液位自動(dòng)控制裝置

1、G甲1038 G題液位自動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)者 高少博、杜阿安、賈兆磊賽前輔導(dǎo)老師 姚福安、萬(wàn)鵬院校 山東大學(xué) 專(zhuān)業(yè) 控制科學(xué)與工程學(xué)院 物流工程摘要：本系統(tǒng)裝置是以凌陽(yáng)61單片機(jī)為核心，以鍵盤(pán)和紅外光電對(duì)管為輸入系統(tǒng)，以液晶顯示器、聲光報(bào)警電路及步進(jìn)電機(jī)為輸出系統(tǒng)的液位自動(dòng)檢測(cè)與控制裝置。系統(tǒng)利用連通器原理，將測(cè)儲(chǔ)液瓶的水位高度變?yōu)闇y(cè)與之相連通的管子內(nèi)的水位高度。鍵盤(pán)為單片機(jī)所配置的獨(dú)立式鍵盤(pán)。光電對(duì)管的功能為檢測(cè)連通管內(nèi)浮子的位置，進(jìn)而可知管內(nèi)水位高度即儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)的水位。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光電裝置移動(dòng)。采用凌陽(yáng)61單片機(jī)的RART中斷進(jìn)行主機(jī)與從機(jī)之間的通信。并且當(dāng)儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)液位低于或超出特定值時(shí)聲光報(bào)警

2、電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。關(guān)鍵詞：液位控制，紅外光電對(duì)管，步進(jìn)電機(jī)，SPCE061A,通信。ABSTRACT:This Auto-controlled System witch based on Sunplus 61 MCU device and formed with keyboard ,photovoltaic systems, LCD monitors, sound and light alarm circuit and stepper motor is to achieve the goal of automatic control of the liquid-level. Liquid-le

3、vel detection system forms the output device.The water level of the tube which connect with the bottle of liquid-level detection will be measured. SCM keyboards are configured for stand-alone keyboard. Connected to the control function of the photoelectric detection tube floater position, then we ca

4、n see that the reservoir water level pipe poured the water. Sunplus 61 suspended for using SCM RART between the host and slave .When the reservoir and poured some liquid level below or above the specified value Alarm Circuit issued a warning sound and light signals.KEYWORD: control of liquid-level ,

5、tube of Infrared photo,setpper motor, communications， SPCE061A.目錄一 、方案比較、設(shè)計(jì)及論證41.1 主控制器模塊4方案一：4方案二：4方案三：41.2 液面檢測(cè)模塊及方案4方案一：4方案二：41.3 受液瓶蓄排水系統(tǒng)方案選擇5方案一:5方案二：51.4 鍵盤(pán)方案的選擇5方案一：5方案二：51.5 顯示方案選擇5方案一：5方案二：51.6 系統(tǒng)各模塊的最終方案5二 、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)72.1 主控制器電路的設(shè)計(jì)72.2 紅外光電對(duì)管電路設(shè)計(jì)72.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)82.4 ZLG7289鍵盤(pán)控制電路102.5 顯示模塊1

6、22.6 出水與進(jìn)水模塊電路122.7 聲光報(bào)警模塊13三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)133.1 主機(jī)程序流程設(shè)計(jì)143.2 從機(jī)程序153.4從機(jī)水位控制程序模塊設(shè)計(jì)16四、系統(tǒng)測(cè)試184.1 測(cè)試儀器194.2 性能測(cè)試19水位控制測(cè)試19報(bào)警及異常情況處理檢測(cè)194.3 測(cè)試結(jié)論19五、結(jié)論分析與總結(jié)20參考文獻(xiàn)：20附錄：20一 、方案比較、設(shè)計(jì)及論證1.1 主控制器模塊單片機(jī)作為整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)題目要求，主要作用是對(duì)水位信號(hào)的接受和液晶等顯示部分的數(shù)字信號(hào)處理。對(duì)于中央控制器的選擇我們有以下三種方案：方案一：采用MCS51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)軟件以及硬件

7、調(diào)試器型號(hào)眾多，應(yīng)用廣泛而普遍。但是51系列單片機(jī)RAM,ROM等資源少，外圍模塊少，指令周期長(zhǎng)，運(yùn)算速度較其他RISC指令系統(tǒng)單片機(jī)慢。方案二：采用PIC18F4620單片機(jī)。PIC18F4620采用哈佛結(jié)構(gòu)，以及RISC指令系統(tǒng)單片機(jī)，其具有1K RAM，64K FLASH，豐富的I/O口資源，內(nèi)置A/D，內(nèi)置EEPROM，看門(mén)狗電路，倍頻電路等豐富的外圍模塊，一個(gè)指令周期是四個(gè)機(jī)器周期，運(yùn)算速度快，完全能夠滿足我們的系統(tǒng)要求。但由于其不是主流單片機(jī)，價(jià)格比較高，購(gòu)買(mǎi)不方便，使用不廣泛。方案三：采用凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A。SPCE061A是一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器，其具有指令周期

8、短、運(yùn)算速度快、低功耗、低電壓、可編程音頻處理。內(nèi)置2K字節(jié)SRAM，32K字節(jié)FLASH，SPCE061A有兩個(gè)10位通用的并行I/O口以及其他豐富的外圍模塊。其內(nèi)部具有倍頻電路，16位運(yùn)算以及豐富的RAM資源使其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，另外由于其是凌陽(yáng)公司大學(xué)計(jì)劃的推廣芯片，使用極其方便。1.2 液面檢測(cè)模塊及方案方案一： 采用紅外光電對(duì)管即紅外發(fā)光二極管和接收管組合通過(guò)檢測(cè)漂浮于水面上不透光浮子的方法來(lái)檢測(cè)水面。對(duì)水位的跟蹤方式是由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光電對(duì)管的上升與下降，當(dāng)對(duì)管遇到浮子時(shí)作出電平變換，輸入單片機(jī)，進(jìn)而進(jìn)行處理。以記錄步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)來(lái)計(jì)算水位高度。方案二： 采用使用霍爾元件檢測(cè)水面的帶

9、有磁鐵的浮子來(lái)確定水面位置，霍爾元件由磁性材料和電橋與運(yùn)算放大器構(gòu)成，當(dāng)有磁場(chǎng)通過(guò)霍爾元件內(nèi)部的磁性材料時(shí)，霍爾元件內(nèi)部的電橋平衡被破壞，這樣使運(yùn)算放大器產(chǎn)生輸出變化。此方式需要大量霍爾元件來(lái)事時(shí)監(jiān)控水面位置。結(jié)論：由于要達(dá)到0.3cm的精度，用步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)微小距離的移動(dòng)，帶動(dòng)光偶實(shí)現(xiàn)先天性的高精度，紅外線波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此受可見(jiàn)光的影響較小，同時(shí)紅外系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕，能有效的抗可見(jiàn)光波段的偽裝，對(duì)輔助裝置要求最少，外圍電路簡(jiǎn)單；霍爾元件優(yōu)點(diǎn)是不需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)硬件固定于容器壁，不需要復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，而霍爾元件由于體積限制不能直接通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)此精度，且對(duì)大量信號(hào)需要額

10、外的硬件電路設(shè)計(jì)，故這里采用第一種方案。1.3 受液瓶蓄排水系統(tǒng)方案選擇本設(shè)計(jì)中用2.5升的可樂(lè)瓶作為受液瓶，可供選擇的方案有：方案一: 蓄排水均用電磁閥，此方式根據(jù)“水往低處流”通過(guò)兩電磁閥的開(kāi)關(guān)分別控制水流進(jìn)出。方案二： 用電磁閥和水泵各一個(gè)，水泵價(jià)格便宜，可以相對(duì)減少總體開(kāi)支，系統(tǒng)由水泵供水，電磁閥放水，此方式不需要苛刻的液位差，在實(shí)際生活中更實(shí)用且符合生產(chǎn)生活的實(shí)際情況與應(yīng)用。結(jié)論：考慮到本設(shè)計(jì)中受液瓶位置較高如果采用方案一則外觀看起來(lái)系統(tǒng)龐大，考慮到與實(shí)際的符合情況最終選擇方案二。1.4 鍵盤(pán)方案的選擇 方案一： 采用矩陣式鍵盤(pán)，此種方案硬件制作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本有所降低，且采用矩陣式行

