传感器与检测技术课程设计_液位测量控制系统.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流传感器与检测技术课程设计_液位测量控制系统.精品文档.福建电力职业技术学院课 程 设 计课程名称: 传感器与检测技术课设 题目: 液位测量控制系统 专业班次: 姓 名: 学 号: 指导教师: 学 期: 2011-2011学年 第一学期 日 期: 2012.2.13-2012.2.20 摘 要在工业领域中,液位测量是一项重要的研究方法,有利于工业技术的进步和经济效益的提高,液位测量在许多控制领域已较为普遍。各种类型的液位测量传感器较多,按原理分为浮子式、压力式、超声波式、吹气式等。各种方式都根据其需要设计而成,其结构、量程和精度适用于各自不同的
2、场合,大多结构较为复杂,制造成本偏高;市面上也有现成的液位计,多数成品价格惊人。以上液位计多数输出为模拟量电流或电压,有些为机械指针读数,不能用于远程监视;普遍适用于静止液面,在波动液面易引起读数的波动;也有用电容法测量液位的系统,电容式传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等特点,因此适用于测量液位,是一种简单易行的方案。本文利用圆柱形电容器原理,结合单片机设计出液位测量装置。关键词: 液位测量、传感器、单片机目 录摘 要II第一章 设计方案21.1 设计原理21.2 系统框图2第二章 传感器原理32.1传感器概述32.2 电容式传感器原理3第三章 电
3、路设计43.1 电容式液位计43.2测量原理4第四章 电信号放大电路设计64.1 电容测量电路设计64.2 放大电路6第五章 A/D转换电路及单片机接口75.1 A/D转换器设计75.2 与单片机的接口电路75.3控制电路的设计85.4 显示电路设计8第六章 软件系统的设计10第七章 小结11参考文献12第一章 设计方案1.1 设计原理电容式液位传感器的工作原理取决于液体类型。对于导电液体,为了避免短路,两个传感器电极中至少有一个是绝缘的。在气液分界面以下,液体表现为导体,因此,电容的电解质仅仅是绝缘电极。在气液分界面以上,电解质就是绝缘电极与电极之间的空气,因而产生更小的电容。另一方面,对于
4、非导电液体,电极不需要绝缘。在气液分界面以下,电解质是液体(其介电常数高于空气)。而分界面以上,则是空气。对于两种类型的液体,随着液位的升高,在气液分界面以下的电极的面积也就增加,进而导致电容增大。本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化,从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于传感器的输出信号一般都很微弱,因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算和调剂等。从放大电路出来的是模拟量,因此送入ADC0809转换成数字量,ADC0809连接于单片机,把信号送入单片机,通过单片机控制水泵的运转。1.2 系统框图 控制设备被测物理量传感器
5、放大、整形、滤波A/D转换器单片机 显示设备这个是图,图标题呢?第二章 传感器原理2.1传感器概述 在当今信息化时代发展过程中,各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件传感器,已经成为各个应用领域,特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理与转换电路组成,它是一种能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。2.2 电容式传感器原理 电容式液位传感器系统,利用了被测体的导电率。通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化,再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、
6、显示与设定功能,并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。第三章 电路设计3.1 电容式液位计图31电容式液位计结构 图32电容式液位计原理图如图32为电容式液位计结构原理图。如图所示的液位计主要由细长的不锈钢管(半径为R1)、同轴绝缘导线(半径为R0)以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化,从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量3.2测量原理 由上图可知,当可测量液位H=0时,不锈钢管与同轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C。=2。L/ln(R1/R0)(1)式(1) 式中,C。为电容量(单位为F ), 。为容器内气
7、体的等效介电常数,单位为F/ m, L 为液位最大高度, R1 为不锈钢管半径,R0 为绝缘导线半径,单位为m。当可测量液位为H 时,不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容CH CH=2。(LH)/ln(R1/R0)+2H/ln(R1/R0)=2。L/ln(R1/R0)+2(。)H/ln(R1/R0)(2)式式中,为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m。因此,当传感器内液位由零增加到H时,其电容的变化量C 可由式(1) 和式(2) 得 C=CHC。=2(。)H/ln(R1/R0) (3)式 由上式可知, 参数。 ,R1 ,R0 都是定值。所以电容的变化量C 与液位变化量H呈近似线性关系。因为参
