居民小区水箱自能控制系统.doc
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1、毕 业 论 文 题 目 居民小区水箱自能控制系统 专 业 自动化 班 级 学生姓名 指导教师 答辩日期 摘 要大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件,它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响,而且也关系着生产的安全。在过去,大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的,这样的人工方式带来了很大的弊端,比如水位的控制,时刻监控水箱的环境,夜间的监控等等,操作员稍有疏忽,或者简易的监则器件损坏,将带来无法弥补的损失,更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以,对水箱控制,如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统,可以最大限度的避免事故的几率,同时也能节省资源并能有效提
2、高生产的效率。本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能。该系统操作方便、性能良好,比较符合生产用水系统控制的需要。关键词:单片机;水位;控制;报警AbstractLarge water tanks are a lot of companies essential to the production process of parts, its performance and the quality of work not only on production of the fine has enormous influen
3、ce, but also the safety of production. In the past, many of the tanks are operated by the staff to operate, so that artificial means a lot of drawbacks, such as the water level control, water tanks at all times to monitor the environment, and so on the night of monitoring, the operator slightly negl
4、igence, or damage to the Summary of the monitoring device will bring irreparable damage will be even more serious crisis in production, such as the personal safety of staff. Therefore, control of water tanks, if the use of sophisticated and can totally be run in strict accordance with the provisions
5、 of the automated production system that can maximize the chances of avoiding accidents, but also save resources and can effectively improve the efficiency of production. The purpose of single-chip system design is the application of single-chip control technology, to 8051 as the core to control the
6、 water level in water tanks, and implementation of the alarm and manual, automatic switching function. The system is easy to operate, good performance, more in line with the power to control the production of the necessary water system.Keywords: Single-chip;level;Control;Alarm目 录摘 要1第一章 绪论51.1 水箱控制系
7、统的研究意义51.2水箱控制系统发展现状5第二章 80C51单片机水箱控制系统原理72.1水箱给水设备系统原理72.1单片机控制系统原理72.2.1 80C51单片机控制部分结构说明72.2.2 80C51单片机水箱控制系统工作原理8第三章80C51单片机水箱控制系统硬件设计93.1 80C51单片机水箱控制系统硬件简介93.1.1 数据采集及处理模块93.1.2光电隔离简介143.1.3给水泵电机主控回路介绍143.2 80C51水箱控制系统主控硬件部署方案153.2.1 80C51单片机实现系统功能说明153.2.2 74LS373芯片实现系统功能说明153.2.3 EPROM2764芯片
8、实现系统功能说明17第四章 80C51单片机水箱控制系统程序设计204.1程序概要设计204.2 系统程序原理204.2.1 系统主程序原理以及流程框图204.2.2 自动模式子程序原理以及流程框图204.2.3 手动模式子程序原理框图以及流程框图22第五章 总结与展望25参考文献26致 谢27第1章 绪论1.1 水箱控制系统的研究意义大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件,它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响,而且也关系着生产的安全。在过去,大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的,这样的人工方式带来了很大的弊端,比如水位的控制,时刻监控水箱的环境,夜间的监控等等,操作员稍
9、有疏忽,或者简易的监则器件损坏,将带来无法弥补的损失,更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以,对水箱控制,如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统,可以最大限度的避免事故的几率,同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。从水资源节约方面考虑,以往的人工控制在很多情况下,造成资源不必要的浪费,大部分原因是水箱内部水位没有及时的反馈信息到操作员,从而使控制上有一定的延迟,从而造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况,可以很好的节约资源有效的降低成本。单片机,一小块芯片上集成了一个微型
10、计算机的各个组成部分,它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。80C51以它功能强大,设计简单,制造廉价,支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中。因此,基于80C51单片机的水箱控制系统研究有着重要的意义。1.2水箱控制系统发展现状目前,水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域,它以自身的自动化控制系统的安全优势,已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段,它的成本还很高。比如把一台纯手工家用水箱设计成自动化控制的水箱,从硬件的设计和铺设,对于民用化产品实施的性价比较高。因此大规模的使用仍受到经济上的限制。但是,从长远来看,随着自动化技术的改进和硬件成本的降低,以
