基于单片机的流量控制新版专业系统设计.doc
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1、广东环保工程职业学院毕 业 设 计(论 文)题目:基于单片机流量控制系统设计系: 机电工程系 专 业: 机电设备维修与管理 班 级: 13机电设备维修与管理3班 姓 名: 黄启熙 指引教师: 完毕时间: 4月17日 摘要流量是自动化生产过程中重要过程参数之一。如下采用AT89C51单片机,对流量控制系统 硬件和软件系统进行了设计。传感器采集流量信息,由变换器变换为模仿电信号,并通过AD转换器转化成离散信号,传给单片机。控制系统软件解决信息输出 离散控制信号,实现对流量控制。核心词:单片机叶片式霍尔传感器流量控制目录题目:基于单片机流量控制系统设计1摘要2核心词:单片机叶片式霍尔传感器流量控制2
2、目录3前言4第一章绪论51.1 研究目、意义及研究内容61.3 流量计概述6第二章 工作原理及系统硬件设计62.1 系统工作原理72.2硬件构成72.3 流量计简介82.4 流量计选取9第三章 软件设计103.1 软件设计思路103.2 主程序设计103.3 流量控制子程序11第四章 中断服务子程序134.1 设定值输入程序134.2 A/D中断子程序134.3 定期器中断子程序164.4 数码管显示子程序184.5 步进电机控制程序20总 结22参照文献24前言工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用一大领域,流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中四大参数,人们通过这些参数对生产过程进行监
3、视与控制。对流体流量进行对的测量和调节是保证生产过程安全经济运营、提高产品质量、减少物质消耗、提高经济效益、实现科学管理基本。流量检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。【1】在天然气工业蓬勃发呈当前,天然气计量引起了特别关注,由于在天然气采集、解决、储存、运送和分派过程中,需要数以百万计流量计,其中有些流量计涉及到结算金额数字巨大,对测量和控制精确度和可靠性规定特别高。此外,在环保领域,流量测量仪表也扮演着重要角色。人们为了控制大气污染,必要对污染大气烟气以及其她温室气体排放量进行监测;废液和污水排放,使地表水源和地下水源受到污染,人们必要对废液和污水进行解决,对排放量进行控制
4、。于是数以百万计烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。同步在科学实验领域,需要大量流量控制系统进行仿真与实验。流量计在当代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也均有广泛应用。第一章绪论1.1 研究目、意义及研究内容流量是衡量设备效率和经济性重要指标 。流量测量与控制是实现工业生产过程自动化一项重要任务。本课题重要研究内容是对流量进行控制,重要由流量传感器采集流量信息,然后通过AD转换器将持续模仿信号离散化后传给单片机,单片机在软件系统控制下,依照预先设立和预期控制规定,通过步进电机来精准控制阀门开度,实现对流量精准控制。1.2 流量计应用领域流量计重要用于如下几种领域。
5、l 工业生产过程l 能源计量l 环保工程l 交通运送l 生物技术l 科学实验1.3 流量计概述所谓流量是指单位时间内通过某一截面物料数量,即瞬时流量。用于测量流量仪表称为流量计,流量计是过程自动化仪表与装置中大类仪表之一。流量计也成为流量传感器,是一种批示被测流量和(或)在选定期间间隔内流体总量流速监测装置。重要功能是当流速未达到设定流速阀值时发出检测信号,经计算机控制,进行报警或启动连锁保护系统,保护核心设备,可以以及时制止在生产中突发事故,对生产安全和经济效益,有不可预计实际作用。第二章 工作原理及系统硬件设计2.1 系统工作原理系统工作原理是流量传感器采集到流量信息,通过变换器,转化为电
6、信号,AD转换器将模仿电信号转化为离散信号,传给单片机。单片机软件系统依照事先设定值对采集信息进行解决,输出离散控制信号。DA转换器将离散控制信号转化为模仿电量。通过模仿电量来控制阀门动作,从而调节流量,实现流量精准控制。2.2硬件构成本系统重要由水泵、流量传感器、电动阀门和MCS-51单片机控制系统以及液体管线和控制线、监视线等构成。 系统构造框图如下所示:流量是指单位时间内通过管道某一截面物料数量。本控制系统任务是对通过某一管道截面物料数量即降粘剂流量进行控制。本系统采用单片机控制,通过流量计采集流量信息,传给单片机。单片机通过预先设定值和系统软件进行分析,发出相应控制信号,驱动调节阀动作