8、数。, R1 ,R0 ,L 都是定值,由式(2)变形可得:CH = a。+ b。H ( a。和b。为常数) (4) 式 可见,传感器的电容量值CH的大小与电容器浸入液体的深度H 成线性关系。由此,只要测出电容值便能计算出水位。 图33 液位高度与电容变化曲线第四章 电信号放大电路设计4.1 电容测量电路设计图41 运算放大器测量电路原理图如图所示,本设计采用运算法测量电路来转化,该电路由传感器Cx、固定的标准电容C。和运算放大器A组成。4.2 放大电路 由于传感器得出的电压一般在030mv之间,不易测量,所以要通过放大电路进行放大,本设计采用最基本的比例运算反放大电路。 图42 比例放大电路要
9、将30mv电压放大成5v,根据公式U=(R1/R2)U。,所以选择 R1=500K,R2=3K,R4=R1/R2,后边的是一个反相器,把第一个运放得到的电压反相成正的,其中R3=R5=1K,R6=R3/R5。第五章 A/D转换电路及单片机接口5.1 A/D转换器设计本设计采用的是A/D转换器ADC0809。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器,由于输出级有8位三态输出锁存器,因而0809的数据输出端可以直接与单片机的数据总线连接。ADC0809的工作过程是:首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼
10、近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上.。ADC0809转换是采用逐次比较的方法完成A/D转换的,由单一的+5V供电,片内带有锁存功能的8路选一的模拟开关,由A,B,C引脚的编码来确定所选通道。0809完成一次转换需要100us左右,输出具有TTL三态锁存缓冲器,可直接连到MCS-51的数据总线上,通过适当的外接电路,0809可对0-5V的模拟 信号进行转换。5.2 与单片机的接口电
11、路图51 ADC0809与单片机的接口电路5.3控制电路的设计控制电路在这里起到非常重要的作用,在水位测量中测量到水罐中水位 的高度,当水位高于2.5m水位时,电动机停转,水泵停止对水罐供水;当水 位低于2.5m水位时,电动机起转,水泵开始对水罐供水。其电路图如下图所示图52 控制电路原理图5.4 显示电路设计发现需要4位的LED足可满足本设计的显示精度要求,为了减少所需的I/O 数量,降低成本,采用动态显示控制方式。通过对显示接口电路的综合分析,发现测距仪利用串行输入BCD码十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口较为简单可靠。用MC14499设计的LED显示器动态显
12、示接口电路如下图所示。 图53 动态显示接口电路用MCS - 51系列单片机作为控制核心的水位测量计,其数据输出既可以通 过单片机的通用I/O口输出,也可以通过单片机的串口用串行方式输出。假设使用的单片机是8051,单片机的P1口为数据输出口,显示器采用共阴极8 段LED,显示位数为4位,由于一片MC14499可以驱动4个LED 显示器,因此该显示接口只需用一片MC14499和单片机连接。图53是该动态显示接口的原理图。 P1.0用来向MC14499 发送数据,P1.1用来向MC14499发送时钟脉冲,P1.2用于控制单片机输出数据向MC14499串行输入(当P1.2 = 0时,允许MC144
13、99输入数 据)。反相器74LS06作为显示器的位驱动,8 个47的电阻是LED 的限流电阻,3个5.1k的电阻是上拉电阻,使单片机8031输出电平与MC14499输入电平相兼容。由于MC14499具有输入自动锁存功能,而串行输入一帧数据又需要一定的时间,所以LED显示的数据不会出现闪烁现象。第六章 软件系统的设计软件主要由主程序、定时中断程序、外中断程序组成。其中主程序完成 参数的初始化,中断的管理,结果的显示等工作。主程序流程图如下:程序运 行开要初始化各种参数,可以默认液位设定值等,之后如果要进入液位设 定的话就按 SET 按键进入液位设定模式,然后进行比较,看当前的液位有 没有超过默认
14、的极限值,如果超过了极限值,通过按键 UP 或 DOWN 进行 液位调节,直至液位到达正常范围;没有超过极限值就正常显示。图6-1主程序流程图第七章 小结课程设计已经步入尾声,一星期的时间对我们来说有些仓促,虽然课题贴近生活,能够提高我们的兴趣,但要从之前的理论知识一下子应用在实际实验上,对我们还是有一定的挑战的。不过,在透彻理解了课题以后,经过多方面的搜索资料,慢慢有了头绪,并且发现要用到的知识并非所想象中的那么难以理解,通过自学,逐一的弄明白,通过将要实现的任务分成多块,最终将各分功能进行合并,最终获得成功。在我们平时的学习期间,我们所学的知识都是书本上的一些不大灵活的东西,而且学习期间的
15、这种考核是单科进行,主要考查我们对本门学科所学知识的记忆程度和理解程度。但我认为这种实践性课程设计则不同,它不是单一地对我们进行某一学科已学知 识的考核,而是着重考查我们运用所学知识对某一问题进行探讨和研究的能力。整个设计的过程,同时也是专业知识的学习过程,而且是更生动、更切实、更深入的专业知识的学习。首先,一个设计是结合科研课题,把学过的专业知识运用于实际,在理论和实际结合过程中进一步消化、加深和巩固所学的专业知识,并把所学的专业知 识转化为分析和解决问题的能力。其次,在搜集材料、调查研究、接触实际的过程中,既可以印证学过的书本知识,又可以学到许多课堂和书本里学不到的活生生的新知识。此外,我
16、们在这种自己动手的设计中,对所学专业的某一侧面和专题作了较为深入的分析。参考文献1王幸之编.AT89系列单片机原理及接口技术. 北京航天航空出版社,20062郑晓峰编.电子技术基础.中国电力工业出版社,20103谢志萍编.传感器与检测技术.电子工业出版社,2011时间设计任务完成情况教师签名指导教师意见及成绩评定对学生设计过程、设计质量的评分依据总评成绩指导教师(签名): 年 月 日教研室及系审定意见教研室主任(签名): 年 月 日(系公章)原文已完。下文为附加文档,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢!施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时,我
