畢業(yè)論文外文翻譯-基于MSP430單片機(jī)的液位測量儀設(shè)計(jì).doc

中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 英文文獻(xiàn)及中文翻譯學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師： 2012年 6月17日外文文獻(xiàn)為PDF格式，下載后雙擊即可打開另存基于 MSP430 單片 機(jī)的液位測量儀設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了基于 MSP430 系列單片機(jī)的液位測量儀的組成、 原理、 硬件及軟件設(shè)計(jì)， 并介紹了多路復(fù)用測量和控制儀器對液面測量和控制。 該系統(tǒng)由壓力傳感器、 信號處理電路、 電磁閥、 輸出驅(qū)動電路、 漢字液晶顯示器、 鍵盤、 光報(bào)警電路和 MSP430MCU 組成， 實(shí)現(xiàn)了液位自動監(jiān)測和自動報(bào)警功能。關(guān)鍵詞: 液位測量、 主從通信、 MSP430SCM、 V / F 轉(zhuǎn)換類數(shù) 中國圖書分類: TP273 文獻(xiàn)標(biāo)示碼: B 1.前言 測量和控制儀表的液位表屬于智能儀表， 是 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)成功的。 這是一個(gè)智能的可綜合測量和可控制相結(jié)合的產(chǎn)品， 可在許多工業(yè)領(lǐng)域用于測量各種介質(zhì)的液位。 例如: 石化、 冶金、 電工、 電力、 制藥、 環(huán)保產(chǎn)業(yè)。 該儀器可以測量液位， 并能計(jì)算出它的重量， 所以它可以用來測量、 控制液體靜態(tài)、 動態(tài)地品種， 還有全球自動報(bào)警功能。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 液位傳感器的選擇 有各種各樣的傳感器可以用于液位測量， 例如: 壓力傳感器、 超聲波傳感器、浮動式傳感器等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅需要實(shí)現(xiàn)測量液位的功能， 還要探測出液體的重量。 在實(shí)驗(yàn)中， 檢測液體的重量 P 是直接通過計(jì)算獲得， 這是 P=高 S(H為液體公分， S 是圓的面積， 是液體密度)。 因此， 用 1 厘米的液體測量結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來提高測量液體重量的測量精度。 此外， 我們認(rèn)為， 壓力傳感器接口電路比超聲波傳感器容易， 所以我們決定采用壓力傳感器。 2.2 MSP430 系列單片機(jī) MSP430 單片機(jī)的低功耗 16 位單片機(jī)， 具有典型特征的 SOC， 大量的外圍集成設(shè)備。 特別是微調(diào)波特率內(nèi)部集成器件， 它可以使任何單片機(jī)晶體振蕩器工作在 32768HZ 以上(但不超出晶體振蕩器上限)， 其通信頻帶率的選擇沒有小數(shù)限制， 也就是說， 它可以使用許可頻帶率范圍內(nèi)的晶體振蕩器工作在任何的頻率值。 此外， MSP430 單片機(jī)內(nèi)部集成有溫度傳感器， 因此它可以很方便的實(shí)現(xiàn)對壓力傳感器測量液位的溫度補(bǔ)償。 此外， MSP430 系列單片機(jī)針對不同的模塊有不同的應(yīng)用和微控制器， 還設(shè)計(jì)了電池供電， 它可以工作很長時(shí)間。 2.3 模擬信號轉(zhuǎn)換技術(shù)因?yàn)閳?zhí)行單位是電磁閥， 很容易產(chǎn)生電磁干擾， 從而使系統(tǒng)必須有足夠的抗干擾能力， 來保證工作。 有兩種方法來提高系統(tǒng)的抗干擾能力: 一種方法是直接使用器單片機(jī) A / D 轉(zhuǎn)換模塊， 它的特點(diǎn)是它不需要外圍電路， 具有很快的采樣率， 但抗干擾能力差。 另一種方法是用 V / F 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn) A / D 轉(zhuǎn)換。 由于 V / F 轉(zhuǎn)換利用電容電荷平衡的原則， 實(shí)現(xiàn)電壓到頻率轉(zhuǎn)換， 因此， 該方法具有較好的穩(wěn)定性， 更高的分辨率，更少的信號線，易于實(shí)現(xiàn)光電隔離， 提高系統(tǒng)抗干擾能力， 但轉(zhuǎn)換速度較慢。 通過比較和分析， 我們認(rèn)為， 壓力信號是一個(gè)緩慢的信號， 一般不必使用快速采樣， 為了使系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力， 所以我們選擇使用 V / F 轉(zhuǎn)換器。這個(gè)選擇有更容易計(jì)算和處理， 可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的測量精度等級要求， 且易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 3.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 整個(gè)系統(tǒng)是由單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、 傳感器信號處理電路、 光報(bào)警電路、 鍵盤、液晶顯示、 功率模塊和通信模塊等。 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線接口， P1 的作用是把輸出的 V / F 信號轉(zhuǎn)換為中斷請求信號和連接電路， 單片機(jī) P2. 4， P2. 6， P2. 7 引腳分別控制執(zhí)行單元的電磁閥信號， 控制輸入和輸出電磁閥開關(guān)。 引腳 P2. 5 控制光報(bào)警電路的信號。 鍵盤接口電路、 單片機(jī)控制和六針系統(tǒng)的按鍵， 是通過P3. 0， P3. 1 和 P3. 2 引腳控制的。 74HC245 系統(tǒng)輸出信號、 數(shù)據(jù)和控制信號 LCD液晶漢字界面是通過 P3. 0 和 P3. 3 引腳控制的。 P3. 4 和 P3. 