11、列掃描、方式，雖然當(dāng)按按鍵較多時(shí)，可以相對(duì)減少需要的單片機(jī)I/O口的數(shù)目，但在需要雙機(jī)通訊且一主多從的I/O口緊張的電路中太多按鍵的設(shè)置難以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而會(huì)成為對(duì)軟件的擴(kuò)展的瓶頸，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、編程難度較大。 方案二： 采用可編程邏輯芯片來(lái)控制安鍵，此種方法對(duì)軟件要求不高，容易編程，可以使用相對(duì)數(shù)量較多的按鍵，例如ZLG7289A。ZLG7289A是周立功單片機(jī)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描管理芯片，其具有串行接口，可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣，可直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立LED），內(nèi)含去抖動(dòng)電路，單片即可完成LED顯示，鍵盤(pán)接口的全部功能。內(nèi)有譯碼電路，大大簡(jiǎn)化了程序的編寫(xiě)。故其突出優(yōu)

12、點(diǎn)就是采用串口通訊，占用CPU端口少，對(duì)CPU負(fù)載攜帶能力要求低，使主控單片機(jī)實(shí)現(xiàn)更為關(guān)鍵的控制功能。結(jié)論：本設(shè)計(jì)中鍵盤(pán)輸入只是整個(gè)控制系統(tǒng)功能的一小部分，其作用只是命令輸入，不應(yīng)該占用太多單片機(jī)有限的I/O口線資源。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用第二方案可以實(shí)現(xiàn)控制電路的較復(fù)雜的人機(jī)交互模式，故采用方案二。1.5 顯示方案選擇方案一： 采用數(shù)碼管顯示液位，數(shù)碼管價(jià)格低廉，但要實(shí)現(xiàn)數(shù)量較多的數(shù)碼管的顯示需要比較復(fù)雜的硬件電路，且對(duì)輸出內(nèi)容有很大限制。方案二： 采用OCMJ4X8C液晶可以實(shí)現(xiàn)事實(shí)圖示輸出，有很好的界面，且由于已經(jīng)集成漢字，可以通過(guò)簡(jiǎn)單編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多樣的顯示。結(jié)論：由于題目中要

13、求一多從的控制方式，數(shù)碼管顯示各個(gè)從機(jī)狀態(tài)時(shí)不會(huì)直觀的表達(dá)，在考慮到硬件與編程情況選擇液晶。1.6 系統(tǒng)各模塊的最終方案通過(guò)以上的分析與論證，決定了各模塊的最終方案列舉如下。（1）中央控制模塊： 采用凌陽(yáng)16位單片機(jī)控制；（2）液位測(cè)量： 采用紅外光電對(duì)管和步進(jìn)電機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量；（3）出水與進(jìn)水模塊： 采用水泵進(jìn)水，電磁閥出水；（4）水位設(shè)定模塊：采用ZLG7289做鍵盤(pán)輸入。（5）顯示模塊：采用LCD液晶顯示。 通過(guò)上面具體方案分析及確定下來(lái)的方案可以設(shè)計(jì)如下圖所示總的系統(tǒng)工作框圖：位置數(shù)據(jù)命令液位數(shù)據(jù)從SPCE061A步進(jìn)電機(jī)LCD顯示鍵盤(pán)主SPCE061A其他從機(jī)電磁閥光電對(duì)管LC

14、D顯示U型管內(nèi)水位SPCE061A的UART通訊協(xié)議電壓信號(hào)聲光報(bào)警水泵水位下降水位上升圖(1) 主機(jī)設(shè)定各個(gè)從機(jī)部分的水位數(shù)據(jù)，具體控制方法幾內(nèi)容由各從機(jī)控制。主機(jī)對(duì)各個(gè)從機(jī)返回的液位信息進(jìn)行處理，以圖表的形式顯示于LCD上，液位數(shù)據(jù)由與主機(jī)相連的鍵盤(pán)輸入，并且可以選擇對(duì)具體從機(jī)進(jìn)行事時(shí)監(jiān)控。 與從機(jī)相接的LCD顯示其從機(jī)所控制部分的水位信息。從機(jī)通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)控制出水，通過(guò)控制水泵開(kāi)關(guān)來(lái)控制進(jìn)水。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)跟蹤水位信息，對(duì)光電管返回的電壓信號(hào)作出對(duì)應(yīng)反應(yīng)。二 、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 主控制器電路的設(shè)計(jì)主控制單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖（2）所示。單片機(jī)接收從鍵盤(pán)輸入的從機(jī)編碼和

