开题报告基于单片 机的液位控制系统 设计2020年4月19日毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：基于单片机的液位控制系统设计学院：化工白动化学院学号： 1201专业班级：101学生姓名：指导教师：20 年月7 日、课题基本情况1. 课题的来源及选题的依据随着中国的国民经济与生活水平的发展，各个行业对白动化 的需求也日益增加，为减少污染、节约资源，单片机的控制技术 得到了广泛的应用。无论是在工业生产中，还是在其它行业，水 都是人们生活中不可或缺的资源，大部分都会使用到水箱，水箱 里的水位控制就是最重要的问题了，以前都会有专门的人看管， 既浪费人力、财力，又不能准确的判断水位高低。因此以单片机 控制水箱的水位就得到了广泛应用。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的 水位进行白动控制。比如白动控制冰箱、水池、水槽、锅炉等容 器中的蓄水量，生活中抽水马桶的白动补水控制、白动电热水 器、电开水机的白动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求 不同、精度不同，可是基本的控制原理能够归纳为一般的反馈控 制方式，她们的主要区别在于检测水位的方式、反馈方式、以及 控制器上的区别。当前中国在单片机测量和控制装置研究、生产、应用中，取 得了很大的成绩，总结了很多经验，可是各行业仍处于发展期， 经调查，更多科研研究在这方面开展的工作更看重的是理论和算文档仅供参考，不当之处，请联系改正。法，数年来这方面的研究的论文较多，但着重生产实际的很少。 本论文将致力于改进这一状况，解决生产生活所可能遇到的普遍 性问题，为设计者提供参考。2. 国内外的研究动态及水平一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上，已积 累了很多经验，奠定了基础，进入了国际市场。中国在新型测控 装置与系统研究、制造、应用和经验上，与其它发达国家相比还 存在差距，可是中国的研究人员已经克服很多困难，并在不断地 摸索中前进，有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水 平，这是发展趋势。液位测量的方法比较多，依据测量方式的不 同可分为接触式与非接触式两种类型。1. 接触式测量法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接 触，从而获得测量参数的方法。(1)人工检尺法利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，这种方法具有测量简单、 可靠性高、直观、成本低的优点，但人为读数误差大、无法实现 白动检测和操作。(2)电参数测量法文档仅供参考，不当之处，请联系改正。常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光 电的反射回波法等。2. 非接触式测量法非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。 其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、 光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触，不受 被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。特别是接 触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染 性强，易结晶的介质。下面简单介绍超声波法和微波法的测量原 理。(1) 超声波法：换能装置将电功率脉冲转换为超声波，射向液 面，经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号，超声波 法可用于多液面的测量。(2) 微波法：微波经过天线辐射出去，经液面反射后被天线 接收，然后由二次电路计算发射信号与接收信号的时间差得出液 位。3. 本课题的目的及意义随着计算机技术、测量技术和控制技术的高速发展，越来越 多的先进测量控制设备、技术和方法在白动测量控制领域中得到了广泛的应用。在工业生产中，有许多需要对容器内的介质进行 液位控制的地方，使其高精度的保持在给定的数值。液位控制一 般指对某一液位进行调节控制，使其达到所要要求的精度。液体 的液位控制是近年来新开发的一项新的技术，它是白动控制、微 型计算机软件、硬件等几项技术紧密结合的产物。本设计以水塔供水为模型，鉴于单片机液位控制装置的重复 性好、功耗低、测量准确、使用寿命长等特点，设计以单片机为 基础的液位控制系统，具有实时液位测量监控数据处理等功能。4. 预期目标单片机白问世以来，性能不断地提高和完善，体积小、速度 快、功率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，干扰性强，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，使用单片机控制液 体的水位是个很好的选择。基于51单片机的液位控制系统既满足系统精度的要求，同时具有可靠性。如果依然使用人工的方 式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，因此必须进行 白动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压 的白动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。由于白动化技 术在矿企业的广泛应用，水位白动控制技术越来越频繁地进入到 白动控制系统设计者的视线。本课题的水位控制技术采用液位传感器和压力传感器对液位 高度和压力进行实时监控；预期目标是：当水位和压力超出规定 范围时，系统能够白动调整水位和水压，使其落在规定的范围 内；当水位和水压低于规定范围时，就控制水泵工作抽水，使水 塔内的水位和水压上升，到达规定高度。而达到不用人工专门去 控制即可使水位保持在一定范围内的目的。二、课题设计拟采用方法和手段对于水位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有两 种，一种是使用简单的机械式控制装置进行控制，一种是复杂的 控制器控制方式。两种方式的实现如下。(1) 简单的机械式控制方式。其常见形式有浮标式、电极 式等，这种控制形式的优点是结构简单、成本低廉。可是存在问 题是精度不高，不能进行数值显示，另外也很容易引起误动作， 且只能单独控制。