【毕业设计】储油罐实时监测系统的设计与实现 ㊣ 精品文档 值得下载

间的相对高度是事先设定且固定的，也就是说底端的压力值减去上端的压力值，就是这段液位的压差。

长治学院学士学位论文同理，底端压力值减去顶端的压力值，就是当前液位顶端与底端的压差。

由液体压力计算公式可知，液体在位置的压力与深度有关液面最顶端的深度是，故液面最顶端的压力值也是。

由此可以推出当前液位的压力差也就是底端的压力值。

联立，式，可以消除，并可以得到当前液位的计算公式压力不是基准量，而是力和面积的导出量，故测量压力的方法很多，在本系统中我们要测量液体的压力，所以选择液体式压力计。

液体式压力计又可以分为型管压力计单管压力计倾斜微压计和自动液柱压力计等，不管采用哪种压力传感器，在测量压力时两个传感器必须要用相同规格的，这样测量的的数据在计算时才有意义。

无论是常压储油罐还是受压储油罐，底部是承压最大的区域，监测储油罐的压力值时，就应该以底部作为监测部位。

将底端压力值经过物理量化就可以得到这个值。

需要说的点，和是两个模拟压力量，经位的转化器转换后得到的数字值。

位转换器的数值取值空间是，也就是说它只能将个模拟量分割成份，这个量化数值对于高达几十米的大型储油罐无法做到精确的统计，这就需要提升转换器的精确度，比如用位的转换器，但原理都是致的。

