基于单片机的液体转移监控系统设计.doc
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1、毕业设计基于单片机的液体转移监控系统设计The Design of Liquid Transfer Monitoring System Based on Micro-controller 2014 届 电气工程 系专 业 电子信息 学号 学生姓名 指导老师 完成日期 2014年5 月27日毕业设计成绩单学生姓名学号 班级方1009-2班 专业电子信息工程毕业设计题目基于单片机的液体转移监控系统的设计指导教师姓名指导教师职称评 定 成 绩 指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩:院长(主任) 签字:年 月 日毕业设计任务书题 目基于单片机的液体转移监控系统的设计学生姓名学号班级方1009-2
2、班专业电子信息工程承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称一、主要内容设计并制作一个液体转移监控装置,放置两个盛水容器,分别为A容器和B容器,A容器盛有足量的水,B容器为空,初始时,从A容器转移水到B容器,当B容器中液面高于规定的上限值时,停止注水;当B容器中液面低于规定的下限值时,又开始注水。二、技术参数和要求1单片机完成液位转移控制的功能。2B容器中的水的重量的预设值可调。3使用Keil C编程。实现相关逻辑控制。4. 电路原理图设计,protel印刷电路图设计。5. 提出系统设计框图,提出相应的解决方案。三、主要技术指标(或研究方法)1单片机工作电源电压直流5V,工作电流小于500mA
3、。2传感器测量液位范围:01m。误差0.1%。3. 液位显示部分,保留小数点后两位有效数字。 4. 论文正文不少于1万字,查阅文献资料不少于10篇,其中外文文献2篇以上,翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献 1C语言开发。 2. 关于STC89系列相关单片机开发文档。 3. 相关传感器和显示器件使用手册和接口电路。五、进度计划第1周第2周: 资料收集,方案设计;第3周第4周: 开题报告,需求分析,概要设计;第5周第7周: 系统设计;第8周: 中期检查;第9周第12周: 系统调试和论文撰写;第13周第14周: 论文审核定稿;第15周第16周: 答辩。教研室主任签
4、字时间 年 月 日毕业设计开题报告题 目基于单片机的液体转移监控系统的设计学生姓名学号班级方1009-2班专业电子信息工程一、研究背景液体转移监控系统的主要作用是进行液位检测跟控制,并根据液位的变化作出相应的动作。目前在很多方面都需要用到液体转移监控系统,尤其是随着中国经济的发展,液体转移监控系统的应用更加广泛。在工厂、科研实验、工业控制等领域深受广大工作人员的喜爱。该液体转移监控系统的主要作用是设计并制作一个液体转移监控装置,放置两个盛水容器,分别为A容器和B容器,A容器盛有足量的水,B容器为空,初始时,从A容器转移水到B容器,当B容器中液面高于规定的上限值时,停止注水;当B容器中液面低于规
5、定的下限值时,又开始注水。检测液位的方法有很多,而本系统通过超声波测距,就可以直接放在容器的上方。没有像液压传感器放在容器的底部,防止传感器坏掉要进行更换带来的麻烦。采用超声波测液位达到了很好的效果。2、 国内外研究现状 现在国内外的液压控制一般使用直流电机调速系统来控制供给液体流量,利用压力传感器来测量液体重量,使用压力传感器测得液体实时重量,并以此作为反馈信号,以单片机为核心组成微机测控系统。国内外基本都采用压力式、超声波、磁翻板、雷达等模块进行测量液体的高度。像西门子公司的雷达液位计就在工业界表现良好的性能而受大家欢迎。射频电容式液位变送器依据电容感应原理,当被测介质浸汲测量电极的高度变
6、化时,引起其电容变化。其良好的结构及安装方式可适用于高温、高压、强腐蚀,易结晶,防堵塞,防冷冻及固体粉状、粒状物料。 它可测量强腐蚀型介质的液位,测量高温介质的液位,测量密封容器的液位,与介质的粘度、密度、工作压力无关。液位检测装置的种类有磁浮子式,内浮式,磁翻板,投入式等。它们的特点和应用场所也各不相同,适用范围也迥异。而超声波测距跟业界享有盛誉最高的外测液位仪表现为一下六大特征:1、可用于苛刻的环境可测量任何压力、毒性最剧烈、腐蚀性最强、绝对无菌的或极高纯度的液体。2、安全在测量有毒害、有腐蚀、有压力、易燃易爆、易挥发、易泄漏的液体时,由于测量头和仪表都在容器外,所以安装、维修、维护操作时
7、不接触罐内的液体和气体,非常安全。即使在仪表损坏或维修状态下,也绝无引起泄漏的可能。3、环保真正的隔离测量,完全不与被测介质接触,决无泄漏液体甚至气体的可能,不会污染环境,是真正的绿色环保仪表。4、方便经济在线维护无需停产。由于不需在容器上开孔,不用法兰盘,不用连通管,所以安装、维护最方便、最经济。5、耐用可靠测量头和仪表内无机械运动部件,并严格密封,与外界隔离,不会磨损或腐蚀,十分耐用可靠,维护工作量很小。6、精确外测液位仪不断地自动校准,永远保证最高的测量精度。外测液位仪与当前国内外使用的在储罐或其连通器内部探测液位的仪表原理完全不同,它是利用对人体无害的微振动原理,在容器壁外侧液面以下部