11、及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。我国仍然处于生产型发展中国家,所有几乎在能源相关的所有领域中,水箱是比不可少的部件,即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展,我国控制系统技术已经达到国际水平,但是在中小型企业以及民用产品,大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟,以及单片机生产成本的下降,基于单片机的水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员,将控制系统成为水箱设计的一部分,以提高自身产品的安全性能
12、和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。第2章 80C51单片机水箱控制系统原理2.1水箱给水设备系统原理水箱给水设备系统由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成,其系统结构如图2-1:图2-1 水箱给水系统结构其中M1、M2为给水泵机组,LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关,当水位高(大于90开度)时,LG闭合,当水位低(小于75开度)时,LD闭合,当水位低低(小于50开度)时,LDD闭合。2.2 80C51单片机控制系统原理2.2.1 80C51单片机控制部分结构说明本系统采用8051单片机,引脚具体控制1如下:P1口和P3口为输入输出检则信号和控制信号。下面是8051芯
13、片引脚具体分配:P1.0:水位低低输入信号。(低0,高1)P1.1:水位低输入信号。(低0,高1)P1.2:水位高输入信号。(高1,低0)P1.3:手动与自动转换输入信号。(手动1,自动0)P1.4:M1起动KM1控制输出信号。(手动1,自动0)P1.5:M2起动KM1控制输出信号。(手动1,自动0)P1.6:M1开关状态输入信号。(开0,关1)P1.7:M2开关状态输入信号。(开0,关1)P3.0:水位低低报警输出信号。P3.1:水位低报警输出信号。P3.2:水位高报警输出信号。P3.4:手动起动M1输入信号,低电频有效动作。P3.5:手动起动M2输入信号,低电频有效动作。P3.6:手动停M
14、1输入信号,低电频有效动作。P3.7:手动停M2输入信号,低电频有效动作。2.2.2 80C51单片机水箱控制系统工作原理当水箱水位低时,起动M1、M2给水,水位上升到90%,停M1;当水箱水位低低(小于50%)时,同时起动M1、M2;当水位上升到50%以上70%以下时,停M2,M1继续运行到水位上升到90%以上才停止工作。经过数据统计2,得到以下数据:水位从50%-70%,两台泵运行需要约10分钟;水位从70%-90%,一台泵运行需要约15分钟。水箱的水位一般保持在70%-90%。报警控制如下:当水位高与90开度的时候,由传感器经变送器发送信号,LG闭合,系统水位高报警。 当水位低于75开度
15、的时候,由传感器经变送器发送信号,LD闭合,系统水位低报警。 当水位低与50开度的时候,由传感器经变送器发送信号,LDD闭合,系统水位低低报警。 手动/自动模式转换控制如下: 全自动模式下,系统自动判断水位的状况,选择不同的工作状态。 手动的模式下,两台给水泵的运行控制可由人工自己操作。第3章80C51单片机水箱控制系统硬件设计3.1 80C51单片机水箱控制系统硬件简介3.1.1 数据采集及处理模块单片机是则量系统数据交换的中心,该系统采用的是80C51单片机7,全静态工作时振荡器频率为012MHz。 目前,8051单片机在工业检则控制领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域
16、中,配接各种外部设备,完成工业自动化的实现。89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位的微型处理器CPU;一个256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的I/O接口P0-P3;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍下其各个部分的功能。 中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心,由它读人用户程序,并逐条执行指令,它是由
17、8位算术逻辑运算部件(简称ALu)、定时控制部件,若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算,并具有判跳、转移、数据传送等功能,此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。枷执行指令时,从程序存储器中取来经译码器译码后,根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号,送到存储器、运算器或Io接口电路,完成指令功能。程序计数器Pc
18、程序计数器Pc用来存放下一条将要执行的指令,共16位可对以K字节的程序存储器直接寻址c指令执行结束后,Pc计数器自动增加,指向下一条要执行的指令地址。数据存储器,RAM,片内为128B,片外最多可外扩64KB。数据存储器来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。片内的128B的RAM,以高速RAM的形式集成在单片机内,可以加快单片机运行的速度,而且这种结构的RAM还可以降低功耗。程序存储器,ROM,用来存储程序,80C51为4KB ROM。如果片内只读存储器的容量不够,则需要用扩展片只读存储器,片外最多可以扩展到64KB。中断系统,具有5个中断源,2级中断优先权
19、。定时器/计数器,片内有2个16位的定时器/计数器,具有4种工作方式。在单片机的应用中,往往需要精确的定时,或对外部事件进行计数,因而需在单片机内部设置定时器/计数器部件。串行口,1个全双工的串行口,具有4中工作方式。可用来进行串行通信,扩展并行I/O口,甚至与多个单片机相连构成多机系统,从而使单片机的功能更强且应用更广。特殊功能寄存器,SFR,共有21个,用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。单片机的时序功能:时钟电路 80C51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时,在C
20、1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器, 振荡频率的选择范围为1212MHZ在使用外部时钟时,XTAL2用来输入外部时钟信号,而XTALI接地。时序 80C51单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成,每个状态又持续2个接荡周期,分为P1和P2两个节拍。这样,一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器,则每个机器周期为1us,每个状态周期为16us;在一数情况下,算术和逻辑操作发生在N期间,而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令,当指令操作码读人指令寄存器时,使从S1P28开始执行指令。如果是双字节指令,则在同一机器周期的s4读人第二字节。
21、若为单字节指令,则在51期间仍进行读,但所读入的字节操作码被忽略,且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数Mcs51指令周期为12个机器周期,只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令,它们需4个机器周期。 对于双字节单机器指令,通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节,但Movx指令例外,Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令,在执行Movx指令期间,外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。下面是80C51单片机的振荡电路6图如图3-1: 图3-1 80C51震荡电路原理图引脚及其功能说明:80C51单片机的40个引脚7中有2个专用于主电源引脚,2
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