7、,从而拟定降粘剂配比与耗量,实现生产过程自动化。 系统硬件构造图如图所示:其中,电磁流量计作为流量传感器,采集流量信息,经放大器放大后送到AD转换器。AD转换器将持续模仿量转化为单片机能接受离散数字量。单片机收到流量信号后,在控制系统软件作用下,发出相应执行命令给执行机构步进电机。步进电机带动阀门动作,对流体流量进行控制。2.3 流量计简介工业上惯用流量计种类诸多,如按照其测量原理来分类,大体分为:转子流量计,差压式流量计,节流式流量计,速度式流量计,容积式流量计及其他类型流量计如基于电磁感应原理电磁流量计和超声波流量计等。本设计选用是超声波流量计。当前工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量
8、困难问题,这是由于普通流量计随着测量管径增大会带来制造和运送上困难,造价提高、能损加大、安装不但这些缺陷。而超声波流量计却克服了这些问题。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用一种非接触式仪表,适于测量不易接触和观测流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会变化流体流动状态,不产生附加阻力,仪表安装及检修均可不影响生产管线运营因而是一种抱负节能型流量计。超声测量仪表流量测量精确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数影响。2.4 流量计选取本次所选超声波流量计为北京中元瑞得公司ZYF-300.本流量计长处为
9、:最新计算机技术、IC技术同步发展高技术流量测量仪表,与其他常规类型流量计或其他超声波流量计相比,除具备高精度(达到0.1)、高可靠性、高性能、价格低廉;内置流量日月年合计器 * 内置上电断电记录器;0.5秒基本测量周期 * 内部32位浮点数据解决;频率信号输出 * 40皮秒时间测量辨别率;测量周期为500ms等。此流量计工作原理为:当超声波束在液体中传播时,液体流动将使传播时间产生微小变化,其传播时间变化正比于液体流速,其关系符合下面表达式:V=MD/sin2T/(TupTdown)。其中: 为声束与液体流动方向夹角 M 为声束在液体直线传播次数D 为管道内径Tup 为声束在正方向上传播时间
10、Tdown为声束在逆方向上传播时间T = Tup Tdown。第三章 软件设计3.1 软件设计思路该控制系统软件设计可以分为三某些:1.主程序某些:该某些完毕存储器分区、数据定义和系统初始化等,以及调用各个子程序,完毕重要控制功能。2.流量控制程序:通过PID控制算法,编写出相应流量控制子程序,实现对流量控制,达到预期控制规定;3.各子程序:各个子程序完毕详细实现办法,重要涉及:设定值输入、数码管显示、步进电机控制、AD转换中断、T0定期器中断、采样中断等。软件流程图如下:3.2 主程序设计u 主程序某些,重要完毕存储器分派、系统初始化和系统整体控制等,并通过调用各子程序段,实现软件总体设计功
11、能。主程序流程图u初始化:系统初始化程序功能是对8155和89C51进行初始化,使D/A输出为0,步进电机处在停机状态,将RAM中标志位和工作单元置为初始状态,提示符CPUREADY写入缓冲器。更新显示屏子程序功能是将显示缓冲器内容,分别转化为段数据,输出到8155。显示屏012显示数据缓冲器分别为73H7FH单元。当系统处在停机状态时,显示屏04显示参数,显示屏57显示参数地址,因此73H77H作为数据缓冲器,78H7AH作为地址缓冲器,在运营状态时,73H77H作为瞬时流量缓冲器,78H7FH作为合计流量缓冲器。初始化程序流程如图所示:3.3 流量控制子程序在流量测试基本上,把流量设定值和
12、实际测试得到瞬时流量进行比较计算出误差,采用数字PID调节算法,计算输出到AD0809变量Uio增量式PID控制算法计算公式为式中:ei为本次实际测得流量和设定值之差;SHAPE * MERGEFORMATP为比例系数;I为积分系数;D为微分系数;输出控制变量表达式为:SHAPE * MERGEFORMAT程序入口参数:偏差ek、ek-1、ek-2、测量值y、给定值r。这5个参数均为3字节浮点数,分别将它们存储在RAM单元中。低字节存储浮点数阶数和符号,其中符号存储在最高位,阶数以补码形式存储在另7位中。尾数以原码形式存储在另2个字节中。第四章 中断服务子程序4.1 设定值输入程序本程序将4位
13、BCD码按千、百、十、个依次存储在89C51片内RAM30H33H单元中,每个地址单元高4位为0,低4位为BCD码。 程序代码如下:RDS:MOV R0,#30H;初始化,存储单元首址MOV R2,#7FH;P1口高4位置控制字及低4位置输入方式MOV R3,#04H;读入4个BCD码MOV A,R2LOOP:MOV P1,A;P1口送控制字及低4位置输入方式MOV A,P1;读如BCD码ANL A,#0FH;屏蔽高4位MOV R0,A;送入存储单元INC R0;指向下个存储单元MOV A,R2;准备下一片拨盘控制端置0RR A;MOV R2,A;DJNZ R3,LOOP;未读完返回RET;读
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