目 录前 言11.自动控制系统概述21.1自动控制系统的应用21.2液位控制在自动控制系统中的应用21.3自动控制技术发展趋势32.系统方案的选择与论证42.1总体方案的设计及系统框图42.2各个功能实现方案论证：52.2.1液位信号采集电路52.2.2 通信部分方案62.2.3其它部分方案63电路硬件设计83.1系统的整体框图832从机部分模块电路设计83.3从机各个模块具体设计93.3.1控制器部分AT89S51芯片93.3.2液位信号采集电路部分123.3.3电磁阀的选择143.3.4电极产生信号处理电路：153.3.5显示部分电路163.3.6按键部分：173.3.7声光报警电路：183.3.8电源部分194.主机和通讯部分设计204.1主机部分（液位信号的控制单元）204.2通讯部分215.系统软件设计235.1从机程序流程图235.1.1从机主程序流程图235.1.2中断0服务程序流程图245.1.3中断1服务程序流程图255.2主机程序流程图266.抗干扰对策2761硬件抗干扰设计276.2 软件抗干扰设计27结 论28致 谢29参考文献30附 录A 源程序31附 录B 硬件原理图35前 言自动控制系统（automatic control systems）是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。近年来，随着自动控制系统在社会生产中的不断应用，大大推进了自动化生产在生产过程中的广泛使用，特别是对于工作环境较差，工作强度较强，或操作要求较高的岗位采用自动控制系统意义尤为显著，可以实现减人提效，提高劳动生产效率，降低生产消耗，实现节能减耗，提高产品质量。液位是许多工业生产中的重要参数之一，在化工、冶金、医药、航空等领域里，对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量。由于单片微型计算机具有体积小，耗电少，控制精度高，运行可靠等的特点，所以广泛应用于生产实际中。本文讨论了一种以AT89S51 为核心研制的液位控制系统，该系统不仅能对液位进行巡回检测、显示和报警，同时也能对液位进行智能控制。以AT89S51单片机为控制核心，采用RS-485串行总线组成的分布式微机控制网络，实现对多点液位的检测和实时显示。 部分采用电极接触式液位检测装置完成对液位信号的采集，根据键盘设定的液位值通过进水阀和出水阀的控制，达到设定的液位值，误差小于等于2mm。从机还具有超限包纪念馆，实时显示当前液位状态和液体重量的功能。 除具有从机功能外，还可以实现多路从站站点液位的检测和控制，能任意设定要查询的从站数量和从站号，本文简化起见，设定从站为1，还能够接收从站的超限报警信号。本文提出了一种基于单片机AT89S51液位自动控制方法，对水位信号做实时测量并与键盘设定值进行比较，通过阀门控制注排水来实现液位的基本恒定，并且是误差保持在2mm,具有跟踪性好，反应能力强等优点。 1.自动控制系统概述1.1自动控制系统的应用随着工业生产和科学技术的不断发展,自动控制技术越来越显示出它的重要性,为人们所瞩目。掌握有关自动控制的知识就显得尤为重要。自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。 在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。 此外，在办公室自动化、图书管理 、交通 管 理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。1.2液位控制在自动控制系统中的应用液位是许多工业生产中的重要参数之一，在化工、冶金、医药、航空等领域里，对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量。作为自动控制系统的一种测量元素基本上像化工、电力、建材、供热、冶金、水处理等等几乎所有的工业场合都可以应用。应用范围十分广泛。液位自动控制是自动化生产控制的重要环节，为企业经济核算提供准确的数据。在发生事故时，异常参数的显示和记录，是事故分析和故障诊断的依据，据此可提出改进和防范措施。在化工、电力等行业中，如果不随时对生产工艺过程中的液位等参数进行实时测量与控制，生产过程就无法控制甚至发生危险。在交通领域，一辆现代化汽车装备的传感器就有十几种，测量油量压力等。在国防科研中，测量控制用的更多，研究飞机的强度，就要在油箱贴上几十片应变片并进行动态测量，比如测量压力传感器，以便进行对飞机的各项参数进行分析校正，比如每千里油耗，完成不同任务所需油量等。