在本系统中就采用的是位的转换器。

根据式计算当前液位高度时，用到的压力值都是比值关系，所以无须计算出确切的物理压力量来。

两传感器之间的距离我们设置，这个值的大小可以根据两个传感器的实际距离，在程序中手动更改。

这样就可以轻松的计算出当前液位高度了。

再将当前液位高度除以储油罐满载时的高度，就可以得到当前储油量与满载时的百分比。

我们就将两个压力值利用串口发送给上位机，让或位的嵌入式设备去计算，将结果输出到软件界面的相应位置。

但是在下位机端，单片机计算乘除运算比较吃力，而且精确度相当差。

所以上述的长治学院学士学位论文数学模型并不适应于下位机端。

在下位机端需要建立另套数学模型，将底端压力乘个常量，得到个大概的液位高度值，显示到下位机的数码管上。

转换部分本系统要对两个模拟压力量进行监测，如果使用传统的位并行转换器件，光数据口就会占据个口，对于个只有组位口的单片机来说，这种硬件上的开销实在比较大。

所以我在设计过程中选择了同样能实现两路模拟量检测，且对硬件资源开销极小的。

是个单片集成单独供电低功耗数据获取器件。

具有个模拟输入个模拟输出和个串行总线接口。

的个地址引脚，和可用于硬件地址编程，允许在同个总线上接入个器件，而无需额外的硬件。

在器件上输入输出的地址控制和数据信号都是通过双线双向总线以串行的方式进行传输。

的功能包括多路模拟输入内置跟踪保持模数转换和数模转换。

的最大转化速率由总线的最大速率决定。

要用监测两个压力模拟量，首先得确定在总线上的地址，其次要确定控制字节。

采用典型的总线接口寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位共同组成。

飞利浦公司规定器件地址为，引脚由用户硬件编程，在本系统中这三个引脚全部接地，也就是个说分别为。

所以在系统中最多可以接个器件。

总线地址的最后位为方向位，当主控器件对器件进行读操作时为，进行写操作时为。

总线操作时，由器件地址引脚地址方向位组成的从地址为主控器发送的个字节。

这时总线上的设备会根据自己的地址来判断主控器是否在呼叫自己。

若收到的地址和自己的地址和自己的地址相匹配，就要做好接收数据的准备了。

主控器发送的第二个字节是控制字节，控制字节用于控制器件实现各种功能，如模拟信号由哪几个通道输入等。

控制字节存放于控制寄存器中的格式如图所示长治学院学士学位论文图控制寄存器格式其中两位是通道编号通道，通道，通道，通道在本系统中利用通道和通道。

是自动增益位，有效值是。

当这位置位时，通道转换完成后，芯片自动会去转换通道的值，依次循环类推。

是保留位。

是模拟量输入选择四路单独输入，三路差分输入，为单端与差分配合输入，为模拟输出允许有效。

我们在这里选择单独输入。

是选择位，转换时选择，转换是选择。

也是保留位由此可知，当单片机要监测个压力值时，它的工作流程如下单片机向上发出个位的设备地址，这时的位读写位为，通知被控器件将要向其执行写操作，并等待应答收到应答后，发送控制字节，写入被控器件的控制寄存器，等待应答收到应答后，再发送个位的设备地址，这时的读写位为，通知被控器件将要读取它发送的数据，等待应答收到应答后，把总线的控制权交给被控器件，读取它发送到总线上的数据。

将这个过程结合到本系统中，的器件地址为，引脚地址为，写操作时方向位为，即，读操作时方向位为，即。

读取通道时，控制字节为，读取通道时，控制字节为。

操作的程序代码是数据发送函数模计算当前储油量与满载时的百分比返回底端的压力值返回上端的压力值发送字节命令数据函数，器件地址通道地址启动总线发送器件地址发送数据被控器件无应答长治学院学士学位论文结束函数结束总线读字节数据函数启动总线发送器件地址读取数据发送非就答位结束总线上位机代码部分设置串口号，使用轮询模式读取串口数据长治学院学士学位论文长治学院张国雁毕业设计显示开机图片开始监测退出关于油罐编号温度液位高度设置背景图片固定窗口大小，长治学院学士学位论文长治学院学士学位论文，打印次数长治学院张国雁毕业设计使用命令打印出当前时间长治学院学士学位论文油罐编号罐内温度底端压力数字量上端压力数字量当前液面高度剩余油量底端压力，储油罐实时监测系统储油罐实时监测系统制作人张国雁版本长治学院届学士学位毕业论文储油罐实时监测系统的设计与实现学号姓名张国雁指导教师张毅专业电子信息科学与技术系别电子信息与物理系完成时间年月长治学院学士学位论文储油罐实时监测系统的设计与实现专业电子信息科学与技术姓名张国雁学号指导教师张毅摘要我国石油资源丰富，采油炼油企业众多，储油罐是储存油品的重要设备，储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。

但国内许多反应罐大型储油罐加油站的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法，其他参数的测定也没有实行实时动态测量，这样易引发安全事故，无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。

本系统针对上述问题，采用相应的传感器采集储油罐内的温度和压力，并通过单片机将储油量温度值显示出来同时利用串口将各项数据发送给上位机，从而进行更精确的计算与统计。

关键词储油罐液位监测嵌入式长治学院学士学位论文目录系统概述题目分析选题意义需求分析功能分析方案论证硬件方案硬件方案硬件方案两种硬件方案论证软件方案软件开发工具论证方案比较系统设计之下位机部分液面测量模块温度检测模块串口数据发送模块显示模块系统设计之上位机部分端软件嵌入式设备端软件系统调试调试计划程序运行中的调试结果总结分析附录长治学院学士学位论文系统概述题目分析选题意义随着科技的发展，特别是计算机技术的广泛应用和迅猛发展，由传统的人工测量开始逐步向计算机智能监测方向发展。

相比较而言，国外的油罐区安全监测系统性能好，但其价格过高，远远超出了我国广大用户的承受能力。

而国内研制的系统大多计算精度低稳定性和可靠性差。

因此，研发出符合我国国情的油罐区安全监测系统，不仅可以保障石油库区的安全生产，而且将加快石油行业的现代化管理进程。

针对油库储油罐地理位置分布广，信号传送距离远的特点，采用功能分散负荷分散危险分散管理集中的分布式控制系统设计思想，硬件模块化软件组合化通信网络化的设计方法。

需求分析在设计储油罐管理系统时，首先确定系统设计目标和功能要求，从技术和经济角度上进行可行性分析，然后进行方案选择和总体设计，考虑下位机硬件电路的结构是否合理，性价比等问题，探讨上位机的功能框架，采用的数据结构等细节，再进行详细设计和调试，最终完成设计任务。

