簡單智能液體加注裝置

1、智能液體加注裝置班級：11班電子信息2班4組小組成員：組長：艾白組員：李明明、楊凱麗、路漫漫、賀蓮花指導教師：高老師摘要本系統(tǒng)采用STC單片機89C52RC作為核心處理芯片，自動注水小車系統(tǒng)的 軟件設計采用高精度的控制算法實現(xiàn)。平板電動小車采用單個步進電機獨立驅 動，控制精度高，穩(wěn)定性好；注水探頭也采用單個步進電機獨立控制， 準確度高; 自動注水裝置由流量計、高度傳感器、滑輪、支架、平板電動小車等構成；另外, 系統(tǒng)采用雙機通信模塊，將平板電動小車行使過程中的注水量、時間、路程、高 度參數(shù)等分段實時傳送，構成了簡單的遠程控制系統(tǒng)。AbstractThe system selects STC mi

2、crocomputer 89C52RC as core process ing chip, automatic filling the car system software design using high precision control algorithm. Electric car using a sin gle plate step motor drive, in depe ndent high control accuracy, good stability; Water injection also selects a single probe stepp ing motor

3、 in depe ndent con trol, high accuracy; Automatic filli ng device by flow meters, highly sen sors, pulley, bracket, flat electric car of; I n additi on, the system with double mach ine com muni cati on module, electric car will be flat in the process of exercise and injected water, time, dista nee,

4、highly parameters, such as section real-time transmission, constitute a simple remote control system.關鍵詞：STC單片機89C52RC步進電機，高度傳感器，流量方案設計與論證根據(jù)題目給定條件，對該系統(tǒng)自動注水過程的特點及其控制特性進行了分 析。分析結果表明該系統(tǒng)為一個精確控制系統(tǒng)， 且在不同的位置需要注入不同的 水量。由于該系統(tǒng)為一個精確控制系統(tǒng)，采用常規(guī)的控制算法精度達不到要求。因 此在軟件設計是采用分段式變參數(shù)控制算法。根據(jù)以上分析，實現(xiàn)系統(tǒng)要求的關鍵技術主要有平板電動小車，電機的選擇 及

5、注水量高精度控制的實現(xiàn)兩個方面， 根據(jù)制作實驗裝置的實際情況， 系統(tǒng)對平 板電動小車的要求應定位精度高、 速度不宜過快， 對注水量有較高的準確度及靈 敏度。為此，分別做了幾種不同的設計方案， 并進行論證。1. 電機類型選擇方案一：使用直流電機。直流電機的特點是速度快， 驅動電路簡單。但是直流電機的位置控制難度大， 難以達到較高的控制精度。方案二：使用步進電機。步進電機是一種將電脈沖信號轉化成相應的角位移 （或線位移）的機電組件， 它的轉角及轉速分別取決于脈沖信號的數(shù)量和頻率。 這一線性關系的存在， 加上 步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點， 使得它可以達到很高的控制精 度，且控制難度要

6、比直流電機小得多。分析兩個方案的優(yōu)、缺點，本系統(tǒng)采用第二種方案。2. 電機驅動電路選擇方案一：采用步進電機專用驅動模塊。 此方案可以為步進電機提供穩(wěn)定的工作電壓和工作電流，而且外圍電路簡 單、元件少、重量輕、控制簡單。方案二：采用 L298N 電機驅動芯片，外圍電路簡單，電路穩(wěn)定相對較差。 比較以上兩種方案，本系統(tǒng)采用方案一。3. 注水量高精度控制。方案一：采用流量計 流量計可以精確地控制水流量，操作簡單，但是只能單方向測量。 方案二：測量水位高度的放法。此方法控制簡單，靈敏度高，但精確度不夠。自制高度傳感器如圖一所示。綜合兩個方案的優(yōu)缺點及題目要求，故基本部分采用方案一，發(fā)揮部分采用基于題目

7、要求及以上分析，本系統(tǒng)主要由平板小車，控制小車設備，水管收 放設備，流量計，高度傳感器，水泵。系統(tǒng)各部分功能如下。 中央處理模塊：采用兩片STC單片機89C52RC作為主從控制器，完成系 統(tǒng)控制功能。 電機驅動模塊：采用兩片ULN2003A及單片機89C52RC作為步進電機驅 動電路。 水泵驅動模塊：采用一片L298N及單片機89C52RC作為水泵驅動電路 高度檢測模塊：采用自制高度傳感器作為高度檢測模塊。 電源模塊：采用7812, ,7809, 7805穩(wěn)壓塊及周邊器件作為電源。 雙機通信模塊：采用兩片STC單片機89C52RC作為發(fā)送機與接收機。 數(shù)碼管顯示模塊：采用開發(fā)板自帶模塊。 聲光

8、報警模塊：采用開發(fā)板自帶蜂鳴器及發(fā)光二極管作為報警模塊。二、理論分析與計算1、理論計算水流量計算方法：采用磁感應、非接觸式的流量計量傳感器，開關量信號 輸出，具有測量精度高、耐溫、耐潮、耐壓（1.75Mpa）等特點，精度為0.2564ml（3900個脈沖/L ），脈沖個數(shù) N，水量V，可推公式： V=N*0.2564ml。4096下降OVCC5VR1.m 1100k Q控制水管高度：采用精度高的步進電機，八拍編碼可達到微細控制， 個編碼轉一圈，電機輪周長10cm，可達到24.4 m的精確度，起始高度H， 編碼數(shù)N，水面高度公式：h=H- N X（ 100/4096）伽高度傳感器：R2-AW68

