液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：系別：專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2010年12月PAGEPAGE1目錄1概述 12設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求 22.1基本功能 22.2系統(tǒng)硬件總體方案 22.3系統(tǒng)軟件總體方案 23控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 33.1系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì) 33.2硬件 43.2.1核心芯片8051單片機(jī) 43.2.2液位傳感器設(shè)計(jì) 53.2.3光電式傳感器的基本特性 63.2.4ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器 93.2.5鍵盤及顯示接口 103.2.6自動(dòng)報(bào)警電路 113.3系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 123.3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖 123.3.2水位檢測的主程序 134設(shè)計(jì)體會(huì) 16參考文獻(xiàn) 17基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)1概述液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對(duì)容器內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對(duì)窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。液位控制一般指對(duì)某一液位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度。液體的液位的自動(dòng)控制,是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,微機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢:1)直觀而集中的顯示各運(yùn)行參數(shù),能顯示液位狀態(tài)。2)在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù),可以方便的改變液位的上限、下限。3)具有水體控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、安全性綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來,性能不斷提高和完善,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。一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強(qiáng),利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn),因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,使用單片機(jī)控制液體液位是很好的選擇。目前我國在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成績,總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn),但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期,經(jīng)調(diào)查,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法,數(shù)年來這方面的研究的論文較多,著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。在上海,新型的單片機(jī)測控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚,在生產(chǎn)過程中需要新型的測控裝置與系統(tǒng),因此在不斷的努力研究與開發(fā)。上海的工程技術(shù)研究人員更著重的是生產(chǎn)實(shí)際研究,對(duì)理論、算法和成果的論文較少;深圳在研制新型的測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就,盡管與其他國家比較尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特點(diǎn)就是實(shí)際,與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本不去考慮,主要考慮選取什么材料,測控什么物理量,優(yōu)點(diǎn)是什么,與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)水體液位控制具有較高的實(shí)用價(jià)值和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器測量水位，可有效保證水位的自動(dòng)控制，能更好地對(duì)水體水位進(jìn)行自動(dòng)化控制,避免了工作人員在現(xiàn)場進(jìn)行檢測操控,方便了人員對(duì)液位系統(tǒng)的控制,控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性價(jià)比，應(yīng)用前景廣，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文就是采用8051單片機(jī)為核心芯片的一種水體水位控制系統(tǒng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。本系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)相比大大降低了使用成本,提高了控制運(yùn)行速度。根據(jù)仿真模擬運(yùn)行的結(jié)果表明,該系統(tǒng)能很好的運(yùn)行,將液位控制在給定的范圍內(nèi),對(duì)過高和過低進(jìn)行安全報(bào)警,穩(wěn)定性能好,容易操作和控制,保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。2設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求2.1基本功能本設(shè)計(jì)是采用8051單片機(jī)為核心芯片,及其相關(guān)硬件來實(shí)現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng),在用液位傳感器測液位的同時(shí),CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測液位數(shù)據(jù),實(shí)施報(bào)警安全提示,當(dāng)水體液位低于用戶設(shè)定的值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)打開泵上水,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵或打開排水泵。2.2系統(tǒng)硬件總體方案系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器對(duì)液面進(jìn)行控制,通過四對(duì)傳感器分別安裝在現(xiàn)場的四個(gè)不同的位置，由上至下測量水體的液位值,。并把這四個(gè)液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809傳到單片機(jī)中,在通過3位七段LED顯示器顯示出液位的四種狀態(tài)及報(bào)警安全提示。用LED顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長等特點(diǎn)，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、關(guān)水泵,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)。2.3系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過四對(duì)由高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)水位進(jìn)行檢測。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開始加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，大大簡化現(xiàn)場安裝，具有較高的性價(jià)比，有較大的工程應(yīng)用價(jià)值，而且利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：首先，通過對(duì)水體液位進(jìn)行的簡易方便的操縱，可以準(zhǔn)確得控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，操作簡單，經(jīng)濟(jì)效益好。