(2) 复杂控制器控制方式。这种控制方式是经过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的 模拟信号，经过多路切换、A/D变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量文档仅供参考，不当之处，请联系改正。来控制其输出电压变化，以达到控制水箱水位的目的。针对上述两种控制方式，以及综合考虑设计需达到的性能要 求。本设计选择第二种控制方式，并加以改进。最终形成的控制 方案如图1所示，利用单片机作为控制核心，设计一个对供水箱 水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱 的水位高度，并与开始预设值进行比较，由单片机控制固态继电 器的开断进行水位的调整，最终达到液位的与设定值。检测值若 高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上 水，检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水 泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱水位的监 控。图1.单片机液位控制系统框图本系统由单片机 AT89C51、数码管显示器、报警器、键盘、 传感器和其它基本外围电路组成。要求：对液位传感器采集的液 位信息进行放大、A/D转换等处理，并设计其前端数据采集与相 应的输出控制硬件电路，完成相应的单片机软件控制设计。液位 信息经传感器采集后送入单片机，单片机进行控制并送到数码管 显示，可用键盘输入需要控制液位的上、下限。1.硬件电路设计水位控制系统的硬件主要由AT89C51单片机，水位检测电文档仅供参考，不当之处，请联系改正。路，水压检测传感器(变送器)，报警电路，数码管显示电路，输出驱动电路，排水电动机控制电路，键盘输入电路，抽水电动机控制电路，AD0809转换器等组成。1.1单片机(1)单片机的功能和特点单片机采用由 ATMEL公司生产的双列 40脚AT89C51芯片，芯片引脚如下图 2所示。其中，P0 口用于A/D转换和显示；P1P1OKM 1PfrC3JF - 1ril 1PO2P04UPl 5PO571POG?17P07ETlP：CNTvyP?125二P22P2324roP24P252inP2fi rq BXIXIitESETg10TD不亍BO8051U1531口连接键盘；P2 口用于控制电磁阀；P3 口用于报警以及 AD转 换控制，下面具体介绍各个接口的功能。图2.8051单片机引脚图P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出文档仅供参考，不当之处，请联系改正。口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对 P0端口写“1”时，弓I脚 用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电 阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对 P1端口写“ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对 P2端口写“ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对 P3端口写“ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。(2)单片机的工作过程单片机白动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条一条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作； 单片机所能执行的的全部任务，必须把要解决的问题编成一系列 的指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令)，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功 能的部件一一存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单 元）组成，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执 行，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号成 为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就能够找 到这个存储单元，其中存储的指令就能够被取出，然后再被执 行。程序一般是顺序执行的，因此程序中的指令也是一条条顺序 存放的，单片机在执行程序时要把这些指令一条一条取出并执 行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序 计数器PC （包含在CPU中），在开始执行程序时，给 PC赋以程 序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会白动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是 1、2或3,以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。1.2 A/D转换电路（1）ADC0809的内部逻辑结构A/D转化电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的 模拟电压信号转换为单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式 8位A/D转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方法编制 A/D转换程序。在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换为电压信号，然后输入A/D转换器。ADC0809的引脚图如图3所示。ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，对 ADC0809主ADC01OT-EC-0顽【120iy-E43LBo-IN-2-?1-6-E1*7T?-8-IL /IK 47EOC-IN-3