單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)鍋爐液位控制系統(tǒng)

1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣093 姓 名： 任 宇 學(xué) 號(hào)： 200909261 指導(dǎo)教師： 閔永智 評(píng)語(yǔ)：平時(shí)（40）修改（30）報(bào)告（30）總成績(jī)蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2012 年 7月1日單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1引言本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的鍋爐液位控制系統(tǒng)。目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。所以開(kāi)發(fā)研制自動(dòng)化程度高、節(jié)能潛力大、提高安全系數(shù)、減輕環(huán)境污染、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、價(jià)格低的新型測(cè)控裝置意義重大。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的cpu、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件?！皢纹瑱C(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提

2、高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛.工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾強(qiáng).故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、抗千擾能力強(qiáng)1”?！皢纹瑱C(jī)能滿足這些要求，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。使用單片控制鍋爐是很好的選擇2”。2設(shè)計(jì)方案及原理本設(shè)計(jì)是采用8051單片機(jī)為核心芯片,及其相關(guān)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的鍋爐液位控制系統(tǒng),cpu循環(huán)檢測(cè)傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段led顯示示液位高度,檢測(cè)液位等數(shù)據(jù),實(shí)施報(bào)警安全提示,當(dāng)鍋爐液位低于用戶設(shè)定的值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)泵上水,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵。系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測(cè)量鍋爐液位值,通過(guò)單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在led上顯示及輸

3、出控制;根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)關(guān)水泵,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位,需要關(guān)閉閥門。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)原理框圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 a/d轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)adc0809是帶有8為a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯。接線圖如圖2所示：圖2 adc0809與cpu的接線圖3.2 d/a轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)。接線圖如圖3所示：圖3 8051與dac0832接口電路3.3 液位傳感器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的液位傳感器主要是由高亮二極管和光敏三極管所組成的設(shè)備,通過(guò)吸收高亮二極管的光來(lái)測(cè)量液位的高度,

4、在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器adc0809中。光電傳感器框圖如圖4所示: 圖4 光電傳感器框圖圖中，1是光源發(fā)出的光信號(hào)，2是光電器件接受的光信號(hào)。4 軟件的設(shè)計(jì)4.1建模廣義被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為。采樣周期t=0.5s。由傳遞函數(shù)知，。連同零階保持器在內(nèi)的系統(tǒng)廣義被控對(duì)象的函數(shù)：由此可以求出廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)：按照大林算法就是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一節(jié)慣性環(huán)節(jié)，設(shè)t0=0.1s可得: 由上式，d（z）有3個(gè)極點(diǎn)z=1處的的極點(diǎn)不會(huì)引起振鈴現(xiàn)象，所以引起振鈴現(xiàn)象的極點(diǎn)為令z=1，代入上式即可消除振鈴現(xiàn)象，此時(shí)4.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5、如圖5所示：圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.3 simulink仿真大林算法控制系統(tǒng)simulink框圖如圖6所示：圖6 大林算法控制系統(tǒng)simulink框圖設(shè)置采樣周期為0.5s，延遲時(shí)間為0.1s，仿真得到下圖，可以看到，8s以后，經(jīng)過(guò)數(shù)字控制器d(z)的調(diào)整，系統(tǒng)已趨于穩(wěn)定，并且沒(méi)有超調(diào)。4.4 軟件程序流程圖軟件流程圖如圖7所示：圖7系統(tǒng)軟件流程圖4.5 序仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果曲線如圖8所示：圖8 仿真結(jié)果曲線5總結(jié)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是采用液位式傳感器測(cè)量鍋爐液位值,通過(guò)單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在led上顯示及輸出控制;根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)關(guān)水泵,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位,需

6、要關(guān)閉閥門。減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了資源。采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器測(cè)量水位，可有效保證水位的自動(dòng)控制，保證水質(zhì)無(wú)污染，能更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制,測(cè)量溫度時(shí)采取光電耦合器,實(shí)現(xiàn)光電隔離,避免了工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)操控。參考文獻(xiàn)1 劉玉強(qiáng)，劉曉為等.高溫?cái)U(kuò)散爐恒溫區(qū)溫度的自動(dòng)控制.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),19992 曹天汗.單片機(jī)原理與接口技術(shù).第一版.北京:電子工業(yè)出版社,20033 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).第二版.北京:清華大學(xué)出版社,2003附錄單片機(jī)源程序org 0000h ajmp main org 0003h ajmp mainorg 000bh

7、ajmp main org 0013h ajmp main org 001bh ajmp main org 0023h ajmp main org 0030hmain: clr p3.6 mov p0,#0ffh acall ql; mov 3bh ,#95 main1: mov 3bh,#95 acall shuicpm ；水位檢測(cè)子程序 acall baojing ；報(bào)警子程序 acall delay2 ajmp main1; bbb1: mov a,37h add a,#10 clr c subb a,3bh jnc ok2; clr p2.1; mov a,37h add a,#20

8、clr c subb a,3bh jnc ok2 clr p2.1; setb 20h.0 retok2: clr 20h.0 ret水位檢測(cè)主程序這是程序運(yùn)行的主要程序段，主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)adc0809轉(zhuǎn)換器。shuicpm:mov a,p1 anl a,#0fh mov 30h,#0fh ；00001111 cjne a,30h,aaa1 setb p2.0 setb 20h.1 ；setb水位狀態(tài)標(biāo)志位 ajmp out2aaa1: mov 30h,#0eh ；00001110 cjne a,30h,aaa2 setb p2.0 clr 20h.1 ajmp out2aaa2: mov 30

9、h,#0ch ；00001100 cjne a,30h,aaa3 clr 20h.1 clr p2.0 ajmp out2aaa3: mov 30h,#08h ；00001000 cjne a,30h,aaa4 clr p2.0 clr 20h.1 ajmp out2aaa4: mov 30h,#00h ；00000000 cjne a,30h,aaa5 setb p2.0 setb 20h.1 ajmp out2aaa5: setb 20h.2 retout2: clr 20h.2 retbaojing: jb 20h.3,out6 mov a,20h mov 30h,#00h cjne a,30h,out5 ajmp out6out5: setb p3.6 jb 20h.4,out9 setb p0.1out10: jb 20h.2,out11 setb p0.2out12: jb 20h.1,out13 setb p0.3out14: jb 20h.0,out