2022年开题报告基于单片机的液位控制系统设计方案 .docx

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1、精品_精品资料_毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：基于单片机的液位掌握系统设计学院：化工自动化学院学号：1201专业班级：101同学姓名： 指导老师：20 年 月 7 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_一、课题基本情形1. 课题的来源及选题的依据随着我国的国民经济与生活水平的进展,各个行业对自动化的需求也日益增加,为削减污染、节省资源,单片机的掌握技术得到了广泛的应用.无论是在工业生产中,仍是在其他行业,水都是人们生活中不行或缺的资源,大部分都会使用到水箱,水箱里的水位掌握就是最重要的问题了,以前都会有特的的人看管,既铺张人力、财力,又不能精确的判定水位高低.所以以

2、单片机掌握水箱的水位就得到了广泛应用.在工农业生产以及日常生活应用中,经常会需要对容器中的水位进行自动掌握.比如自动掌握冰箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量,生活中抽水马桶的自动补水掌握、自动电热水器、电开水机的自动进水掌握等.虽然各种水位掌握的技术要求不同、精度不同,但是基本的掌握原理可以归纳为一般的反馈掌握方式,他们的主要区分在于检测水位的方式、反馈方式、以及掌握器上的区分.目前我国在单片机测量和掌握装置争论、生产、应用中,取得了很大的成果,总结了很多体会,但是各行业仍处于进展期,经调查,更多科研争论在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的争论的论文较多,但着重生产实际的很

3、少.本论文将致力于改善这一状况,解决生产生活所可能遇到的普遍性问题,为设计者供应参考.2. 国内外的争论动态及水平一些发达国家在单片机新型系统争论、制造和应用上, 已积存了很多体会, 奠定了基础,进入了国际市场.我国在新型测控装置与系统争论、制造、应用和体会上,与其他发达国家相比仍存在差距,但是我国的争论人员已经克服很多困难,并在不断的摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_术水平,这是进展趋势.液位测量的方法比较多,依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型.1. 接触式测量法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内储备液体相接

4、触,从而获得测量参数的方法.(1) 人工检尺法利用浸入式刻度钢皮尺测量液位,这种方法具有测量简洁、牢靠性高、直观、成本低的优点,但人为读数误差大、无法实现自动检测和操作.(2) 电参数测量法常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等.2. 非接触式测量法非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等.其特点是测量手段并不采纳浮子之类的固态物,而是利用声、光、射线、磁场等的能量.液位传感器不和被测介质接触,不受被测介质影响,也不影响被测介质,故适用范畴广泛. 特殊是接触式测量装置不能适用的特殊场合, 如高粘度、 强腐蚀性、污染性强,易结晶的介质.下面简洁介绍超声波法

5、和微波法的测量原理.(1) 超声波法： 换能装置将电功率脉冲转换为超声波, 射向液面, 经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号,超声波法可用于多液面的测量.(2) 微波法：微波通过天线辐射出去,经液面反射后被天线接收,然后由二次电路运算发射信号与接收信号的时间差得出液位.3. 本课题的目的及意义随着运算机技术、测量技术和掌握技术的高速进展,越来越多的先进测量掌握设备、技术和方法在自动测量掌握领域中得到了广泛的应用.在工业生产中,有很多需要对容器内的介质进行液位掌握的的方,使其高精度的保持在给定的数值.液位掌握一般指对某一液位进行调剂掌握,使其达到所要要求的精度.液体的液位掌握是近年来新开

6、发的一项新的技术,它是自动掌握、微型计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_算机软件、硬件等几项技术紧密结合的产物.本设计以水塔供水为模型, 鉴于单片机液位掌握装置的重复性好、 功耗低、测量精确、使用寿命长等特点,设计以单片机为基础的液位掌握系统,具有实时液位测量监控数据处理等功能.4. 预期目标单片机自问世以来,性能不断的提高和完善,体积小、速度快、功率低的特点使它的应用领域日益广泛. 一般,工业掌握系统的工作环境差, 干扰性强, 利用单片机掌握就能克服这些缺点,因此单片机在掌握领域得到广泛的应用,使用单片机掌握液体的水位是个很好的挑选. 基于 51 单片机的液位掌握系统既满意系统