15、液位數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行通訊，從機(jī)選擇自己的數(shù)據(jù)，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)和水泵、電磁閥，完成各項(xiàng)功能。SPCE061A最小系統(tǒng)電路如圖（2）所示。圖（2）2.2 紅外光電對(duì)管電路設(shè)計(jì) 光電對(duì)管是測(cè)量水面的關(guān)鍵元件，由于發(fā)射接受間的距離比較短，所以采用一般的發(fā)射接受管即可，但為了確保精確，必須有妨止干擾的附加措施，如給光電管加上不透光錫紙筒，發(fā)射與接受對(duì)準(zhǔn)確。圖（3）光電管的電路圖設(shè)計(jì)。三個(gè)PORT端口分別是發(fā)射管的信號(hào)輸出（接收到發(fā)射管的紅外線信號(hào)為低電平，反之為高），設(shè)計(jì)為三對(duì)紅外光電對(duì)管是因?yàn)檫@樣就可以預(yù)先知道水位的方位，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行快速正確驅(qū)動(dòng)。 應(yīng)當(dāng)注意的點(diǎn)是，SPCE061A單片機(jī)必須和觀點(diǎn)管

16、共地。圖（3）2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)與光電管共同組成水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，其在此系統(tǒng)中對(duì)測(cè)量精度有著重要的影響。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序：通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-CD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷，工作原理如圖(4)。為了增大步進(jìn)電機(jī)的扭力矩，我們是按AB-BC-CD-DA順序進(jìn)行控制。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向：如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度：如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)

17、再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)速。 (4)在本系統(tǒng)中用步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位來(lái)計(jì)算電機(jī)帶動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)過(guò)的距離進(jìn)而求得液位高度。就體方法是：測(cè)量出連接在電機(jī)軸上小輪的周長(zhǎng)，步進(jìn)一步是1.8度，那么一個(gè)周期是兩步，測(cè)轉(zhuǎn)過(guò)的距離為L(zhǎng)，其計(jì)算公式為：Ln×s (n為周期數(shù)，s為步進(jìn)電機(jī)每個(gè)周期轉(zhuǎn)過(guò)的距離)。AB5V驅(qū)動(dòng)繼電器CD圖（4）本系統(tǒng)中通過(guò)軟件對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序（圖4）要求，SPCE061A單片機(jī)的四個(gè)I/O口發(fā)送控制信號(hào)，共同控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與角度。通過(guò)圖(5)所示電路進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

18、圖（5）2.4 ZLG7289鍵盤(pán)控制電路鍵盤(pán)電路采用ZLG7289鍵盤(pán)掃描專(zhuān)用芯片。 7289芯片引腳如圖(6)所示。標(biāo)準(zhǔn)的鍵盤(pán)顯示應(yīng)用電路如圖(7)所示。ZLG7289最多可掃描64個(gè)按鍵，實(shí)際應(yīng)用中，我們只用到了24個(gè)左右的按鍵就已經(jīng)滿足系統(tǒng)的輸入和控制需求。圖（6）圖（7）2.5 顯示模塊顯示模塊采用OCMJ2X10C_3液晶顯示器。該液晶模塊既有串行接口又有并行接口，外形小巧等特點(diǎn)。為了是占用的I/O口數(shù)少，系統(tǒng)開(kāi)始使用串口，但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于顯示的圖片占用太多處理時(shí)間，可能影響到時(shí)時(shí)檢測(cè)的精度，最終選擇并口通信。此模塊接口資料如圖(8)所示圖(8)2.6 出水與進(jìn)水模塊電路 由于水

19、泵是12V電壓，電磁閥是24V電壓，所以兩者都不能直接用單片機(jī)控制，而只能用繼電器控制?？刂齐娐房驁D如圖(9)所示。12V直流電源24V直流電源5V驅(qū)動(dòng)繼電器水泵 電磁閥 圖（9）2.7 聲光報(bào)警模塊圖(10)電路如圖(10)。當(dāng)液位高于25cm時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使V2出現(xiàn)高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警裝置，蜂鳴器發(fā)出響聲。三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)題目中要求所測(cè)液位誤差控制在3毫米內(nèi)，因此本液位檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的精確度要求相當(dāng)高，雖然步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)紅外光電管位置提供準(zhǔn)確定位，但該設(shè)計(jì)中硬件部分中的滑輪以及浮子的大小產(chǎn)生誤差的消除很難由硬件消除。只能在軟件部分將誤差減到最小。而軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是算法，算

