儲粉倉粉位高度控制系統(tǒng)

課 程 設 計 說 明 書學生姓名:學 號：學 院:自動化工程學院班 級:題 目:儲粉倉粉位高度控制系統(tǒng) 指導教師： 職稱: 2015年6月2 日 目錄 一、設計方案.1二、工作原理12.1 流程框圖12.2 工作原理1三、硬件設計23.1 傳感器23.2 單片機電路設計33.2.1 AT89C51功能及引腳分布33.2.2 振蕩方式的選擇53.2.3 復位電路的設計53.3 AD轉換電路的設計63.3.1 ADC0809主要信號引腳的功能63.3.2 ADC0809與AT851單片機的連接73.3.3 轉換數據的傳送83.4 鍵盤輸入電路的設計93.4.1 按鍵去抖93.4.2 鍵盤掃描方法103.5 數顯輸出電路的設計11四、軟件設計部分124.1 原理圖的繪制124.2 流程圖的設計13五、參考文獻13 1. 設計方案利用單片機為控制核心，設計一個對鍋爐煤粉粉位進行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據監(jiān)控對象的特征，要求實時檢測煤粉的粉位高度，并與開始預設定值做比較，由單片機控制固態(tài)繼電器的開斷進行粉位的調整，最終達到粉位的預設定值。檢測值若高于上限設定值時，要求報警，斷開繼電器，控制送粉器停止送粉；檢測值若低于下限設定值，要求報警，開啟繼電器，控制送粉器開始送粉?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對煤粉粉位的監(jiān)控。2.1流程框圖煤粉粉位ZNZC煤粉倉重錘料位計ADC08098051鍵盤蜂鳴器存儲器數碼管DAC7512N/50送粉器 圖1鍋爐粉位自動控制系統(tǒng)工作流程框圖2.2工作原理基于單片機實現(xiàn)的液位控制器是以AT8C951芯片為核心，由鍵盤、數碼顯示、AD轉換、傳感器，電源和控制部分等組成。工作過程如下：煤粉粉位位發(fā)生變化時，由測量粉位的傳感器ZNZC煤粉倉重錘料位計測出，并轉化為4-20MA標準信號送入AD轉換器，AD轉換器把模擬信號變成數字信號量，由單片機進行實時數據采集，并進行處理，根據設定要求控制輸出，同時數碼管顯示粉位高度。通過鍵盤設置粉位高、低和限定值以及強制報警值。該系統(tǒng)控制器特點是直觀地顯示粉位高度，可任意控制粉位高度。3.硬件設計液位控制器的硬件主要包括由傳感器(帶變送器)、單片機、鍵盤電路、數碼顯示電路、AD轉換器和輸出控制電路等。3.1傳感器 ZNZC重錘式料位計主要用于測量料倉及各種儲料罐中的物料高度, 使用戶可靠的掌握料倉中的料位. 可用來測量各種復雜環(huán)境料倉的料位,包括粉狀,顆粒狀及塊狀物料等介質. 廣泛應用于化工,食品,冶金,水電,水泥,塑料,采礦及其他工業(yè)領域.?？傆[重錘式料位計由機械傳動部分,儀表控制部分,探測錘三部分組成。特點設計結構新穎,功能強大.可實現(xiàn)24小時自動測量。 圖1 ZNZC引腳圖 表1 ZNZC傳感器參數參考操作條件環(huán)境溫度: -5+60最小介質密度: 300g/L (更小密度需定制)最小測量時間間隔:測量高度 5m 3m測量高度 10m 6m測量高度 20m 12m測量高度 30m 18m機械傳動部分測量范圍:最大30m測量精度:0.08m測量速度: 0.15m/s鋼絲繩直徑: 2mm鋼絲繩材質: 304不銹鋼探測錘重量: 2Kg整機重量: 30Kg儀表控制部分供電電壓: AC220V,50Hz功耗: 75W信號輸出: 420mA顯示: 4位LCD重量: 3Kg 3.2 單片機電路設計3.2.1 AT89C51功能及引腳分布本次課程設計基于AT89C51單片機， AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。引腳分布如下圖3.2.1所示：圖3.2.1 AT89C51及引腳分布VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2.2 振蕩方式的選擇 本次設計用到的是內部振蕩方式，這種方式下在X1和X2兩端跨接石英晶體及兩個電容，如下圖所示，這樣就和內部的反響放大器構成穩(wěn)定的自己振蕩器。電容C1和C2通常取30pF，可穩(wěn)定頻率并對正當頻率有微調作用。接線圖如下：圖3.2.2 內部振蕩方式3.2.3 復位電路的設計復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖1所示的RC復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能，圖3為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A點）和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問題 而且調整 RC常數改變延時會令驅動能力變差。左邊的電路為高電平復位有效右邊為低電平Sm為手動復位開關 Ch可避免高頻諧波對電路的干擾。電路圖如下：圖3.2.3 復位電路3.3 AD轉換電路的設計 本次課程設計使用AD轉換器件是ADC0809，ADC0809是8路模擬信號的分時采集，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100s左右，ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳分布圖如下：圖3.3 AD0809引腳圖3.3.1 A/DC0809主要信號引腳的功能IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應關系見表9-1。