基于单片机的锅炉水位控制新版系统的设计.doc
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1、学 号:210501XINJIANG INSTITUTE OF ENGINEERING毕业设计设计题目:基于单片机锅炉水位控制系统设计学生姓名:专 业:电气工程及其自动化班 级:电气工程及其自动化13-2(本)系 部:电力工程系指引教师: 二一七年六月五日摘 要液位控制是工业控制过程中一种重要参数控制,它性能和工作质量优良不但仅对生产有着巨大影响,并且也关系着生产安全。此前,大量对液位控制是由相应人员进行操作,这样人工方式带来了很大弊端,例如液位控制,夜间监控等等,操作员稍有疏忽,或者简易监测器件损坏,将带来无法弥补损失,更严重会危机到生产人员人身安全等。因此,如果可以使用精密并且完全会严格按
2、照生产规定运营自动化系统,可以最大限度避免事故几率,同步也能节约资源并能有效提高生产效率。本文通过对液位控制系统研究,设计了以8051单片机为核心、以光电传感器为检测元件液位控制系统,实现了报警和自动切换功能。该系统操作以便、性能良好,比较符合锅炉水位控制需要。本文还详细给出了有关硬件框图和软件流程图,并编制了汇编语言程序。核心词:单片机 光电传感器 液位 报警Abstract Liquid level control is an important parameter control in the process of industrial control. Its performance
3、and quality of work not only have a great impact on production,but also related to the safety of production. Previously,a large number of liquid level control is by the staff to operate,so that artificial means a lot of drawbacks,such as liquid level control,and so on the night of monitoring,the ope
4、rator slightly negligence,or simply monitor parts damaged,will bring irreparable loss,a more serious crisis to production personnel the personal safety. So,if the use of sophisticated and complete production will be in strict accordance with the provisions of the operation of the automation system,c
5、an maximize the chances of avoiding accidents,but also save resources and can effectively improve the efficiency of production.Through the research of the liquid level control system,this paper designed a liquid level control system with 8051 single chip microcomputer as the core and photoelectric s
6、ensor as the detection element,and realized the alarm and automatic switching function. The system is easy to operate and has good performance. It meets the need of boiler water level control. This paper also gives the detailed hardware block diagram and software flow chart,and compiles the assembly
7、 language program.Key words:single chip microcomputer;photoelectric sensor;liquid level;alarm目 录摘要ABSTRACT1 绪 论1 1.1 课题研究背景及意义2 1.2 国内外研究现状2 1.3 本系统设计内容32 液位控制系统总体方案设计3 2.2 系统硬件总体方案5 2.3 系统软件总体方案5 2.4 本章小结63 液位控制系统硬件设计7 3.1 核心芯片8051单片机7 3.2 液位传感器9 3.3 光电式传感器基本特性12 3.3.1光谱特性12 3.3.2 伏安特性13 3.3.3 光电特性
8、13 3.3.4 温度特性13 3.3.5 频率特性13 3.4 A/D转换器ADC080915 3.4.1 AD转换基本原理15 3.4.2 ADC0809转换芯片18 3.5 键盘及显示接口19 3.6报警电路20 3.7 本章小结244 液位控制系统软件设计25 4.1单片机液位控制系统控制算法及实现25 4.1.1控制对象26 4.1.2控制指标26 4.1.3控制回路调节28 4.2 软件设计流程图28 4.3本章小结305系统调试31 5.1仿真调试31 5.2控制软件调试31 5.3 数据测试32结论34参照文献35谢辞37附录 液位检测主程序381 绪 论1.1 课题研究背景及
