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(dǎo)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(shè)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(qū)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(zhǔn)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(gòu)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(gòu)成了簡單的遠程控制系統(tǒng)。AbstractThe system selects STC mi

2、crocomputer 89C52RC as core processing chip, automatic filling the car system software design using high precision control algorithm. Electric car using a single plate step motor drive, independent high control accuracy, good stability; Water injection also selects a single probe stepping motor inde

3、pendent control, high accuracy; Automatic filling device by flow meters, highly sensors, pulley, bracket, flat electric car of; In addition, the system with double machine communication module, electric car will be flat in the process of exercise and injected water, time, distance, highly parameters

4、, such as section real-time transmission, constitute a simple remote control system.關(guān)鍵詞：STC單片機89C52RC，步進電機，高度傳感器，流量計一、 方案設(shè)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(jié)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(shè)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(guān)鍵技術(shù)主要有平板電動小車，電機的選擇及注水量高精度控制的實現(xiàn)兩個方面，

5、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(yīng)定位精度高、速度不宜過快，對注水量有較高的準(zhǔn)確度及靈敏度。為此，分別做了幾種不同的設(shè)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(qū)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(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移（或線位移）的機電組件，它的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速分別取決于脈沖信號的數(shù)量和頻率。這一線性關(guān)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。

6、2. 電機驅(qū)動電路選擇方案一：采用步進電機專用驅(qū)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(qū)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。水杯銅絲導(dǎo)線圖1 高度傳感器綜合兩個方案的優(yōu)缺點及題目要求，故基本部分采用方案一，發(fā)揮部分采用方案二?；陬}目要求及以上分析，本系統(tǒng)主要由平板小車，控制

7、小車設(shè)備，水管收放設(shè)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(qū)動模塊：采用兩片ULN2003A及單片機89C52RC作為步進電機驅(qū)動電路。 水泵驅(qū)動模塊：采用一片L298N及單片機89C52RC作為水泵驅(qū)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

8、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(yīng)、非接觸式的流量計量傳感器，開關(guān)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?？刂扑芨叨龋翰捎镁雀叩牟竭M電機，八拍編碼可達到微細控制， 4096個編碼轉(zhuǎn)一圈，電機輪周長10cm，可達到24.4m的精確度，起始高度H，下降編碼數(shù)N，水面高度公式：h=HN×（1004096）。高度傳感器： 根據(jù)實際測量水杯內(nèi)水的電阻值R0為50K200K歐姆。 剛開始1端電壓為4.36V 當(dāng)探針伸入水中時，

9、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(dāng)探針伸入水之前，比較器輸出為高電平，當(dāng)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(shè)計 1、硬件電路設(shè)計 主控制電路設(shè)計 圖3 單片機最小系統(tǒng)STC單片機89C52RC主要完成以下功能： 根據(jù)設(shè)定的路線和高度控制步進電機運行。 根據(jù)設(shè)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(qū)動電路設(shè)計 圖4 步進電機驅(qū)動采用步進電機專用驅(qū)動模塊UL

10、N2003A（如圖4所示）28BYJ-48步進電機 。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)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(zhǔn)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 水泵驅(qū)動電路設(shè)計 圖5 L298電路采用L298作為驅(qū)動電路（如圖5所示） 高度傳感器及水面報警電路設(shè)計圖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(shè)計圖7 數(shù)碼管 按鍵模塊設(shè)計圖8

11、按鍵 電源模塊設(shè)計圖9 電源 雙機通信模塊TXDRXDRXDTXDGNDGND操作機控制機 圖10 雙機通信2、軟件程序設(shè)計流程軟件設(shè)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，通過按鍵設(shè)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(dāng)原杯中有水且水量少于設(shè)定的量時，則只加入所缺少的部分；當(dāng)原杯中有水且水量

12、大于設(shè)定的量時，則從杯中吧多余的水抽走；當(dāng)水桶中的水量少于指定高度時報警。開始 初始化判 斷 階 段前進檢測到水杯提示設(shè)定水量注水是否第六個杯聲光提示返回第一個杯Y第一階段前進檢測到水杯提示第二階段設(shè)定水量注水或吸水是否第六個水杯N返回起點聲光提示完成 YN發(fā)揮部分基本部分圖11 流程圖四、結(jié)果分析 本系統(tǒng)經(jīng)過多次測量反復(fù)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(nèi)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，由于硬件問題，使其誤差較大。流量計測量數(shù)據(jù)：組次數(shù)據(jù)第1組第2組第3組第4組第5組第6組設(shè)定值ml1.522.533.54實測值ml1.51.82.42.83.5

13、4誤差ml00.20.10.200組次數(shù)據(jù)第7組第8組第9組第10組第11組第12組設(shè)定值ml4.555.566.57實測值ml4.455.56.26.67.2誤差ml0.1000.2010.2組次數(shù)據(jù)第13組第14組第15組第16組第17組第18組設(shè)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組次數(shù)據(jù)第19組第20組第21組第22組第23組第24組設(shè)定值ml10.51111.51212.513實測值ml10.611.211.512.112.613.2誤差ml0.10.200.10.10.2組次數(shù)據(jù)第25組第2

14、6組第27組第28組第29組第30組設(shè)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組次數(shù)據(jù)第31組第32組第33組第34組第35組第36組設(shè)定值ml16.51717.51818.519實測值ml16.717.117.718.118.819.2誤差ml0.20.10.20.10.30.2組次數(shù)據(jù)第37組第38組平均誤差設(shè)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)：組次數(shù)據(jù)第1組第2組第3組第4組第5組第6組設(shè)定值ml468101214實測值ml2.5810.41214.316.8誤差ml1.522.422.32.8組次數(shù)據(jù)第7組第8組第9組平均誤差設(shè)定值ml1618202.73實測值ml19.22224.4誤差ml3.244.4分析系統(tǒng)的測試結(jié)果，影響系統(tǒng)性能的因素除電路設(shè)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