7、精度的要求,同时具有牢靠性.假如仍旧使用人工的方式,劳动强度 大,工作效率低,安全性难以保证,因此必需进行自动化掌握系统的改造.从 而实现供应足够的水量、平稳的水压的自动掌握有设计低成本、高有用价值的 掌握器.由于自动化技术在矿企业的广泛应用,水位自动掌握技术越来越频繁 的进入到自动掌握系统设计者的视线.本课题的水位掌握技术采纳液位传感器和压力传感器对液位高度和压力进行实时监控.预期目标是：当水位和压力超出规定范畴时,系统能够自动调整水位和水压,使其落在规定的范畴内.当水位和水压低于规定范畴时,就掌握水泵工作抽水,使水塔内的水位和水压上升,到达规定高度.而达到不用人工特的去掌握即可使水位保持在

8、肯定范畴内的目的.二、课题设计拟采纳方法和手段对于水位进行掌握的方式有很多, 而应用较多的主要有两种, 一种是使用简洁的机械式掌握装置进行掌握,一种是复杂的掌握器掌握方式.两种方式的实现如下.（ 1）简洁的机械式掌握方式.其常用形式有浮标式、电极式等,这种掌握形式的优点是结构简洁、成本低廉.但是存在问题是精度不高,不能进行数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_值显示,另外也很简洁引起误动作,且只能单独掌握.（2）复杂掌握器掌握方式. 这种掌握方式是通过安装在水泵出口管道上的 压力传感器, 把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过多路切换、 A/D 变换成数字信号传送到单片机,经

9、单片机运算和给定参量的比较,进行PID 运算,得出调剂参量来掌握其输出电压变化,以达到掌握水箱水位的目的.针对上述两种掌握方式,以及综合考虑设计需达到的性能要求.本设计选 择其次种掌握方式,并加以改进.最终形成的掌握方案如图1 所示,利用单片机作为掌握核心,设计一个对供水箱水位进行监控的系统.依据监控对象的特征,要求实时检测水箱的水位高度,并与开头预设值进行比较,由单片机掌握固态继电器的开断进行水位的调整,最终达到液位的与设定值.检测值如高于 上限设定值时,要求报警,断开继电器,掌握水泵停止上水,检测值如低于下 限设定值, 要求报警, 开启继电器,掌握水泵开头上水.现场实时显示测量值, 从而实

10、现对水箱水位的监控.排水水泵输出驱动电路抽水水泵数码管显示电路水位检测电路AT89C51报警设备水压检测电路AD0809 转换器键盘输入图 1. 单片机液位掌握系统框图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_本系统由单片机 AT89C51、数码管显示器、报警器、键盘、传感器和其它 基本外围电路组成.要求：对液位传感器采集的液位信息进行放大、A/D 转换等处理,并设计其前端数据采集与相应的输出掌握硬件电路,完成相应的单片机软件掌握设计.液位信息经传感器采集后送入单片机,单片机进行掌握并送到数码管显示,可用键盘输入需要掌握液位的上、下限.1. 硬件电路设计水位掌握系统的硬件主要由 AT89

11、C51单片机,水位检测电路,水压检测传感器 变送器 ,报警电路,数码管显示电路,输出驱动电路,排水电动机掌握电路,键盘输入电路,抽水电动机掌握电路,AD0809转换器等组成.1.1 单片机(1) 单片机的功能和特点单片机采纳由 ATMEL公司生产的双列 40 脚 AT89C51芯片,芯片引脚如下图 2 所示.其中, P0 口用于 A/D 转换和显示. P1 口连接键盘. P2 口用于掌握电磁阀. P3 口用于报警以及 AD转换掌握,下面详细介绍各个接口的功能.图 2.8051单片机引脚图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_P0口：P0口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口.作为