9、意义液位控制系统是以液位为被控制参数系统,它在工业生产诸多领域均有普遍应用。在工业生产过程中,有些地方需要对容器内介质进行液位控制,液位控制普通指对某一液位进行控制调节,使其达到所规定控制精度。液体液位自动控制,是近年来新开发一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合产物,工程作业采用是微机控制和原有仪表控制,微机控制有如下明显优势:1直观而集中显示各运营参数,能显示液位状态。2在运营中可以随时以便修改各种各样运营参数控制值,并修改系统控制参数,可以以便变化液位上限、下限。3 具备控制过程自动化解决以及监控软件良好人机界面,操作人员在监控计算机上能依照控制效果及时修运营参
10、数,这样能有效地减少工人疲劳和失误,提高生产过程实时性、安全性综合以上长处可以预见到采用计算机控制系统是行业大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需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、功耗低特点使它应用领域日益广泛。普通,工业控制系统工作环境差,干扰强,运用单片机控制就能克服这些缺陷,因而单片机在控制领域得到广泛应用,使用单片机控制液体液位是较好选取1 。1.2 国内外研究现状 近几十年来,控制系统已被广泛使用,在起研究和发展上也已趋于完备,控制概念更是应用在许多生活周遭事物。液位控制系统已是普通工业界所不可缺少,举凡蓄水槽、污
11、水解决厂等都需要液位元控制。使用液位控制系统来自动维持液位高度,工作人员可以容易在操作室获知整个设备储水状况,大大减低工作人员工作危险性,同步更提高了工作效率及简便性。 近年来液位控制系统获得了很大进步,浮现了许多新型液位控制仪,如超声波液位计、雷达液位计、光电液位开关等,这些控制器浮现大大提高了控制系统精度,实现了控制系统丰富多样性。 在自动控制理论和设计办法发展推动下,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秀、实用性强液位控制器以及相应仪器仪表,并广泛应用于生产生活各个领域。这些先进控制器不但能实现各种复杂环境下液位控制系统控制,并且运用先进算法,
12、采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及计算机技术,使液位控制器合用范畴更加广泛。国外液位控制器在朝着高精度、智能化等方向迅速发展。 在国内,虽然液位控制系统在国内生产生活应用十分广泛,但国内液位控制器发展水平还是不高,同先进国家差距很大。国内液位控制器以常规PID控制器为主,无法合用于滞后、复杂、时变液位系统控制。智能化、自适应控制系统,国内还没有有关成熟技术。国内有关控制器大量依托国外成熟技术,这些都是必要正视现实。因此,发展先进液位控制技术是咱们必要注重趋势。 随着科学技术不断发展,人们对液位控制系统规定越来越高,特别是高精度、智能化,人性化得液位控制系统是国内外液位控制系统发展
13、必然趋势 2 。1.3 本系统设计内容本控制系统以液位作为研究对象。设计一种基于单片机液位控制系统,其中涉及液位检测,信号解决和控制元器件选型。系统原理是采用液位式传感器测量液体液位值,通过单片机转换与分析在LED上显示及输出控制;依照当前液位值和顾客设定水位决定与否进行开关水泵,以及与否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。2 液位控制系统总体方案设计本设计是采用8051单片机为核心芯片,及其有关硬件来实现液位控制系统,在用液位传感器测液位同步,CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示液位高度,检测液位数据,实行报警安全提示,当水体液位低于顾客设定值时,系统自动打开泵上水,当水位到达
14、设定值时,系统自动关闭水泵或打开排水泵。CPU传感器A/D转换器LED显示报警装置控制执行装置图2-1 基于单片机液位控制系统框图由图2-1可观测到传感器通过对液面进行测量,输出模仿信号,再通过模数转换器把输入模仿信号转换成数字信号,通过8051单片机运算控制,在通过LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门启动实现对水体液位进行调节控制,阀门驱动设备是电动机 3 。2.1液位控制器系统必要性及与老式浮球阀控制系统比较 水位控制器可以采用水位或时段控制进水(本文采用水位控制)。把浮球阀改成水位控制器,就相称于无形中增大了水厂清水池,对于水厂均衡生产势必会带来极大好处1.安全
15、性:液位控制器智能程控系统采用:低电压(12伏电压),微电流作为控制电源,运用稳定高效智能集成电路依照各种不同类型功能给排水工程(如建筑楼宇,住宅社区,地铁隧道,工矿公司等)不同需求,结合“给排水系统”不同步期水位变化,通过多点接触式感应程序,分级分段控制“给排水系统”运转原理进行设计。由于采用独特多点接触式感应程序,分级分段控制解决水位信息,有效防止了水池水位过高溢出或缺水,水位过低,断水导致水泵空转损坏。彻底排除了“给排水系统”发生漏电,断水,浸水给人员,设备,环境带来安全隐患,从而保障给排水系统安全畅通,保证用电安全。老式浮球阀控制系统采用220V交流电源作控制电源,运用浮球阀在水中上下