20、法的優(yōu)劣直接決定著系統(tǒng)的精確度。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在nSP單片機(jī)開(kāi)發(fā)仿真環(huán)境IDE中，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言具有很多優(yōu)點(diǎn)，如代碼清晰易讀，易形成模塊化，編程及調(diào)試的時(shí)間減少，大大縮短開(kāi)發(fā)周期，明顯增加軟件可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。設(shè)計(jì)中主機(jī)控制從機(jī)，涉及到單片機(jī)之間的通訊，本系統(tǒng)軟件的通訊協(xié)議也是應(yīng)用c語(yǔ)言編寫(xiě)的。3.1 主機(jī)程序流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能選擇系統(tǒng)操作說(shuō)明系統(tǒng)信息查詢從機(jī)號(hào)選擇操 作 與 一 號(hào) 機(jī) 相 同 ， 故 省 略一號(hào)機(jī)水位(重)查詢水位調(diào)整從機(jī)狀態(tài)查詢從機(jī)歷史記錄查詢警報(bào)信息處理初始化 圖（11） 主機(jī)程序框圖系統(tǒng)啟動(dòng)后，主機(jī)控制所選擇的從機(jī)并接收

21、由從機(jī)返回的信息。3.2 從機(jī)程序有無(wú)向主機(jī)傳送水面高度和從機(jī)號(hào)大于小于初始化測(cè)量水面高度是否按鍵設(shè)定水面高度開(kāi)關(guān)水泵、電磁閥傳送從機(jī)信息手動(dòng)接觸報(bào)警系統(tǒng)重啟設(shè)定值與測(cè)量值比較放水抽水 圖（12） 從機(jī)程序框圖初始化之后，從機(jī)控制光電對(duì)管搜尋浮子的位置來(lái)確定液面的初始高度，當(dāng)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定液面的高度后，從機(jī)將對(duì)設(shè)定值和初始值比較，若設(shè)定值比初始值大，則開(kāi)啟水泵給受液瓶蓄水與此同時(shí)從機(jī)還控制滑輪將光電對(duì)管送至設(shè)定值處。當(dāng)液面上升至設(shè)定值時(shí)，光電對(duì)管將檢測(cè)到浮子，從機(jī)控制水泵停止蓄水。當(dāng)設(shè)定值比初始值小時(shí)，從機(jī)控制電磁閥排水。 若液面高度低于2cm或高于25cm時(shí)，從機(jī)將啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)

22、停止其他部分的工作，若按下復(fù)位鍵則停止警報(bào)，液面恢復(fù)到初始值。若復(fù)位鍵不被按下則警報(bào)在30秒后自動(dòng)消除，液面恢復(fù)到初始值。3.4 從機(jī)水位控制程序模塊設(shè)計(jì)在水位控制時(shí)需要首先找到水面的位置，并對(duì)對(duì)管進(jìn)行定位。由于采用三對(duì)紅外光電對(duì)管的設(shè)計(jì)，能夠?qū)λ贿M(jìn)行預(yù)測(cè)從而提高精度的同時(shí)加大了定位的復(fù)雜化。此設(shè)計(jì)由于光電管的位置隨機(jī)所以先是光電管由上到下掃描，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的距離小于25厘米,硬件上光電對(duì)管升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)為能夠?qū)崿F(xiàn)上邊界“活性定位程”當(dāng)光電裝置上升或下降到最低點(diǎn)時(shí)停止移動(dòng)時(shí)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不影響硬件電路和機(jī)械裝置。圖(13)所示是此程序過(guò)程的流程圖。否1管（頂端）2管是3管（底端）初始化光電管電壓是否

23、變化，電機(jī)是否轉(zhuǎn)過(guò)25cm電機(jī)由上到下掃描浮子哪個(gè)光電管電機(jī)減速2管電壓變化時(shí)電機(jī)停止電機(jī)停止電機(jī)停止并向上電機(jī)停止并向上2管電壓變化時(shí)繼續(xù)向上移動(dòng)浮子高度的距離，并停止計(jì)算并向主機(jī)發(fā)送高度向上轉(zhuǎn)動(dòng)25cm，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)置零圖(13)在開(kāi)始找到水面位置后，從機(jī)就可以只進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送工作，當(dāng)接受到主機(jī)的控制設(shè)定信號(hào)后就進(jìn)行具體的水位升降控制，光電管部分不對(duì)及其步進(jìn)電機(jī)不對(duì)設(shè)定的水位作出反應(yīng)，而只檢查水位是否變化。具體流程圖如圖(14)所示。有無(wú)大 小 與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換接受到水位高度數(shù)據(jù)，并與初始值進(jìn)行比較打開(kāi)水泵水面變化后出發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，電機(jī)向下轉(zhuǎn)1管（頂端）2管3管（底端）哪個(gè)光電管

