【毕业设计】储水罐液位计算机控制系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

绍下在此设计中用到的引脚，引脚图如图所示。

单片机的个引脚大致可分为类电源时钟控制和引脚。

电源芯片电源，接接地端时钟晶体振荡电路反相输入端和输出端。

控制线地址锁存允许片内编程脉冲功能用来锁存口送出的低位地址功能片内有的芯片，在编程期间，此引脚输入编程脉冲。

外读选通信号。

复位备用电源。

功能复位信号输入端。

功能在掉电情况下，接备用电源。

内外选择片内编程电源。

功能内外选择端。

功能片内有的芯片，在编程期间，施加编程电源。

接口口脚脚统称为口。

当不接外部存储器与不扩展接口时，它可作为准双向位输入输出接口。

当接有外部程序存储器或扩展口时，口为地址数据分时复用口。

它分时提供位双向数据总线。

口脚脚统称为口，可作为准双向接口使用。

对于子系列单片机，和还有第功能口用作定时器计数器的计数脉冲输入端用作定时器计数器的外部控制端。

对于编程和进行程序校验时，口接收输入的低位地址。

口脚脚统称为口，般可作为准双向接口。

当接有外部程序存储器或扩展接口且寻址范围超过个字节时，口用于高位地址总线送出高位地址。

对于编程和进行程序校验时，口接收输入的位地址。

口脚脚统称为口。

它为双功能口，可以作为般的准双向接口，也可以将每位用于第功能，而且口的每条引脚均可定义为第功能的输入输出或第功能。

图单片机引脚图图引脚图转换器选择本设计采用作为转换器，是带有位转换器路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的组件。

它是逐次逼近式转换器，可以和单片机直接接口。

转换器引脚图如图所示转换器引脚介绍路模拟量输入端。

位数字量输出端。

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

转换启动脉冲输入端，输入个正脉冲至少宽使其启动脉冲上升沿使复位，下降沿启动转换。

转换结束信号，当转换结束时，此端输出个高电平转换期间直为低电平。

数据输出允许信号，输入，高电平有效。

当转换结束时，此端输入个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于。

和参考电压输入端。

主电源输入端。

接地。

位地址输入线，用于选通路模拟输入中的路，通道选择表如表所示。

注意事项输出端为最低位为最高位，与单片机连接是要注意。

表通道选择选择的通道硬件电路设计单片机外围电路设计时钟电路用内部振荡电路，这时需要来外接石英晶振和微调电容，如图所示。

外接石英晶振为，两个电容为为起振电容。

图外部时钟电路复位电路单片机有个复位引脚，高电平有效。

在时钟电路工作以后，当外部电路使得端出现两个机器周期个时钟周期以上的高电平，系统内部复位。

复位方式有两种上电复位和按钮复位。

本设计选用按钮复位，因为遇到特殊情况系统出错，可以及时复位保证系统损失减到最低。

复位电路如图所示。

图按钮复位电路水泵驱动电路设计继电器电路因为本设计中用到的是单相交流水泵用的交流电属于强电范围，不能直接与单片机连接所以采用了继电器来充当开关。

继电器电路如图所示。

继电器的触发电路应用了光耦隔离，当单片机的口输出控制低电平时，光耦输入端导通，使得光耦内部三极管导通，经过，电阻分压后使得基极电压变高，使得导通，从而使得继电器工作。

其中是为了消耗继电器中线圈中掉电后的剩余电流。

图继电器开关电路双向晶闸管过零调功调速原理本设计中应用双向晶闸管对水泵进行调速控制，根据式中表示电功率表示外部阻力矩表示角速度。

当外部情况不变即保持不变时，在规定时间内电功率的变化将导致角速度的改变，因此调电功就可达到调速的目的。

可控硅过零控制波形见图。

可以看出，过零调功通过的工作电压是完整的正弦波形，过零导通且过零截止。

过零调功方式就是通过在给定的时间内改变加在负载上的交流正弦波个数来调节负载功率的种控制方法。

图双向晶闸管过零控制信号波形图过零检测电路过零检测电路的最终目标是实现当的交流电压通过零点时取出其脉冲。

本设计中用两个光耦实现脉冲的检测，如图所示。

交流电源经后加到两个反并联的二极管上，在交流电源的正负半周，中二极管和中二极管轮流导通，从而使中三极管和中三极管也轮流导通，在导通期间光耦的号输出引脚输出低电为触发限流电阻，为双向晶闸管门极电阻，防止误触发，提高抗干扰能力。

在本设计中负载是水泵属于感性交流负载，这样会使得双向可控硅承受的电压值远远超过电源电压，可能击穿并且烧坏晶闸管，所以双向晶闸管两极间并联个阻容吸收电路，实现晶闸管的过电压保护。

各个电阻和电容值均为光耦推荐电路中值未加改动。

在给定的时间内水泵得到的功率为式中表示负载得到的功率表示给定时间内双向晶闸管导通的正弦波的个数表示给定时间内正弦波的总个数表示不加双向晶闸管时负载得到的电压有效值表示不加双向晶闸管时负载得到的电流有效值。

