制系统会省去很多麻烦，这个在工业应用中尤为重要。另外，在一些恶劣的情况并不适合人去作业，比如在炼钢中钢水的温度控制。因此恒温自动控制就很有必要。

而我本次所作的毕业设计就是以工业上通常使用的水箱供水系统为控制对象，来搭建水箱的温度、液位、压力、流量自动控制系统。本系统具有通用性，可以很方便的转移到其他的控制系统中。因此也具有一定的科研教学价值。

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1.2 单片机控制系统综述

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），最早被用在工业控制领域。单

片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。现在已被广泛的应用于各个控制领域。

1.2.1 单片机的简要发展历史

同微处理器一样，单片机自诞生以来发展一直很快。1975年美国德州仪器（TI）公司推出TMS-1000，Intel公司推出4004 4位单片机。1976 Intel推出的MCS-488位单片机的推出是单片机发展时代的真正到来。将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：

第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。

第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。

1） 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括

8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。

2） CPU外围功能单元的集中管理模式。 3） 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。

4） 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的 MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着 MCS-51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等 应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。

第四阶段（1990-）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。

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