16、浮动不同角度变化,通过阀内钢珠推动杠杆,启动内置开关来操控水泵或阀门系统工作。由于受工作环境影响,浮球阀电源电缆长期处在阴暗潮湿地方,在寻常清理维护过程中,很容易导致破损,(老鼠也也许导致破坏);特别是浮球阀长期浸在水中(浮球阀都是由上下两某些粘结合成)一断发生渗漏,破损,虽然有少量进水就会导致钢珠生锈,开关等系统失灵,断路,烧毁,甚至也许浮现漏电;如此隐患一断发生,轻者导致“给排水系统”失控,水泵烧毁和局部浸水,断水;严重有也许导致大面积漏电,对人员生命,设备环境将形成极大威协,后果十分严重!2.稳定性:液位控制器智能程控系统采用稳定高效智能集成电路,依照各种不同功能类型给排水工程(如住宅楼
17、宇,地下建筑工程,地铁隧道,工矿公司等)不同需求,结合“给排水系统”不同步段水位变化,通过多点接触式感应程序,分级分段控制“给排水系统”运转。由于咱们采用独特多点接触式感应程序,分级分段控制解决水位信息,独立缺水保护系统功能,有效保证水泵及设备安全;因而整个系统工作状态,不会受到任何环境影响(感应触点固定,必要时可加上防护罩)时刻保障“给排水系统”及时畅通无阻。老式浮球阀控制系统(即机械浮球阀其重要用材为:塑料浮球阀,不锈钢浮球阀,铜质浮球阀等)通过浮球阀在水中上下浮动不同角度,使浮球阀内钢珠推动杠杆,从而启动内置开关来控制水泵或阀门系统工作。由于受工作环境影响,浮球阀浮动容易受到外部环境干扰
18、(如杂物等),很难精确体现实时水位信息;此外由于浮球阀是由两某些粘结合成,容易发生渗漏,破裂,虽然有少量积水,都会导致钢珠锈蚀,开关失灵断路,严重有也许使“给排水系统”失控,有关设备水泵等烧毁导致局部断水或浸水。导致重大经济损失和极坏社会影响。3.经济性:液位控制器智能程控系统由于采用稳定高效智能集成电路,与当前普遍使用“给排水系统”配电,监控管理系统设施能有机结合,形成配套系统。因而不会影响工程成本。但在管理成本,维修维护费用方面,液位控制器智能程控系统比老式浮球阀控制系统节约费用90左右。由此可见液位控制器智能程控系统使用经济价值远远不不大于老式浮球阀控制系统。2.2 系统硬件总体方案系统
19、原理是采用高亮二极管和光敏三级管所构成液位传感器对液面进行控制,通过四对传感器分别安装在现场四个不同位置,由上至下测量水体液位值,并把这四个液位状态通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过3位七段LED显示屏显示出液位四种状态及报警安全提示。用LED显示是由于它具备显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点,依照当前液位值和顾客设定水位决定与否进行开、关水泵,需要与否启动和关闭驱动阀门电动机。本设计重要运用了液位传感器测液位,第三章将着重简介。2.3 系统软件总体方案水位检测是通过四对由高亮二极管和光敏三极管所构成液位传感器分别安装在四个不同位置,由上至下四个输出端口分
20、别接单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口,实时对水位进行检测。本系统所使用传感器性能稳定,测量精确,大大简化现场安装,具备较高性价比,有较大工程应用价值,并且运用计算机与组态软件技术对工业生产过程进行自动控制有着重要意义。其优越性重要在于:一方面,通过对水体液位进行简易以便操纵,可以精确得控制水泵进行添加水或放水以适应工作需要.2.4 本章小结 本章在分析了基于单片机液位控制系统设计任务后,有针对性提出了任务解决办法,给出了系统设计整体方案。并对系统各个模块依照其功能做出了合理划分,并阐述它们之间关系。依照实际设计详细规定,选取了合理解决办法。在背面几章,将对各个模块进行详细阐述,并
21、给出详细实现办法。3 液位控制系统硬件设计广泛液位控制系统涉及对水体液位,压力等控制,本系统只侧重于简介液位控制。液位控制是运用由高亮二级管和光敏三级管所构成液位传感器,把液位状态转换成模仿信号,再通过模数转换器ADC0809把输出状态直接接到单片机I/O接口,单片机通过运算控制,输出数字信号,输出接口接LED进行显示,实现液位报警和键盘显示与控制 5 。3.1 核心芯片8051单片机系列产品有8051、8031、8051。其中影响极为深远就是8051。诸多其她系列单片机都以它技术为核心,因此本设计所采用核心芯片是8051单片机。CPU是它核心设备,从运用功能上看,CPU其中包括两个某些:运算
22、器和控制器以及对输入信号分析和解决 6 。控制信号采集、解决、输出三个过程。这种芯片内置4KEPROM,并可以直接控制键盘参数输入、LED数据显示,以便现场调试和维护,使整个系统通用性和智能化得到了很大提高。系统原理是运用液位式传感器测量液体液位值,通过单片机转换与分析,在LED上显示及输出控制。依照当前液位值以及顾客设定水位决定与否进行开关水泵,以及与否到达危险高、低水位,必要时关闭阀门。外置石英振荡器时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。8051单片机引脚功能:8051时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式,但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容
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