5 作為單片機(jī)串行通信的數(shù)據(jù)總線， 并連接到節(jié)點(diǎn)之間的通信電路之間提供從網(wǎng)站主站點(diǎn)和串行通信。 電源模塊系統(tǒng)可以生成的， 3. 3V ， + 5V 和- 5 伏的電壓值, 可以為接口電路主機(jī)系統(tǒng)和傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓值。 該系統(tǒng)通過壓力傳感器對液體壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集, 在 V / F 轉(zhuǎn)換模塊中對液位高度和液體的重量實(shí)現(xiàn)高精度測量。 該系統(tǒng)在液位超越報(bào)警電路時(shí)自動進(jìn)行光學(xué)報(bào)警。 用戶可以通過鍵盤輸入和輸出來設(shè)定上限和下限液位， 通過使用液體體積一些參數(shù)， 使液面保持在設(shè)定值。 該系統(tǒng)可在容器液位液晶顯示器上顯示上、下限液位， 液體的重量。 主站點(diǎn)可以控制任何從站點(diǎn)， 同時(shí)完成八個(gè)從站點(diǎn)和主 站點(diǎn)之間站點(diǎn)的通信。 主站點(diǎn)有該系統(tǒng)的整體功能， 可設(shè)置上下所有從站點(diǎn)液位限制。當(dāng)它在檢測電路時(shí)， 主站點(diǎn)可以任意設(shè)置從站點(diǎn)數(shù)量和從站點(diǎn)液位的高度。主站點(diǎn)可以進(jìn)行光報(bào)警， 并顯示從站點(diǎn)的數(shù)量， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)從站點(diǎn)液位超過主站點(diǎn)設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)。 同時(shí)， 主站點(diǎn)通過通信模塊接收從站點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)量和液位報(bào)警信號， 控制從站點(diǎn)的信息， 并執(zhí)行自動報(bào)警和解除。 從站點(diǎn)的數(shù)量可以任意設(shè)定。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示在工作環(huán)境中的時(shí)間和溫度。 4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 V / F 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 見圖 2， 輸入電壓從引腳 7 輸入， 通過射頻追隨者的 LM331， 電阻 RD7 可以抵消漂移引腳 6 的影響， 減少頻率誤差。 RD13 選擇 51K 抗性 CD1 濾波電容器來減少以 RD10, RD11, CD2 引起的 LM331 的誤差偏差。 逐步改變引腳 6 和引腳 7 的輸入。 輸入電壓階躍變化將導(dǎo)致輸出頻率變化， 如果 CD3 大于 CD1 系統(tǒng)將立即停止。 電阻和電容的引腳 6 針會產(chǎn)生滯后效應(yīng), 以獲得更強(qiáng)的線性關(guān)系。 圖 2: V/F 轉(zhuǎn)換電路4.2 液體檢測和控制電路 該系統(tǒng)通過壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)信號， 用運(yùn)算放大器放大信號。 放大后的信號傳送到 V/ F 轉(zhuǎn)換進(jìn)行電壓頻率轉(zhuǎn)換， 輸出頻率信號作為中斷請求傳給單片機(jī)的 P2. 4 引腳， 并將其轉(zhuǎn)化為液面位置， 并根據(jù)設(shè)定液位的上限和下限可以控制相應(yīng)的電磁閥， 保持液面高度與設(shè)定值一致。 通過 LED 燈方便調(diào)試觀察電路每個(gè)電磁閥的工作狀態(tài)， 并表明， 目前的工作是輸出液閥或輸入液閥。 該控制電路見圖 3。 圖 3: 液體檢測和控制電路4.3 光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 在光報(bào)警電路是由三極管， 發(fā)光二極管， 電阻， 電容和蜂鳴器組成。 液位測量值超過設(shè)定值時(shí)， 單片機(jī)將發(fā)出警報(bào)。 當(dāng) LED 點(diǎn)亮后， 接受報(bào)警信號， 蜂鳴器會產(chǎn)生光聲探測報(bào)警。 5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)模塊可劃分成六大模塊， 即系統(tǒng)初始化模塊， 液晶顯示模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)， 按鍵識別和處理模塊， 液位檢測和控制模塊， 與主站點(diǎn)和從站點(diǎn)通信模塊檢測模塊和時(shí)間環(huán)境溫度。 該系統(tǒng)初始化系統(tǒng)模塊設(shè)置參數(shù)， 這是顯示緩沖， 堆棧指針， 操作標(biāo)志和登記工作， 每一個(gè) I/ O 端口， 系統(tǒng)定時(shí)器模塊和通信模塊的干中斷設(shè)置等。 鍵盤模塊負(fù)責(zé)識別和處理， 通過按鍵調(diào)用相應(yīng)的處理子程序處理工作進(jìn)行， 實(shí)現(xiàn)設(shè)置輸入和輸出液量及上， 下限報(bào)警極限， 可以手動通過按鍵控制每一電磁閥。 當(dāng)液體超過報(bào)警限時(shí)該系統(tǒng)將調(diào)用液位檢測和控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的控制， 并作出相應(yīng)的電磁閥的行為。 通過使用通訊模塊主站點(diǎn)， 系統(tǒng)將自動檢測和控制發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。每個(gè)從站點(diǎn)的現(xiàn)場檢測和控制， 會攔截主站點(diǎn)發(fā)送不正常數(shù)據(jù)，并會立即處理。 6結(jié)束 該儀器可廣泛適用于測量水， 油， 酸， 酒和飲料等液體水平高低。 它可以自動根據(jù)輸入和輸出的液體設(shè)定的控制上限和下限液位， 并具有多種在線功