「基于单片机的水箱控制系统」.pdf

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1、一 水箱控制系统的模型分析与设计 1.系统的模型分析 系统由以下几个部件组成:储水箱，潜水泵，变频器,控制器，出水管。系统有一个出水通道，一个输水通道。通过潜水泵向储水箱输水,以平衡出水道的水量流失，使水箱液面维持恒值。水箱的液位值有一只压力传感器测得,并通过/D 转换传输到控制器。控制器通过计算得出控制量，输送给变频器，变频器根据控制量向潜水泵输出功率，以控制潜水泵的抽水效率。系统原理图如图所示：图 1 由此可以建立系统的方框图：控制对象：水箱液位 操纵变量：输水流量 Q 扰动量:出水量 Q2 控制器:C单片机 执行机构:潜水泵（变频器)f 二主控制器硬件设计 1.概述 主控制器包括以下模块

2、:中央处理器,A/D 转换器,DA 转换器,串口通信电路,数字显示器，键盘，蜂鸣警告器。使用 ALTM SIER 8.0 软件,设计集成电路板,将上述模块集成到一块小型的电路板上。2.中央处理器T89C55 单片机 因为系统是一个液位控制系统,控制精度并不要求十分高(控制在毫米级即可）,控制速度不要求十分快。因此考虑到性能及成本问题,选用 atm公司的 AT8C55 单片机。T89C5 单片机的性能参数为：DI4封装,3个 I口(P_3_7）,个中断源，3 个计时/计数器,26 字节 RA，字节 RM,时钟频率，12MHz。处理器接线如图 8 所示：图 8 处理器有 8 个空余管脚暂未使用，以

3、后可根据需要作功能扩展。3.模数转换器DC0804 要对水箱液位进行控制，首先要将水箱的即时数据采集给中央处理器。通过置于水箱中的压力传感器将水箱液位转换为电信号(05V 电压信号或 42mA 电流信号),传输到模/数转换器，通过转换,将电信号模拟量变为数字量，供中央处理器处理。在这里采用 N公司的C0804 作为模/数转换器。DC904 接受典型的传感器输入电信号,8 位数据并行输出。它的处理速度为 100s，无论从速度还是精度（8 位）都已经可以满足要求。D004 接线如图 9 所示:图 9 这里为了节约 I/O 口,采用了数据并入串出的方式,通过移位寄存器4164 将转换得的数字量逐位输

4、入给中央处理器。这样虽然使得处理速度降低，但由于液位控制只需间隔一定时间对水箱液位进行数据采样即可，而采样周期一般远大于处理周期,因此，实际上并不会降低数据的处理效率。4.数模转换器DAC082 数模转换是模数转换的逆过程。中央处理器通过将当前的液位值与给定值比较,得出误差，再通过一定的控制算法处理误差，得出控制量。这时的控制量是数字量,必须转换成模拟量,才能传输到变频器的模拟量输入端子。在这里采用 NSC 公司的AC83作为数/模转换器，接线图如图0 所示:图 1.若不加接电路，输出的是电流信号。如果需要输出电压信号，则要加接电路图如下图 11：图 11 这样,通过运算放大器以及反馈电阻的组合,可以将电流输出转为电压输出。同理，为了节约O 口，采用了数据串入并处的方式。5.输入键盘 由于系统没有转门的给定值模块，所以给定值储存于中央处理器中。因此若要改变给定值，就必须要有输入装置。这里采用 34 矩阵键盘。原理图如图 12 所示: