基于单片机的水箱液位控制系统设计毕业设计.doc
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1、本 科 生 毕 业 设 计(申请学士学位)论文题目 基于单片机的水箱液位控制系统设计 作者姓名 所学专业名称 自动化 指导教师 2013年6月 日 2 目 录摘 要1ABSTRACT.11 绪论21.1 水箱水位控制系统研究背景及意义21.2水箱水位控制系统国内外研究现状31.3 基于单片机的水箱液位控制系统设计过程32 单片机的水箱液位控制系统的软件设计32.1程序概要设计32.2 系统程序原理42.2.1系统流程框图及主程序42.2.2 自动模式子程序原理及流程框图43水箱水位控制系统的调试53.1水箱水位控制系统组成53.1.1 交流变频调速53.1.2水箱系统组成63.1.3压阻式压力
2、传感器原理73.1.4单片机对电动机的控制83.2 调试结果9结论12参考文献12附录14致 谢172滁州学院本科毕业设计基于单片机的水箱液位控制系统设计摘 要:大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件。它的性能的好坏,工作质量的优良与否对生产有着巨大的影响,尤其关系着生产的安全。在过去,大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的,这样的人工操作方式给水箱的控制和监控带来了很大的弊端。本系统以8051单片机为核心控制水箱的水位。由压力传感器输出的检测信号,进入单片机的模拟量输入口。然后由单片机对检测信号与给定值进行比较和运算,得到输出控制信号。通过单片机控制交流变频器从而控制交流电机。通过水泵
3、直接调节水箱的液位,直到达到设定水位。关键词:单片机;水位;控制Design of control system of water level based on Single chip microcomputerAbstract:Large water tanks are a lot of companies essential to the production process of parts, The quality of its performance, the quality of work fine or not has a great influence on the produ
4、ction, especially the safety of production. In the past, many of the tanks are operated by the staff,the manual mode of operation has brought great disadvantages to control and monitor the water tank.The designof the system use the single-chip microcomputer control technology with 8051 single-chip m
5、icrocomputer as the core control of the water level of the water tank. Detection signal output from the pressure sensor, analog input into the single chip.Then the MCU of the detection signal to compare the value and operation.The single-chip microcomputer get the output control signal. Through the
6、single-chip microcomputer to control AC frequency converter and AC motor. Liquid level directly regulating water tank through a water pump, until it reaches the set water level. Keywords: Single chip microcomputer; Level ;Control1 绪论1.1 水箱水位控制系统研究背景及意义在工农业生产中,常常需要控制液体水位。随着国家工业的迅速发展,水位控制技术被广泛应用到石油、化工
7、、医药、食品等各行各业中。低温液体(液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等)得到广泛的应用,作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷;在发电厂、炼钢厂中,保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等,是设备安全运行的保证;在教学与科学研究中,也经常碰到需要进行水位控制的实验装置。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
8、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计算机的各个组成部分,它
9、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单片机的水箱水位控制系统研究有着重要的意义。水位控制一般指对某一水位进行控制调节,使其达到所要求的控制精度。液体的水位自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,危机控制有以下明显优势:(1)直观而集中的显示运行参数,能显示水位状态。(2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变水位的上限、下限。(3)具
10、有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面,操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数,这样能有效地减少工人的疲劳和失误,提高生产过程的实时性、安全性。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制水箱水位是很好的选择。1.2水箱水位控制系统国内外研究现状目前,水箱控制系统已
11、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
12、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1。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和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。1.3 基于单片机的水箱液位控制系统设计过程 执行机构交流变频器交流电机水泵 计算机单片机控制 采样与显示上水箱 H(液位高)检测变送1 1-1系统设计结构图 由检测变送元件输出的检测信号,进入单片机的模拟量输入口,然
13、后由单片机对检测信号与给定值进行比较和运算,得到输出控制信号。单片机在过程控制中:一是作为控制器与参数监测元件、变送器及执行机构组成一个直接数字控制系统从而控制水泵,实现水位的调节,使水位稳定在设定的值;二是依靠串行口COM1数据通讯与计算机连接,实现计算机数据采集与显示。2 单片机的水箱液位控制系统的软件设计2.1程序概要设计本系统程序开发,使用的语言给汇编语言。程序实现当水位处于LG(高)、LD(低)或LDD(低低)时,报警信号输出,判断泵水方式(自动或手动)。当水位到达规定容量时,停止泵水。在次程序中,低电平为有效(即0为有效),高电平为无效(即1为无效)。2.2 系统程序原理2.2.1
14、系统流程框图及主程序 主程序要实现的是,对数据的初始化,并且判断用户是使用自动模式还是手动模式,根据用户的具体需求:若用户选择自动模式,则程序调用自动化子程序;若用户选择手动模式,则程序调用手动子程序。开始初始化自动转自动转手动图2-1 主程序流程图系统主程序:ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ;P1 P3口初始化置1MOV P3,#FFHJNB P1.3 , AUT ;若手动在自动位置,跳到自动模式子程序AJMP MEN ;否则转到手动模式子程序END2.2.2 自动模式子程序原理自动模式子程序运行的前置条件是,系统开始运行,并且用户
15、选择使用自动化控制模式。自动模式子程序首先判断水位是否高LG,若水位高于指标,则运行“水位高报警”程序,并返回主程序。若水位不高,则判断水位是否低LD,若水位低,则试运行“水位低报警”程序。然后判断水位是否低于LDD:若水位没有达到LDD的指标,则试判断“M1是否开启”,若没有开启,则开启M1;若“M1开启”则判断“M2是否开启”,若“M2开启”,则程序运行“停止M2”程序;若“M2没有开启”,则试程序运行“延迟1分钟”, 一分钟后程序“返回主程序”。若水位达到水位LDD的指标,则运行“水位低低报警”,然后程序判断“M1是否开启”,若“M1未开启”则运行“M1开启”程序;若“M1开启”则程序判
16、断“M2是否开启”,若“M2未开启”则运行“M2开启”程序,若“M2开启”,则运行“延迟一分钟”,一分钟后程序“返回主程序”。其程序控制如下所示:ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ;P1 P3口初始化置1MOV P3,#FFHJNB P1.3 , AUT ;若手动在自动位置,跳到自动模式子程序AJMP MEN ;否则转到手动模式子程序ENDAUT: NOP ;空命令JNB P1.2 ,LG ;水位高-LGJB P1.1,LD ;水位没低-LDCLR P3.1 ;水位低报警JB P1.0, LDD ;水位未低低-LDDCLR P3.0 ;
17、水位低低报警JNB P1.6, Y1 ;M1已启动-Y1CLR P1.4 ;否则启动M1Y1: JNB P1.7 ,Y2 ;M2已启动-Y2 CLR P1.5 ;否则启动M2Y2: ACALL DELAY ;延时1分钟 AJMP AUT ;返回自动模式LDD: JNB P1.6 ,Y3 ;单独运行M1(LDD水位LD)CLR P1.4 Y3: JB P1.7, Y2 SETB P1.5AJMP Y2LG: CLR P3.2 ;水位高报警LD: AJMP MAIN ;返回主程序3水箱水位控制系统的调试3.1水箱水位控制系统组成3.1.1 交流变频调速该硬件调试中变频器选取三菱FR-S520S-0
18、.4K型。三菱变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。三菱变频器主要采用交直交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。三菱变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。工作原理:(1)主回路:电抗器的作用是防止三菱变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备,需要根据三菱变频器的容量大小来
19、决定是否需要加电抗器;滤波器是安装在三菱变频器的输出端,减少三菱变频器输出的高次谐波,当三菱变频器到电机的距离较远时,应该安装滤波器。虽然三菱变频器本身有各种保护功能,但缺相保护却并不完美,断路器在主回路中起到过载,缺相等保护,选型时可按照三菱变频器的容量进行选择。可以用三菱变频器本身的过载保护代替热继电器。(2)控制回路:具有工频变频的手动切换,以便在变频出现故障时可以手动切工频运行,因输出端不能加电压,固工频和变频要有互锁。在现代工业控制系统中,多采用微机或者PLC 控制技术,在系统设计或者改造过程中,一定要注意三菱变频器对微机控制板的干扰问题。在采用三菱变频器后,产生的传导和辐射干扰,往
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