12、输出口, 每位能驱动8 个 TTL规律电平.对 P0 端口写“ 1”时,引脚用作高阻抗输入.当拜访外部程序和数据储备器时, P0 口也被作为低 8 位的址/ 数据复用.在这种模式下, P0 具有内部上拉电阻.P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口, P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL规律电平.对 P1端口写“ 1”时,内部上拉电阻把端口拉高, 此时可以作为输入口使用.P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口, P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL规律电平.对 P2端口写“ 1”时,内部上拉电阻把端口拉高, 此时可以作为输入口使用.P3

13、 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口, P3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL规律电平.对 P3端口写“ 1”时,内部上拉电阻把端口拉高, 此时可以作为输入口使用.(2) 单片机的工作过程单片机自动完成给予它的任务的过程,也就是单片机执行程序的过程,即一条一条执行的指令的过程,所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作作用的命令的形式写下来,这是在设计人员给予它的指令系统所打算的,一条指令对应着一种基本操作.单片机所能执行的的全部任务,必需把要解决的问题编成一系列的指令 （这些指令必需是选定单片机能识别和执行的指令） ,这一系列指令的集合就成为程序,程序需要预先存放在具有

14、储备功能的部件储备器中.储备器由很多储备单元（最小的储备单元）组成,指令就存放在这些单元里,单元里的指令取出并执行, 每一个储备单元也必需被安排到唯独的的址号, 该的址号成为储备单元的的址,这样只要知道了储备单元的的址,就可以找到 这个储备单元,其中储备的指令就可以被取出,然后再被执行.程序通常是次序执行的,所以程序中的指令也是一条条次序存放的,单片机在执行程序时要把这些指令一条一条取出并执行,必需有一个部件能追踪指令所在的的址,这一部件就是程序计数器PC（包含在 CPU中）,在开头执行程序时,给 PC赋以程序中第一条指令所在的的址, 然后取得每一条要执行的命令,可编辑资料 - - - 欢迎下

15、载精品_精品资料_PC在中的内容就会自动增加,增加量由本条指令长度打算,可能是1、2 或 3, 以指向下一条指令的起始的址,保证指令次序执行.1.2 A/D 转换电路(1) ADC0809 的内部规律结构A/D 转化电路在掌握器中起主导作用,用它将传感器输出的模拟电压信号转换为单片机能处理的数字量.该掌握器采纳CMOS工艺制造的逐步靠近式8位 A/D 转换器芯片 ADC080.9 在使用时可挑选中断、查询和延时等待3 种方法编制 A/D 转换程序.在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换为电压信号, 然后输入 A/D 转换器.ADC0809的引脚图如图 3 所示.ADC08

16、09芯片为 28 引脚为双列直插式封装,对 ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 3. ADC0809引 脚 图START转换启动信号. START上升沿时,复位 ADC080.9时启动芯片,开头进行A/D 转换.START下降沿可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_CLK时钟信号. ADC0809的内部没有时钟电路, 所需时钟信号由外界供应,因此有时钟信号引脚.通常使用频率为500KHZ的时钟信号.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EOC转换终止信号. EOC=,0正在进行转换. EOC=,1转换终止.使用中可编

17、辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断恳求信号使用.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_OE输出答应信号.用于掌握三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据. OE=0,输出数据线呈高阻. OE=1,输出转换得到的数据.A/D 转换器的主要技术指标分别是：辨论率和转换速率.辨论率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量.1.3 数码管显示和键盘电路图 4. 键盘电路数码管显示电路和键盘电路一起设计,数码管显示电路由四位一体共阳极数码管及其驱动三极管组成,分为动态显示和静态显示,为了系统的优化和省电,本设计采纳动态显示.