在我们日常生活中，先进的液位测量自动控制系统也得到广泛应用，比如我们经常见到的水箱自注水调节1.3自动控制技术发展趋势工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。 我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。2.系统方案的选择与论证2.1总体方案的设计及系统框图液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。 当一个有排液出口容器里的液体的液位需要保持在一个范围内时，就可用“液位控制系统”来调控。具体是对容器设定一个上液位、一个下液位。当容器里的液位达到上液位时，控制装置（机械或电子的）控制电磁阀，排液出口通过一段时间的排液，当容器里的液位降到下液位时，控制装置控制电磁阀，液位再缓缓上升。 如果是一个有补液进口容器里的液位需要保持在一个范围内时，控制装置控制电磁阀的动作则相反。系统应具有的功能 ：监测液位 液体重量 显示 设定值输入 控制液面高度 意外报警 系统框图如下：图2.1系统框图2.2各个功能实现方案论证：2.2.1液位信号采集电路1. 方案一 采用高精度液位传感器将液位信号转换为电信号，经A/D转换后得到液位信号，但由于高精度的液位传感器的价格偏高，故不采用这种方案。2. 方案二 将压力传感器固定在液体底部，在液体底部检测液底压强和标准大气压的压差，压力传感器输出和液位高度相对应的电压，经A/D转换后由单片机处理获得液位值。这种方法可以达到系统要求的精度，但是由于价格和时间的问题，这种方案也不容易实现。3. 方案三 利用浮体式装置进行测量。将浮体和测量装置相连如装有光电耦合器的特制滑轮，将浮体的上下运动通过测量机构转化为相应的液位信号，考虑到测量机构的机械摩擦阻力和浮体的重量产生的误差达不到题目要求的精度，故不采用这种方法。4. 方案四 自主设计一种电极接触式的液位检测装置，电机带动绳上的电极运动，利用监测电极1、2在液体中和液面上方时与电极3间电阻值的改变，判断液面位置。通过选用合适的电动机、合理安排两电极间的距离可以达到题目要求的测量精度；且所用器件容易获得，价格便宜，故采用这种方案。图2.2接触式液位检测装置2.2.2 通信部分方案 RS232,RS422,RS485是电气标准，主要区别就是逻辑如何表示。 RS232使用12V,0,-12V电压来表示逻辑，（-12V表示逻辑1，12V表示逻辑0），全双工，最少3条通信线（RX,TX,GND），因为使用绝对电压表示逻辑，由于干扰，导线电阻等原因，通讯距离不远，低速时几十米也是可以的。 RS422，在RS232后推出，使用TTL差动电平表示逻辑，就是两根的电压差表示逻辑，RS422定义为全双工的，所以最少要4根通信线（一般额外地多一根地线），一个驱动器可以驱动最多10个接收器（即接收器为1/10单位负载），通讯距离与通讯速率有关系，一般距离短时可以使用高速率进行通信，速率低时可以进行较远距离通信，一般可达数百上千米。 RS485，在RS422后推出，绝大部分继承了422，主要的差别是RS485可以是半双工的，而且一个驱动器的驱动能力至少可以驱动32个接收器（即接收器为1/32单位负载），当使用阻抗更高的接收器时可以驱动更多的接收器。所以现在大多数全双工485驱动/接收器对都是标：RS422/485的，因为全双工RS485的驱动/接收器对一定可以用在RS422网络。主从式多机通信网络可采用RS-232或RS-485。其中RS-485抗干扰性能好，可以延长RS-232的传输距离，而且通过485总线可以放松把多个串口或485设备连成一个网络。由于本系统属于多点通信方式，数据要求双向传输，因此采用连接方便、抗干扰性能好和失真小的RS-485标准。2.2.3其它部分方案利用自制液位计的独特结构，结合单片机对数据进行相应的处理后，控制电机和进水阀出水阀状态实现对液位的相应控制。显示 主机：采用LCD显示键盘控制采用专用键盘/显示专用芯片7279. 从机：采用LED显示 独立按键实现控制。 出现意外采用声光报警LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。特点: 低压微功耗 平板型结构 被动显示型(无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳) 显示信息量大(因为像素可以做得很小) 易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现) 无电磁辐射(对人体安全，利于信息保密) 长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换)LED显示器与L