CLK時鐘信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數據輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數據線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE=0，輸出數據線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數據。Vcc +5V電源。Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).3.3.2 A/DC0809與AT851單片機的連接電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉換完成后轉換數據的傳送。ADC0809與AT89C51單片機的連接圖如下：圖3.3.2.1 ADC0809與AT89C51單片機的接線圖如圖3.2.2.2所示模擬通道選擇信號A、B、C分別接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址鎖存允許信號ALE由P2.0控制，則8路模擬通道的地址為0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址選擇以WR作寫選通信號，這一部分電路連接如圖所示。圖3.2.2.2 模擬通道選擇信號接線圖從圖中可以看到，把ALE信號與START信號接在一起了，這樣連接使得在信號的前沿寫入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉換。啟動A/D轉換只需要一條MOVX指令。在此之前，要將P2.0清零并將最低三位與所選擇的通道好像對應的口地址送入數據指針DPTR中。例如要選擇IN0通道時，可采用如下兩條指令，即可啟動A/D轉換： MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址 MOVX DPTR , A ；啟動A/D轉換（IN0）注意：此處的A與A/D轉換無關，可為任意值。3.3.3 轉換數據的傳送A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。1）定時傳送方式對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳嗽O計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。2）查詢方式A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉換是否完成，并接著進行數據傳送。3）中斷方式把表明轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。不管使用上述那種方式，只要一旦確認轉換結束，便可通過指令進行數據傳送。所用的指令為MOVX 讀指令，仍以圖9-17所示為例，則有 MOV DPTR , #FE00H MOVX A , DPTR該指令在送出有效口地址的同時，發(fā)出有效信號，使0809的輸出允許信號OE有效，從而打開三態(tài)門輸出，是轉換后的數據通過數據總線送入A累加器中。這里需要說明的示，ADC0809的三個地址端A、B、C即可如前所述與地址線相連，也可與數據線相連，例如與D0D2相連。這是啟動A/D轉換的指令與上述類似，只不過A的內容不能為任意數，而必須和所選輸入通道號IN0IN7相一致。例如當A、B、C分別與D0、D1、D2相連時，啟動IN7的A/D轉換指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入0809的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111選擇IN7通道MOVX DPTR， A ；啟動A/D轉換3.4 鍵盤輸入電路的設計3.4.1 按鍵去抖通常的按鍵所用開關為機械彈性開關,當機械觸點斷開、閉合時,電壓信號小型如下圖。由于機械觸點的彈性作用,一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通,在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動,如下圖。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定,一般為5ms10ms。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的,一般為零點幾秒至數秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理,必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài),并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鍵的抖動,可用硬件或軟件兩種方法。（1）硬件消抖：在鍵數較少時可用硬件方法消除鍵抖動。下圖所示的RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖。圖3.3.1 RS觸發(fā)器硬件消抖圖中兩個“與非”門構成一個RS觸發(fā)器。當按鍵未按下時,輸出為1;當鍵按下時,輸出為0。此時即使用按鍵的機械性能,使按鍵因彈性抖動而產生瞬時斷開（抖動跳開B）,中要按鍵不返回原始狀態(tài)A,雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變,輸出保持為0,不會產生抖動的波形。也就是說,即使B點的電壓波形是抖動的,但經雙穩(wěn)態(tài)電路之后,其輸出為正規(guī)的矩形波。這一點通過分析RS觸發(fā)器的工作過程很容易得到