8、位连续测出液面的精确高度,而完全不接触容器内的液体和气体,可广泛应用于各种容器内液面和界面高度的连续精确测量。该技术建立了容器内液体和薄壳结构罐体的力学振动特性与液位对应关系的规律及数学模型,属世界首创。专家称其为“液位测量的一场技术革命”,并认为“开创了仪表发展的新思路”,在“技术上居国际领先水平”。三、所要进行的主要工作和所采用的方法、手段3.1主要工作学习与宏晶STC89C51RC单片机相关的硬件资源以及软件编程。学习数码管的工作原理及其功能。学习超声波的原理以及232模块部分的工作原理。绘制系统电路原理图,绘制PCB,并焊接实物,调试硬件电路。编写相关的单片机程序,可实现通过按键调节要
9、测液的范围等功能。3.2采用的方法、手段查看国内外相关资料,根据课题中对数码管进行较为详细的学习,弄清其接口的作用。而在我们这个设计中可分五部分,稳压电源部分、单片机部分、显示部分、超声波测液部分、232模块部分。总体设计如下:1.硬件电路设计设计电源电路电路图,主芯片为集成稳压器W7805,此部分最后改成了USB电源。超声波测液模块的设计和制作。232模块部分接口的设计,实现电平转换,通过这部分完成计算机与单片机的通信。单片机部分为数码管与STC89C51RC组合。 2.软件设计程序的设计为了实现包括数据的采集,数据处理、数字显示等功能。四、预期达到的结果通过近一个月的设计,本实验达到了理想
10、的结果。测量了液位,并且根据液位进行了液位转移动作。指导教师签字时 间年 月 日摘要液位监控系统是一种专门监测容器液位变化的一种装置,根据液位的状态可以做出相应的响应。液位监控系统是常见的工业过程控制之一,广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱、罐、工业化工槽等受压容器的液位测量。随着科技的进步,人们对生产的控制精度要求越来越高,所以提高液位转移监控系统性能就显得非常重要了。本设计采用以STC89C51RC单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测液仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计,由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机
11、综合分析处理,实现超声波测液仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 经实验证明,这套系统软硬件设计具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点,实现后的作品可用于液位测量及转移的各种场合。关键词:STC89C51 超声波 液体转移AbstractDigital frequency counter is specifically on measuring signal frequency of electronic measuring instruments,widely used in the f
12、ield of research and production of computers, communications equipment,audio and video instrument.At the core of the design using STC89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the m
13、ain program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.The experi
14、ment proved that the system hardware and software design with easy control, reliable,accurate ranging, readable and clear process, etc.,works to achieve the level measurement can be used fora variety of occasions and transfer. Key words: STC89C51Ultrasonic wave Liquid transfer目录第1章绪论11.1选题背景及意义11.2国
15、内外研究现状11.3研究内容2第2章系统总体设计32.1应用系统结构设计32.2设备选型32.2.1供电单元32.2.2超声波发送接收单元32.2.3键盘单元42.2.4显示单元6 2.2.5继电器单元6 2.2.6报警器单元6第3章系统硬件电路设计73.1单片机控制模块73.1.1时钟振荡电路73.1.2芯片STC89C51RC引脚描述73.2超声波传感器模块93.3键盘和显示模块133.3.1键盘功能定义133.3.2 显示接口设计143.4蜂鸣报警器模块153.5继电器控制模块153.6TTL-232电平转换模块153.7单片机供电电源模块16第4章系统软件设计174.1软件设计分析17