17、公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺,特制定本施工组织设计。一、 工程概况:西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区,橡胶厂对面。本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发,银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级,屋面防水等级三级,地震防烈度为8度,设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75 m2。室内地坪0.00以绝对标高1110.5 m为准,总长27#楼47.28m;30#楼47.28 m。总宽27#楼14.26m;30#楼14.26 m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m,呈长方形布置,东西
18、向,三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面,外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200300瓷砖,高到顶外,其余均水泥砂桨罩面,刮二遍腻子;楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200200防滑地砖,楼梯间50厚细石砼1:1水泥砂浆压光外,其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门,卧室门、卫生间门采用木门,进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗,开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅,外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构,共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础,上砌MU30毛石基础,砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M1
19、0混合砂浆砌筑MU15多孔砖;五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使用主要材料:钢材:I级钢,II级钢;砼:基础垫层C10,基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30,其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管,热熔连接;排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管,粘接;给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外,其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV2.5铜芯线,插座电源等采用BV4铜芯线;除客厅为吸顶灯外,其余均采用座灯。二、 施工部署及进度计划1、工期安排本工程合同计划开工日期:2004年8月21日,竣工日期:2005年7月10
20、日,合同工期315天。计划2004年9月15日前完成基础工程,2004年12月30日完成主体结构工程,2005年6月20日完成装修工种,安装工程穿插进行,于2005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图1(施工进度计划)。2、施工顺序基础工程工程定位线(验线)挖坑钎探(验坑)砂砾垫层的施工基础砼垫层刷环保沥青 基础放线(预检)砼条形基础刷环保沥青 毛石基础的砌筑构造柱砼地圈梁地沟回填工。结构工程结构定位放线(预检)构造柱钢筋绑扎、定位(隐检)砖墙砌筑(50cm线找平、预检)柱梁、顶板支模(预检)梁板钢筋绑扎(隐检、开盘申请)砼浇筑下一层结构定位放线重复上述施工工序直至顶。内装修工程门窗框安装室
21、内墙面抹灰楼地面门窗安装、油漆五金安装、内部清理通水通电、竣工。外装修工程外装修工程遵循先上后下原则,屋面工程(包括烟道、透气孔、压顶、找平层)结束后,进行大面积装饰,塑钢门窗在装修中逐步插入。三、 施工准备1、 现场道路本工程北靠北京西路,南临规划道路,交通较为方便。场内道路采用级配砂石铺垫,压路机压。2、 机械准备设2台搅拌机,2台水泵。现场设钢筋切断机1台,调直机1台,电焊机2台,1台对焊机。现场设木工锯,木工刨各1台。回填期间设打夯机2台。现场设塔吊2台。3、施工用电施工用电已由建设单位引入现场;根据工程特点,设总配电箱1个,塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用
22、电、生活区各配置配电箱1个;电源均采用三相五线制;各分支均采用钢管埋地;各种机械均设置接零、接地保护。具体配电箱位置详见总施工平面图。3、 施工用水施工用水采用深井水自来水,并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管,每层留一出水口;给水管不置蓄水池内,由潜水泵进行送水。4、 生活用水生活用水采用自来水。5、 劳动力安排结构期间:瓦工40人;钢筋工15人;木工15人;放线工2人;材料1人;机工4人;电工2人;水暖工2人;架子工8人;电焊工2人;壮工20人。装修期间抹灰工60人;木工4人;油工8人;电工6人;水暖工10人。四、主要施工方法1、施工测量放线施工测量基本要求A、西夏建材城生活
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