18、键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件,它能实现向单片机系统输入数据、发送命令等功能,是人工干预单片机的主要手段.考虑到本设计实际需要的按键较少,故采纳独立式键盘接口电路.它是将每个独立按键按一对一的方式直接接到单片机的I/O 口上,通过程序扫描查询方式实现与单片机系统交互的.在程序查询方式下,通过I/O 端口读入按键状态, 当有按键按下时,相应的 I/O 端口变为低电平,而未被按下的按键在上拉电阻作用下为高电平,这样通过读 I/O 口的状态判定是否有按键按下.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图中, S2S5 便是掌握显示用的按键.其作用就是通过按动它们实现对高低戒备液位的设

19、置.详细来说,S3、S4 分别实现数字的增一与减一, S2、S5就作为高低戒备液位的模式挑选和确认键.2. 软件设计主程序包括系统初始化函数、按键函数、水位监测和电动机掌握函数以及水压检测函数.统主程序的功能主要是完成对单片机的初始化,设置戒备液位的上下限,实时显示液位值以及键盘扫描等工作.主要的程序流程分为如下几个部分.该模块在系统上电开机时将系统端口、数据储备区、标志位、指针、的址等给予有含义的值.图 5.主程序流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三、完成课题所需条件依据本课题所拟定的设计方法和手段,第一系统需要经过硬件设计和软件设计两个基本步骤后,然后经过测试,观看试验

20、仿真结果是否满意本设计的要求和目的,假如显现错误要准时查找出错的的方,并且通过查找资料,以适当的方法修改系统显现的错误.在没有错误的情形下,可以由试验仿真的情形, 依据设计原理图设计出实物,之后不断检验系统会不会显现不稳固、故障等其他错误,之后优化系统设计.详细详细所需条件如下.依据设计要求和目的,查找所需的硬件设备,例如单片机、 ADC0809转换器、7 端数码管显示器等.然后在 proteus仿真软件上找到所需的硬件设备, 通过查找相关资料和学习,精确连接各个设备,假如仿真不顺当,可以略微修 改硬件设计,但是大致上硬件设计要符合要求和满意目的.在连接好硬件设备之后, 需要在 keil软件上

21、编写仿真程序, 可以查阅相关书籍和学问,巩固单片机汇编语言学问,使自己的编程思维更加适合编写单片机程序.编写程序时,需要保证编写程序正确,规律合理,然后在proteus 仿真软件上加载,进行仿真测试.通过仿真测试,检验设计想法是否合理,检查设计功能是否可以实现.所以这一步是最关键的,它不仅关乎设计最终成果的好坏,而且也是最困难的一步,综合了硬件和软件设计,因此反复修改错误是必不行少的.修改完成和测试通过后,需要与老师和同学争论改进方法,以便真正的设计出实物.将设计好的仿真掌握系统付诸实际.购买实际的硬件设备,通过实际动手 操作,检验系统能否真正的工作.这一步是对上一步完成仿真设计的超越,需 要

22、动手才能和耐心, 将硬件设备焊接在 PCB板上,由 PC机下载程序到实际的单片机中,在开启单片机构成的液位掌握系统后,通过加校验信号给掌握系统, 完成最终测试.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_四、课题进度支配第 1 周明白课题,着手预备深化课题所需资料和相关学问第 2 周拟定设计方案,撰写开题报告和外文翻译第 3 周查找资料,深化懂得硬件设备第 4 周设计检测液位和水压电路第 5 周设计 ADC转换电路第 6 周设计键盘显示电路第 7 周设计单片机驱动电机电路第 8 周依据硬件设计,在 proteus软件画出硬件图第 9 周查阅文献,进行软件规律框图设计第 10 周依据软件规律

23、框图,在 keil软件中学习编写程序第 11 周设计液位检测程序第 12 周设计水压和 AD转换程序第 13 周设计键盘显示程序第 14 周设计驱动电机程序第 15 周将全部程序进行编译和测试第 16 周检查最终仿真测试结果,找到改进措施第 17 周预备答辩第 18 周答辩可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_五、参考文献1 蔡 黎 一 种 基 于 单 片 机 的 水 位 控 制 系 统 设 计 J 仪 器 仪 表 用 户 , 2022 ,14 （ 4 ）： 44-452 陈 霞 ,白 小 军 基 于 单 片 机 的 液 位 监 控 系 统 J 武 汉 理 工 大 学 学 报 ,20

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