16、4.1.1 编程语言的选择174.1.2 源程序的编译174.1.3 程序的仿真调试194.2软件设计思路194.2.1 主程序设计194.2.2 超声波测距子程序22 4.2.3数码管显示程序23第5章系统集成与测试285.1软件调试285.2软件烧录285.3实验结果29第6章原理图及PCB图306.1 Protel 99SE简介306.2 Protel 99SE 设计步骤30第7章结论与展望31参考文献32致谢33附录33附录A 外文资料33附录B 原理图47附录CPCB图48附录D 源程序49附录E 硬件实物图56毕业设计第1章绪 论1.1选题背景及意义液体转移监控系统在日常生活中应用
17、广泛,如家庭蓄水池、热水器水箱、饮水机和热水储蓄箱等。在工业中,液体转移监控系统也应用广泛,污水处理厂,传统的液位控制多采用包含手动控制方式的单回路控制,同时采用传统的指针式机械仪表来显示液位的当前值。这种液位控制在生产中一直占有主导地位,但随着生活水平的不断提高,人们对水箱液位控制系统提出了更高的要求,不仅要求有更直观、准确、稳定的液位控制系统,同时还要求在价格和人性化方面有所突破,这就要求我们开发新型既实用又价廉的液位控制系统。随着新型电子技术和计算机技术的广泛应用与普及,单片机控制系统以其控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、造价低等特点被应用到液位系统的控制中来,同时该控制系统可以设
18、计数字显示部分,增强了系统的可视性。基于上述特点,本文设计了以单片机为控制核心的多功能液位控制系统,它完成对整个系统的液位的控制及显示功能。开发出低成本、智能化的水箱液位控制器必定会受到广大消费者的欢迎。同时,将该作品中使用到的控制方法加以延伸,应用到工业生产控制中去,会使生产提高效率、降低成本、使企业获得利润的增值。因此,对低成本、智能化的水箱液位控制系统的研究具有极其重要的意义。近几十年来,控制系统己被广泛使用,在研究和发展上也己趋于完备,控制的概念更是应用在许多生活周围的事物,液位控制系统已经是一般工业界所不可缺少的,例如蓄水槽、污水处理厂等都需要液位的控制。使用液位控制系统来自动维持液
19、位高度,工作人员可以轻易在操作室获如某个设备的储水状况,大大减低工作人员工作的危险性,同时更提高了工作的效率及简便性。 近年来液位控制系统取得了很大的进步,出现了许多新型的液位控制仪,如超声波液位计、雷达液位计、光电液位开关等,这些控制器的出现大大提高了控制系统的精度,实现了控制系统的丰富多样性。 1.2国内外研究现状在自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外液位控制系统发展迅速,美国、德国、日本等技术领先国家,生产开发出一系列性能优异、实用性强的液位控制器以及相应的仪器仪表,并广泛应用于生产生活的各个领域。这些先进的控制器不仅能实现各种复杂环境下的液位控制系统的控制,而且运用先进的算法,采用
20、自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及计算机技术,使液位控制器的适用范围更加广。 反观我国,虽然液位控制系统在国内生产生活的应用十分广泛,但国内的液位控制器的发展水平仍然不如先进国家,差距仍然很大。国内液位控制器仍以常规的PID控制器为主,无法适于滞后、复杂、时变的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统,国内还没有相关的成熟技术。我国相关控制器大量依靠国外的成熟技术,这些都是必须正视的现实。所以,发展先进的液位控制技术是我们必须重视的趋势。 随着科学技术的不断发展,人们对液位控制系统的要求越来越高,特别是高精度、智能化、人性化的液位控制系统是国内外液位控制系统发展的必然趋势。 1.3研究
21、内容针对传统液位测量读数难,测量精度不高等问题,目前采用单片机控制的测液高度,然后进行相应的指令,并用十进制数字显示,具有精度高、读数方便等优点,已在工业、科研领域得到了广泛的应用。第2章系统总体设计2.1应用系统结构设计根据1.1所述液体转移监控的功能特点,系统需要完成对液体的测量、监控、显示、报警和转移几种功能,整个系统的结构框图如图2-1所示。 图2-1 系统的结构框图2.2设备选型本设计采用STC89C51RC作为控制系统的核心。按照图2-l所确定的系统结构,选择合适的功能部件,以完成完整的系统控制电路设计。控制系统包括供电单元、超声波传感器单元、键盘单元、显示单元、继电器单元和报警器
22、单元六部分。2.2.1供电单元供电是每个系统中必须的用到的。供电可以通过USB直接给单片机供电,也可以先通过变压器,降压的固定的值,然后就可以稳压电路进行稳压处理得到5V的电压。由于USB的广泛使用,本系统中采用USB供电,同时后面提供降压稳压处理电路。2.2.2超声波传感器单元本系统中主要是测液,根据测液的情况进行相关的动作。而测液有多种方法。现在广泛采用压力式、超声波、磁翻板、雷达等模块进行测量液体的高度。液位检测装置的种类有磁浮子式,内浮式,磁翻板,投入式等。考虑到各种方式的适用性情况,我们这里采用超声波测液。主要优点有:1、可用于苛刻的环境可测量任何压力、毒性最剧烈、腐蚀性最强、绝对无
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- 基于 单片机 液体 转移 监控 系统 设计
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