1、设 计 性 实 验 说 明 书姓 名:蒋博学 号：2012307010613学 院:自动化工程学院班 级:自动卓越121题 目:储粉仓粉位高度控制系统 2015 年 5 月 6 日目 录目 录- 1 -1、选题背景- 2 -2、设计理念- 2 -3、过程论述- 2 -3.1 传感器- 2 -3.2 A/D转换器- 4 -3.3 单片机- 6 -3.4 控制部分- 7 -4、结果分析- 7 -5、结论及心得体会- 8 -6、原理图- 9 -1、选题背景本课题是一个基于单片机的粉位高度控制系统。根据监控对象的特征，要求实时检测煤粉的粉位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制电机的运行状态进行粉
2、位的调整，最终达到粉位的预设定值。粉仓高度12米，正常工作粉位在2米至9米之间，精度为10 cm，实现粉位上、下控制，有越线报警，若出现上、下粉位越线后，通过控制系统实现控制，快速回归到控制区。2、设计理念基于单片机以AT89C51芯片为控制核心，由传感器、AD转换、电源和直流电机控制部分等组成。工作过程如下：煤粉粉位发生变化时，由测量粉位的传感器FMP40测出，并转化为4-20mA标准信号送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，检测值若高于上限设定值时，进行报警，通过单片机控制继电器断开，电机停止，则送粉器停止送粉；检测
3、值若低于下限设定值，进行报警，通过单片机控制继电器闭合，电机运转，则送粉器开始送粉。3、过程论述3.1 传感器第一部分是传感器，根据监控对象煤粉粉位的特征，传感器的选择需要满足防尘防爆，精度是0.1米。经选择决定采用德国E+H公司的产品FMP40导波雷达物位测量仪，它被设计用于粉末或小固体颗粒固体及液体进行连续物位测量，而且测量不受粉尘堆积影响，适用于防爆场合。具体介绍如下：3.2 A/D转换器第二部分是A/D转换器，采用ADC0809转换器，由于在Proteus中ADC0809是不可仿真的，所以用ADC0808代替ADC0809进行仿真。ADC0808与ADC0809有相同的引脚，功能极为相
4、似。在Proteus中，可以认为：ADC0808就是ADC0809。ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。目前仅在单片机初学应用设计中较为常见。几个关键引脚的功能：1)OE 数据输出允许信号，高电屏有效（意思就是，当OE接高电屏时才允许将转换后的结果从ADC0808的OUT1OUT8引脚输出，否则，在内部锁存）。2)ADC0808的ALE信号（22引脚），以及START信号（6引脚） ALE称为“地址锁存允许信号”，高电屏有效。就是说
5、ALE=1时，允许将ADDAADDC的地址输入到ADC0808的内部译码器，经过译码后选定外部模拟量的输入通道。 START信号，这是一个必须重点掌握的信号，向START送入一个高脉冲，其上升沿使ADC0808内部的“逐次逼近寄存器SAR”复位，其下降沿可以启动A/D转换，并同时使EOC引脚为低电平。 应注意到：ALE是高电屏有效，而START的有效部分只是上升沿和下降沿，所以在连接电路时可以将ALE信号与START信号连接到一起，使它们在同一个脉冲上各取所需。 3)EOC AD转换结束的标志信号，在AD转换结束时成现高电屏。不能通过以下方式使EOC恢复低电屏：假设EOC连到P1.0口上，企
6、图通过CLR P1.0使EOC恢复低电屏是不可行的。在Proteus仿真时，会出现黄色信号，表示短路。在实际当中，短路是非常可怕的事情。3.3 单片机第三部分是控制核心单片机，采用AT89C51芯片，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-
7、51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.4 控制部分第四部分是控制部分，通过单片机程序控制P2.0的高地电平来控制继电器的闭合与断开，从而控制电机的运行状态。继电器是一种功率开关器件, 它能够实现弱电控制强电的功能。4、结果分析根据设计要求测量范围是0-12米，精度为10 cm，测量的数据容量为120位。传感器的精度满足要求后，AD转换器也必须满足输入输出，ADC0809是一个八位AD转换器，也就
8、是分辨率为8,二的八次方显然大于120，因此满足条件。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。 Vt=V0+（V1-V0）* 1-exp(-t/RC) 或t = RC*Ln(V1-V0)/(V1-Vt) 求充电到90%VCC的时间t。（V0=0，V1=VCC，Vt=0.9VCC） 代入上式： 0.9VCC=0+VCC*1-exp(-t/RC) 既 1-exp(-t/RC)=0.9；exp(-t/RC）=0.1 - t/RC=ln(0.1) t/RC=ln(10) ln10约等于2.3 也就是
9、t=2.3RC。 带入R=10k，C=10uf得。 t=2.3*10k*10uf=230ms下面是软件设计结构框图：5、结论及心得体会通过本次实验设计，加深理解了A/D和D/A 转换器的特点和工作原理，了解了传感的性能选择，复习了单片机的相关知识，也又一次体会到了一点一点解决问题所收获的成功的喜悦。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，收获成功。6、原理图- 9 -