由式可以看出只要为定值，只要改变就可以到达调速的目的。

图双向晶闸管触发电路数码管电路本设计中应用了段式共阴极双数码管，段码引脚接入的口，位选两条线分别接单片机的，口。

在本设计中采用了数码管的动态显示，利用了人的视觉暂留效应。

系统软件设计软件设计流程图本系统程序主要有转换模块数码管显示模块调节模块报警灯控制模块电机控制模块组成。

工作流程如图所示。

图主程序工作流程图关闭报警灯控制水泵开始采集进行液位提取并数码管显示当前液位高度液位启动继电器启动报警灯并关闭继电器程序初始化关闭继电器液位确定晶闸管导通的正弦波的个数软件主函数根据流程图设计出软件的主程序如下中断初始化初始化判断是否水位超过米如果超过打开报警灯否则关闭报警灯判断数位是否低于米如果低于打开继电器并设定双向晶闸管导通次数外部中断允许位打开软件水泵控制程序水泵控制程序是在外部中断定时器共同配合下进行的，他们实现了在秒内控制通过双向晶闸管半波个数，从而精确控制水泵转速。

外部中断每触发次，而定时器要定时后才执行任务，所以时序问题很重要。

时序流程图如图所示。

具体程序如下定时器定时中断程序当到时打开外部中断外部中断，产生双向晶闸管触发脉冲，打开定时器当过零脉冲到达调节数时关掉外部中断并关闭晶闸管触发脉冲图中断时序流程图等待定时器到达秒，打开外部中断打开定时器跳出外部中断等待下次中断关闭晶闸管并对半波计数清零并关闭外部中断通过晶闸管半波数加产生双向晶闸管触发脉冲打开外部中断对定时器计时初始化进入外部中断通过晶闸管半波数是否达到设定值进入定时器中断外部中断没有关闭等待等待是否达到定时跳出定时器中断结论本系统主要介绍了水体的液位检测控制，介绍了单片机在液位控制系统中的应用，介绍了它们的引脚和在系统中的电路图，本设计还采用了液体压力传感器来对液位的信号采集，利用数码管来进行信号的输出显示，我设计的硬件系统的结构简化，系统精度高，具有良好的人机交互功能，并设有液位报警灯，有问题立即就能发现，减小损失。

通过自动调节控制液位并实现水体的液位报警。

液位控制在设定值上正常运行不需要人工干预，操作人员劳动强度小。

采用单片机设计出的工业水位控制器，能够针对水位的不同状态和不同外界条件进行控制，水位运行稳定控制品质良好控制效果明显改善同时大大提高了控制系统的抗干扰能力，保证了工业水体液位方面作业的稳定运行。

控制装置具有成本低抗干扰能力强控制性能好等优点，且系统硬软件维护简单方便。

本系统采用双向晶闸管控制水泵，电路简单，实用性强，控制精确。

本设计在双向晶闸管驱动电路方面准备用过零保护光耦合器，最终由于在中仿真直报错，最终没有找到解决办法，最终用了普通的型光耦合器代替，增加了双向晶闸管的工作负担。

参考文献谢维成，杨加国单片机原理与应用及程序设计第二版北京北京国马印刷厂樊月珍江发潮基于的交流电机调速控制系统设计北京林业大学工学院网站胡寿松自动控制原理第五版北京科学出版社余孟尝数字电子技术基础简明教程第三版北京高等教育出版社附录附录系统程序数码管位选数码管位选启动信号转换标志位数码管点的控制口继电器控制位双向晶闸管触发控制位报警灯控制位系数定义位置中间量变量定义数码管缓冲数组段码定时中断初始化初始化判断是否水位超过米如果超过打开报警灯否则关闭报警灯判断数位是否低于米如果低于打开继电器并设定双向晶闸管导通次数外部中断允许位初始化子程序每进行采集次开启满足触发时间等待采集完成采集数据存到变量中将数据进行转换将计时变量清零处理数码管显示中断初始化程序定时器，定时器选择位定时方式外部中断为边沿触发方式定时器定时初始化定时器定时初始化启动定时器中断打开定时器溢出中断允许位数码管显示子程序调节器程序误差定时器定时中断程序当到时打开外部中断定时器定时中断程序外部中断，产生双向晶闸管触发脉冲，打开定时器当过零脉冲到达调节数时关掉外部中断并关闭晶闸管触发脉冲附录储水罐液位计算机控制系统设计电路图附录仿真结果用灯泡代替水泵图当水位高于米报警灯亮水泵不工作图水位低于米报警灯熄灭水泵不工作图水位低于米水泵工作图过零检测电路产生过零脉冲附录将此系统传递函数应用进行仿真可确定调节系数图仿真图仿真结果计算机控制技术课程设计储水罐液位计算机控制系统设计学生姓名学号学院名称专业名称指导教师年月日目录储水罐液位系统设计原理本设计任务和主要内容设计任务主要内容系统模型建立系统组成系统工作原理系统模型硬件选择液体压力传感器选择水泵选择微控制器的选择电源时钟控制线接口转换器选择硬件电路设计单片机外围电路设计时钟电路复位电路水泵驱动电路设计继电器电路双向晶闸管过零调功调速原理过零检测电路双向晶闸管触发电路数码管电路系统软件设计软件设计流程图软件主函数软件水泵控制程序结论参考文献附录附录附录附录储水罐液位系统设计原理本设计任务和主要内容设计任务本设计主要研究水箱水位自动控制系统。

此系统实现了水位报警，水位实时显示。

在内达到并稳定在水位高度，并且偏差在。

主要内容被控系统为储水罐。

系统如图所示，储水罐内为清水，下部设有出水管，流量记为。

储水罐通过水泵将清水池内的清水补入罐内，流量记为，清水池内的水位可视为固定值米即在储水罐补水过程中液位不变化。

已知储水罐的截面积平方米，高度米，要求控制目标液位高度为米。

当水箱水位低于时，启动水泵，从清水池抽水供给给储水罐当水箱水位高于时水泵自动停止当水箱水位高于时外部报警灯自动点亮，手动复位控制系统