在设计初期，主要考虑了以下因素可靠性。

系统运行安全可靠，性能稳定，可以在恶劣环境长期连续工作。

通用性。

在设计时，应充分考虑其应用对象的共性，使系统具有较强的通用性，可以在油库推广应用。

兼容性。

系统应能携挂不同类型的传感器，能够测量多种参数。

经济性。

系统的造价经济合理，性能价格比高。

操作维护方便性。

在软件方面，要求人机界面友好，操作简便在硬件方面，要求维护检修方便。

功能分析根据对储油罐液位监测及计量管理任务的深入分析，系统应实现以下几大功能长治学院学士学位论文系统参数的设定与修改储油罐区参数设定和修改储油罐数量标号设定通讯参数设置，储油罐分区管理定义等。

储油罐参数设定与修改储油罐的安全高度液位的高低报警值等设定和修改。

储油罐实时监测与计量储油罐状态实时监测储油罐液位等参数的实时监测。

储油罐实时计量依据压力值，计算出液位的高度和剩余百分比。

可视信息服务显示系统总貌及构成各个油罐的温度，液位，压力数据。

长治学院学士学位论文方案论证硬件方案硬件方案硬件方案的系统主要由现场仪表和储油罐实时监测与计量的管理主机或服务器等组。

系统主机和现场仪表之间通过总线连接，储油罐实时监测和采集液位的核心是两个压力传感器。

整个系统的工作流程大致如下压力传感器从储油罐终端采集到数据，经单片机处理转换后显示到现场端的数码管上，同时通过串口传输给上位机，实现远端监测，连入计算机，计算机显示并保存上传的液位数据，并可以通过管理软件对数据来进行后续处理。

硬件方案硬件方案是光用单片机设计个液位监控系统。

其硬件的组成是单片机，转换部分，液位显示部分，将采集到的数据经过单片机处理，显示到数码管上，管理人员可以定时查看各个储油罐的信息。

两种硬件方案论证结合两种硬件方案，采用的硬件结构有所不同，方案用单片机作为硬件系统，显然电路复杂，可靠性较低，而且无法向上位机发送数据，实现远端监测。

再者系统调试比较困难，无形中延长了开发周期，而且系统的稳定性不高。

本设计最终选择方案，因为它相对于方案来说，系统结构较为简单，结构高度模块化，低功耗电路设计，全数字总线接口，通信协议开放，网络扩展能力强，抗干扰能力强，所利用的液位测量技术成熟，可靠性高。

软件方案使用储油罐计量监测管理系统，能够实时采集和处理储油罐中所储油品的各项数据，通过软件显示并打印油品的储量温度及相关的各项数据，使管理人员了解各个油长治学院学士学位论文罐的情况。

通过对储油罐实时监测与计量管理设计目标的论证，确定上位机主要实现以下功能系统参数的修改储油罐实时监测与计量软件开发工具论证下位机端方案使用汇编语言为单片机编写程序。

特点是执行效率高。

方案二使用软件，用语言为单片机编写程序。

特点是易读性强，可维护性高，开发简单，代码量低。

上位机端方案使用作为开发工具，是著名的公司开发的可视化软件开发工具。

的优点是不能隐式定义结构严格方便快捷运行速度快使用方便可读性高等。

缺点是结构过于严谨，对编程水平要求颇高。

方案二使用设计计量管理系统。

优点是提供了强大的可视化编程能力。

编程语言是，是面向对象的语言，功能强大。

的良好封装机制使得的模块化程度非常高，可重用性较好，对