【基于Labview的液位檢測處理系統(tǒng)3200字（論文）】

目錄TOC\o"1-2"\h\u6178摘要 113574一、引言 128893二、總體設(shè)計 22882三、硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 3521（一）數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計 331935（二）上位機與單片機通信電路設(shè)計 47342（三）鍵盤及復(fù)位電路設(shè)計 517688（四）電源電路 6摘要液位作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要指標(biāo)之一，需要隨時進行準(zhǔn)確的測量和控制。根據(jù)實驗室級測試處理設(shè)備，利用單片機和Labview設(shè)計了一個水平測試處理系統(tǒng)。我們利用單片機硬件電路對現(xiàn)場信號進行處理，實現(xiàn)測量和轉(zhuǎn)換，包括顯示電路、鍵盤和復(fù)位電路、報警電路、功率整流電路設(shè)計等。在上位機系統(tǒng)中，我們可以實現(xiàn)電平設(shè)置、監(jiān)控、調(diào)壓等功能，在Labview的幫助下顯示和記錄功能。此外，系統(tǒng)測試結(jié)果良好。關(guān)鍵詞：Labview、MCU、RS-485、液位檢測、數(shù)據(jù)采集引言生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪械膯栴}越來越多地涉及到液位控制和處理。例如，在飲料生產(chǎn)、食品加工、化工生產(chǎn)、污水凈化等方面，都可以使用儲液池，并且對儲液池中液體的高度控制要求更為精確。水太多會導(dǎo)致不必要的浪費，但水太少則達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在許多情況下，即使測量相對誤差很小，也會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，為了保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，必須有正確的控制器自動調(diào)節(jié)儲液池中液體的流量，使液位保持在正常水平。美國NI公司開發(fā)了Labview軟件。通過圖形編程的方式，用戶可以輕松靈活地完成所需的系統(tǒng)。目前，Labview因其易于掌握、操作方便等特點，在工業(yè)生產(chǎn)、實驗室操作、學(xué)術(shù)研究等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它建立在數(shù)量龐大、功能強大的函數(shù)庫中，可以為用戶提供更多的程序功能。同時可以滿足數(shù)據(jù)采集卡和RS-485、RS-232協(xié)議硬件的功能要求。此外，通過Labview的使用，可以使編程過程更加方便。我們可以把這些不同背景下的實際問題簡化為液位控制和處理問題。在工業(yè)控制過程中，液位是一個非常重要的參數(shù)。實驗室級測試處理設(shè)備和液位控制設(shè)備由傳統(tǒng)的模擬儀表控制。只有用計算機代替實驗室設(shè)備進行水平處理，才能對研究性實驗進行進一步的探索。虛擬儀器VI作為一個與硬件模塊、計算機平臺和測試軟件開發(fā)相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)，在世界范圍內(nèi)發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)水平檢測中。液位作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要指標(biāo)之一，需要隨時進行準(zhǔn)確的測量和控制。以前使用的方法是人工放置定時液位監(jiān)控，并根據(jù)液位計測量指示值和設(shè)定值之間的差異來控制開關(guān)閥。但這樣會產(chǎn)生誤讀和錯誤，缺乏實時性，無法很好地應(yīng)對緊急情況。本文將設(shè)計一套實時、自動液位控制監(jiān)控系統(tǒng)，并充分引入虛擬儀器的概念。并使監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰、概念簡單。本文研究的是基于Labview控制平臺，由單片機控制的智能實時液位檢測處理系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容有兩個方面：一是硬件設(shè)計，本硬件設(shè)計部分包括液位數(shù)據(jù)測量的顯示電路、鍵盤及復(fù)位電路、報警電路、功率整流電路設(shè)計等。另一方面是Labview平臺，用于液位數(shù)據(jù)的實時顯示、處理操作，等。第2節(jié)介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計。第三部分介紹了硬件設(shè)計。第四部分介紹了基于Labview的液位系統(tǒng)的詳細設(shè)計步驟。第五部分對全文進行總結(jié)?？傮w設(shè)計圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在硬件平臺設(shè)計中，應(yīng)滿足以下要求：以測量精度為充分考慮，選擇滿足要求精度的硬件。嚴格控制硬件生產(chǎn)成本，確保系統(tǒng)的資金投入低于其他產(chǎn)品。在設(shè)計過程中，我們可以使用模塊化思想，包括三個方面：機械結(jié)構(gòu)、上位機和下位機，如圖1所示隨著液位的變化，我們將液位高度的變化轉(zhuǎn)化為輸入的物理信號，然后將該信號轉(zhuǎn)化為編碼器，并將物理信號轉(zhuǎn)化為電信號。并將下位機處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際液位高度，在上位機的幫助下實現(xiàn)顯示和報警。硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計圖2：硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件可分為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和單片機處理單元、鍵盤復(fù)位單元、報警單元和顯示單元。在每種設(shè)計中，微控制器都是保證系統(tǒng)運行的核心。我們應(yīng)該根據(jù)實際情況和課題的具體要求做出選擇，這次我們選擇STC89單片機。它是一種新型的51單片機，具有功耗低、抗干擾能力強、電壓范圍寬等特點。對復(fù)位電路、電源電路和時鐘電路進行特殊處理，防止人為影響。同時，為電源和接地引腳的每個輸入和輸出端口做一些保護。在數(shù)據(jù)采集單元中，我們選擇了德國海德漢公司設(shè)計生產(chǎn)的絕對式編碼器ROQ425多旋轉(zhuǎn)編碼器，以盡量減少信號采集形式的誤差，滿足精度要求。該轉(zhuǎn)換器的動作電壓為5v，輸出代碼為格雷碼，采用純二進制，最大機器轉(zhuǎn)速為每分鐘10000轉(zhuǎn)。在上位機系統(tǒng)中，安裝Labview系統(tǒng)，基于虛擬儀器的模擬、監(jiān)控和顯示功能，可以實時監(jiān)控、報警和顯示液位。數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計圖3：數(shù)據(jù)采集電路由于編碼器ROQ425的輸出信號符合RS-485協(xié)議，因此需要將其轉(zhuǎn)換為信號作為單片機的輸入。有很多芯片可以完成這種轉(zhuǎn)換，通?？梢苑譃閮深悾喝p工和半雙工。從編碼器讀取序列圖可知，數(shù)據(jù)的輸出在時鐘信號下降沿進行轉(zhuǎn)換，在時鐘信號上升沿進行傳輸。因此，我們選擇了全雙工轉(zhuǎn)換芯片。我們選擇了MAX491芯片，這是一種用于RS-485和RS-422通信的低功耗收發(fā)器。該芯片包含一個驅(qū)動器和一個接收器；而且，它的傳輸速率可以達到2.5Mbps。數(shù)據(jù)采集電路圖如圖3所示。上位機與單片機通信電路設(shè)計MAX485是一種應(yīng)用廣泛的接口型芯片，更像是RS-422和RS-485通信的收發(fā)器。它的結(jié)構(gòu)非常簡單；每個組件包含一個驅(qū)動器和一個接收器。MAX485可以以2.5Mbps的傳輸速度正常工作，其優(yōu)點之一是不受驅(qū)動程序的限制。MAX485的功能之一是將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平。其額定電流為300μA，額定電壓為5v。并使用半雙工作為通信方式。我們只使用單芯片的一個引腳，但控制MAX485的兩個引腳。由其工作模式?jīng)Q定，一個輸入信號不僅可以接收信息，還可以發(fā)送信息。由于MAX485半雙工工作模式，這種情況可以實現(xiàn)。它必須接收和發(fā)送差分信號端，分別是A端和B端。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)為1時，此時A端的電平高于B端。另一方面，當(dāng)發(fā)送結(jié)果為0時，A端低于B端。為了構(gòu)造MAX485線性拓撲網(wǎng)絡(luò)，需要設(shè)置兩個終端匹配電阻，其電阻等于電纜的傳輸特性阻抗，這里我們選擇120的電阻。此外，為了提高節(jié)點的可靠性，輸出模塊還需要配置上拉電阻和下拉電阻。但在本課題中，距離較短，波特率較低，結(jié)合實際情況的限制，在設(shè)計中可以忽略這些因素的影響。圖4：MAX485通信電路用MAX485芯片設(shè)計的通信電路如圖4所示。將使能端的輸入/輸出分別放在與單片機串行輸入/輸出相連的兩端，可以使P14對MAX485的使能端進行有效控制。為了提高MAX485的可靠性，防止芯片在空閑狀態(tài)下丟失網(wǎng)絡(luò)故障保護，需要配置上拉電阻和下拉電阻。此外，將MAX485的A和B分別放在與R13和R8相連的兩端。鍵盤及復(fù)位電路設(shè)計圖5：鍵盤和復(fù)位電路鍵盤電路作為單片機的一種手動操作方式，對單片機的命令控制和數(shù)據(jù)輸入有著非常重要的意義。因為它可以作為一對一的獨立鑰匙，直接對單片機進行控制。在與單片機的交互過程中，我們采用程序掃描查詢的方式來檢查電平。當(dāng)按下按鈕時，相應(yīng)的I/O端口呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，相反，它呈現(xiàn)高電平狀態(tài)。我們基于這種獨立類型的鍵盤接口形式設(shè)計了鍵盤電路，如圖5所示。在圖中，P12和P13可以選擇電平的上限和下限模式，并確認按下按鈕。初始化后進入測量程序。P10和P11起到調(diào)節(jié)顯示的作用，以實現(xiàn)液位限制設(shè)置。由于機械開關(guān)會在開關(guān)中產(chǎn)生延遲，我們應(yīng)該采取一些其他措施來減少延遲造成的影響。在設(shè)計復(fù)位電路設(shè)置時，我們不僅使用了按鍵復(fù)位，還使用了電復(fù)位。按5鍵，74LD04的輸入為低電平，復(fù)位引腳顯示為高電平，完成復(fù)位后。同樣，在通電時，C5不充電，顯示為低電平，然后使SCM重置引腳顯示為高電平，經(jīng)過一段時間后變?yōu)榈碗娖剑瓿芍刂煤?。電源電路每個芯片都有電壓的使用范圍；高電壓會使元件受到不同程度的影響，不嚴重的話會使結(jié)果不準(zhǔn)確，嚴重的話會損壞元件，所以功率整流電路是非常必要的。通常原始電壓為220vAC；通過線圈的電壓分別為7v和15v。通過整流器和電容器的濾波器將電壓傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)塊，從而得到未確定