24、電機(jī)向下直到2管電壓變化比較現(xiàn)在水位于設(shè)定水位如果相等，離開(kāi)中斷程序電機(jī)向上直到2管電壓變化無(wú)圖(14)水位變化后液晶顯示的流程圖：注：初始化的內(nèi)容是把程序原有的與基準(zhǔn)水位對(duì)應(yīng)的圖調(diào)入，顯示在屏幕上。主機(jī)對(duì)從機(jī)的水位歷史記錄查詢：（主機(jī)子功能流程圖，如圖(15)）N查詢歷史記錄按鍵按下數(shù)據(jù)收集完成顯示數(shù)據(jù)尚未收集完畢顯示數(shù)據(jù)的變化的曲線圖Y圖(15)為了增加系統(tǒng)水位的歷史查看功能，設(shè)計(jì)了水位歷史變化功能，其程序流程圖如圖(16).Y初始化水位變化超過(guò)一厘米Y升高畫(huà)面中水位上移一個(gè)像素NN畫(huà)面中水位下降一個(gè)像素圖(16)四、系統(tǒng)測(cè)試為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度，我們對(duì)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)進(jìn)行

25、了實(shí)際測(cè)試。按照題目的要求將系統(tǒng)安裝好。4.1 測(cè)試儀器 萬(wàn)用表，毫米刻度尺，游標(biāo)卡尺，4.2 性能測(cè)試4.2.1 水位控制測(cè)試 系統(tǒng)初始化后，通過(guò)鍵盤(pán)分別設(shè)定液面高度為4cm、8.3cm、12.6cm、16cm、20.1cm、25.5cm，檢測(cè)受液瓶?jī)?nèi)的實(shí)際液面高度，測(cè)試兩次。（注：正負(fù)知道表高低，比設(shè)定值高為正。）設(shè)定液面（cm）4.07.39.615.720.124.0平均誤差實(shí)際液面1（cm）3.737.559.7715.8919.6723.76誤差（cm）0.270.250.170.190.430.240.25實(shí)際液面2（cm）3.697.669.3215.4619.7024.32誤

26、差（cm）0.310.330.280.190.310.320.29表（1）平均誤差總誤差和/測(cè)量次數(shù)0.2742(cm) ，小于題目要求的0.3cm的要求。兩次相同設(shè)定中，實(shí)際水位的高低屬于隨機(jī)分布，切實(shí)際水位高與低的可能性相等，可以得出浮子對(duì)光電管的檢測(cè)所帶來(lái)的誤差很小，沒(méi)有硬性的硬件原理的錯(cuò)誤。 4.2.2 報(bào)警及異常情況處理檢測(cè)設(shè)定液面高度為2cm 、25cm檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)以及復(fù)位鍵能否正常工作。液位設(shè)置(cm)1.31.51.71.92.02.12.22.3是否報(bào)警是是是否是是否否表（2）外部人為設(shè)定液位24.024.925.025.5是否報(bào)警否是否是能否排水到20cm否是是是表（3）為

27、了測(cè)試系統(tǒng)處理異常情況的能力，我們通過(guò)人為的加水和放水進(jìn)行測(cè)試：當(dāng)給蓄水瓶中加水或排水時(shí)，聯(lián)通器內(nèi)水面變化，步進(jìn)電機(jī)會(huì)快速作出反應(yīng)，進(jìn)行水位跟蹤。 從表（2）和表（3）的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，如果排除水位檢測(cè)方面的誤差，報(bào)警模塊及異常水位的處理是可以正常而準(zhǔn)確工作的。4.3 測(cè)試結(jié)論 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能： 1通過(guò)鍵盤(pán)選擇從機(jī)，并設(shè)定水位，發(fā)送控制字與內(nèi)容給從機(jī)； 2檢測(cè)從機(jī)狀態(tài)，并作出對(duì)應(yīng)處理，如重啟從機(jī)；3主從機(jī)都以圖形的方式顯示水位數(shù)據(jù)；4從機(jī)每隔4/1秒給主機(jī)發(fā)送水位信息；5從機(jī)時(shí)時(shí)檢測(cè)水位變化并作出對(duì)應(yīng)操作；6對(duì)異常情況聲光報(bào)警；五、結(jié)論分析與總結(jié)本系統(tǒng)以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A為控制核心，利用電子技