9、0k Q根據(jù)實際測量水杯內水的電阻值R0為50K200K 歐姆。R3R4AAAWV200 Q2470 Q 剛開始1端電壓為4.36V 當探針伸入水中時，R0與R2并聯(lián)阻值為46.6K154.5K歐，此時1端電 壓為 1.6V3V. 2端電壓為3.5V 通過比較器比較1端和2端的電壓，當探針伸入水之前，比較器輸出為 高電平，當探針伸入水中，比較器電壓為低電平。圖2高度 傳感器原理三、電路與程序設計1、硬件電路設計主控制電路設計STC單片機89C52RC主要完成以下功能： 根據(jù)設定的路線和高度控制步進電機運行 根據(jù)設定控制水泵運行。 計算所有測量數(shù)據(jù)并傳輸給顯示系統(tǒng)。 采集流量計數(shù)據(jù)。 采集高度傳

10、感器數(shù)據(jù)。 接收和發(fā)送主從機控制命令。 控制聲光報警提示 步進電機驅動電路設計I i 4 s3SSSSSS衆(zhòng)圖4步進電機驅動采用步進電機專用驅動模塊 ULN2003A（如圖4所示）28BYJ-48步進電機。 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器 接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個來控制角位移量，從而達到準確定位的目的； 同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的 目的。水泵驅動電路設計IMPUTIIVSdivT水泵OilTraTJONBCURREKTSElCiVtUS

11、LlflE圖5L298電路采用L298作為驅動電路（如圖5所示）高度傳感器及水面報警電路設計何1 Pl *圖6高度傳感器通過傳感器采集到的信號傳遞給比較器，將信號變?yōu)門TL電平，通過單片機控制水位高度及聲光報警。顯示模塊設計RHR15R1R17RRWR2CR218位數(shù)碼管顯示圖7數(shù)碼管按鍵模塊設計S4圖8按鍵電源模塊設計圖9電源雙機通信模塊操作機控制機TXD* RXDRXD醫(yī) 待TXDGND* GND圖10雙機通信2、軟件程序設計流程軟件設計流程圖如圖 11 所示?；静糠止ぷ鬟^程如下： 首先將小車置于 A 杯出，接通電源， 通過控制機發(fā) 送運行參數(shù)及操作指令到操作機， 使其開始工作， 通過按

12、鍵設定水量按注水鍵放 下水管開始注水，注水停止后拉上水管。一次向 B、C、D、E、F 號水杯中加注 水，使水杯中的水達到指定量。加注完成后小車回到 A 號杯位置，并給出聲光報警。發(fā)揮部分工作過程如下：小車回到 A 杯后，繼續(xù)從 A 杯開始通過高度傳感 器，實現(xiàn)加水抽水的過程。 當原杯中有水且水量少于設定的量時， 則只加入所缺 少的部分； 當原杯中有水且水量大于設定的量時， 則從杯中吧多余的水抽走； 當 水桶中的水量少于指定高度時報警。開始四、結果分析本系統(tǒng)經(jīng)過多次測量反復測試后，系統(tǒng)非常穩(wěn)定，采用流量計測量的水量在 誤差范圍內滿足題目要求，能夠精確測量。但是，通過水位高度注水或抽水時， 由于硬

13、件問題，使其誤差較大。流量計測量數(shù)據(jù):組數(shù)次據(jù)、第1組第2組第3組第4組第5組第6組設定值/ ml1.522.533.54實測值/ ml1.51.82.42.83.54誤差/ ml00.20.10.200組數(shù)據(jù)第7組第8組第9組第10組第11組第12組設定值/ ml4.555.566.57實測值/ ml4.455.56.26.67.2誤差/ ml0.1000.2010.2組數(shù)據(jù)第13組第14組第15組第16組第17組第18組設定值/ ml7.588.599 .510實測值/ ml7.68.28.69.29.710.3誤差/ ml0.10.20.10.20.20.3組數(shù)次據(jù)第19組第20組第21

14、組第22組第23組第24組設定值/ ml10.51111.51212.513實測值/ ml10.611.211.512.112.613.2誤差/ ml0.10.200.10.10.2組數(shù)據(jù)、次、第25組第26組第27組第28組第29組第30組設定值/ ml13.51414.51515.516實測值/ ml13.714.214.615.315.616.3誤差/ ml0.20.20.10.30.10.3組數(shù)次 據(jù)第31組第32組第33組第34組第35組第36組設定值/ ml16.51717.51818.519實測值/ ml16.717.117.718.118.819.2誤差/ ml0.20.10.

15、20.10.30.2組數(shù)據(jù)、次，第37組第38組平均誤 差設定值/ ml19.5200.145實測值/ ml19.620.1誤差/ ml0.10.1高度傳感器測量數(shù)據(jù):組數(shù)據(jù)、第1組第2組第3組第4組第5組第6組設定值/ ml468101214實測值/ ml2.5810.41214.316.8誤差/ ml1.522.422.32.8組數(shù)據(jù)第7組第8組第9組平均誤 差設定值/ ml1618202.73實測值/ ml19.22224.4誤差/ ml3.244.4分析系統(tǒng)的測試結果，影響系統(tǒng)性能的因素除電路設計外，主要還有以下幾點: 傳感器的安裝和布局，對其檢測效果的影響很大。 由于水面高度不同，有時產(chǎn)