其次，水體控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修正運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)以及其他方面的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用3控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)液位控制是利用由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器，把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤的顯示與控制；下圖即是液位控制系統(tǒng)：CPCPULED顯示傳感器傳感器報(bào)警裝置控制執(zhí)行裝置報(bào)警裝置控制執(zhí)行裝置由上圖可觀察到傳感器通過對(duì)液面進(jìn)行測量，輸出模擬信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過LED進(jìn)行顯示,通過報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過對(duì)閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。3.2硬件3.2.1核心芯片8051單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過程。這種芯片內(nèi)置4Kb-EPROM，8051可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測量液體的液位值,通過單片機(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。8051引腳圖8051引腳圖上圖是8051的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。8051的初始態(tài)如下表2-1寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACCPSW07HDPLIPIETMODSCONP0-P300H00H00H00Hxxx00000B0x00000B00HxxxxxxxxB1111111BBSPTH0TL0TH1TL1TCONSBUFPCON00H07H00H00H00H00H00H00H0xxxxxxxB8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見上圖。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失,此設(shè)計(jì)采用自動(dòng)復(fù)位電路。復(fù)位電路3.2.2液位傳感器設(shè)計(jì)在液體液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器是能感受規(guī)定的被測量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個(gè)檢測系統(tǒng),對(duì)檢測精確度起著重要的作用。本設(shè)計(jì)主要采用的是由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的光電傳感器來對(duì)液位進(jìn)行控制，在把檢測的電信號(hào)通過ADC0809輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析,在由LED進(jìn)行顯示和鍵盤控制,實(shí)行對(duì)液位的報(bào)警。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。液位傳感器如下圖液位傳感器由上圖可知，液位傳感器的主要元件是高亮二極管和光敏三極管,它們都屬于光電元件,光電元件主要采用的是光電效應(yīng),光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。我們知道，光電效應(yīng)的原理是PN結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時(shí)P區(qū)中少數(shù)載流子(電子)和N區(qū)中的少數(shù)載流子(空穴)都很少，因此反向電流很小。但是當(dāng)光照PN結(jié)時(shí)，只要光子能量h大于材料的禁帶寬度，就會(huì)在PN結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子、空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)少數(shù)載流子濃度大大增加，它們?cè)谕饧臃聪螂妷汉蚉N結(jié)內(nèi)電場作用下定向運(yùn)動(dòng)，分別在兩個(gè)方向上渡越PN結(jié)，使反向電流明顯增大。如果入射光的照度變化，光生電子,空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng)，光電效應(yīng)的原理就是光電二極管的原理,光敏二極管就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào),它是最簡單的光學(xué)元件。而光敏三極管有兩個(gè)PN結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度，也是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。本設(shè)計(jì)的液位傳感器的主要組成光敏三級(jí)管就是屬于模擬式光電傳感器。通過吸收高亮二極管的光來測量液位的高度,在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器ADC0809中。a光敏三極管的結(jié)構(gòu)示意圖b基本電路當(dāng)光敏三極管按上圖的形式進(jìn)行電路連接時(shí)，它的集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置。無光照時(shí)僅有很小的穿透電流流過，當(dāng)光線通過透明窗口照射集電結(jié)時(shí)，和光敏二極管的情況相似，將使流過集電結(jié)的反向電流增大，這就造成基區(qū)中正電荷的空穴的積累，發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子(電子)將大量注人基區(qū)，由于基區(qū)很薄，只有一小部分從發(fā)射區(qū)注入的電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，而大部分電子將穿過基區(qū)流向與電源正極相接的集電極，形成集電極電流IC。光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成,如下圖光電傳感器框圖:光電傳感器框圖光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，如圖2-12所示。圖中，Ф1是光源發(fā)出的光信號(hào)，Ф2是光電器件接受的光信號(hào)，被測量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào)I。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。水位檢測是通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)水位進(jìn)行檢測。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。3.2.3光電式傳感器的基本特性1)光譜特性在入射光照度一定時(shí)，光敏晶體管的相對(duì)靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光敏晶體管只對(duì)一定波長范圍的人射光敏感，這就是光敏晶體管的光譜特性，見圖2-11。由曲線可以看出，當(dāng)入射光波長增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降，這是因?yàn)楣庾幽芰刻?，不足以激發(fā)電子—空穴對(duì)。當(dāng)人射光波長太短時(shí)，光波穿透能力下降，光子只在半導(dǎo)體表面附近激發(fā)電子—空穴對(duì)，卻不能達(dá)到PN結(jié)，因此相對(duì)靈敏度也下降。從曲線還可以看出，不同材料的光敏晶體管，光譜峰值波長不同。硅管的峰值波長為0.9μm左右，鍺管的峰值波長為1.5μm左右。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管性能較差。因此在探測可見光或赤熱物體時(shí)，多采用硅管。但對(duì)紅外光進(jìn)行探測時(shí)，采用鍺管較為合適。2)伏安特性光敏三極管在不同照度下的伏安特性，就象普通三極管在不同基極電流下的輸出特性一樣，如圖2-11所示。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。3)光電特性它指外加偏置電壓一定時(shí)，光敏晶體管的輸出電流和光照度的關(guān)系。一般說來，光敏二極管光電特性的線性較好，而光敏三極管在照度小時(shí)，光電流隨照度增加較小，并且在光照足夠大時(shí)，輸出電流有飽和現(xiàn)象。這是由于光敏三極管的電流放大倍數(shù)在小電流和大電流時(shí)都下降的緣故。4)溫度特性溫度的變化對(duì)光敏晶體管的亮電流影響較小，但是對(duì)暗電流的影響卻十分顯著，如圖7.2.10所示。因此，光敏晶體管在高照度下工作時(shí)，由于亮電流比暗電流大得多，溫度的影響相對(duì)來說比較小。但在低照度下工作時(shí)，因?yàn)榱岭娏鬏^小，暗電流隨溫度變化就會(huì)嚴(yán)重影響輸出信號(hào)的溫度穩(wěn)定性。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)選用硅光敏管，這是因?yàn)楣韫艿陌惦娏饕孺N管小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)還可以在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施，或者將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放大，利用電路中隔直電容的作用，就可以隔斷暗電流，消除溫度的影響。5)頻率特性光敏晶體管受調(diào)制光照射時(shí)，相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性。如圖2-12所示。減少負(fù)載電阻能提高響應(yīng)頻率，但輸出降低。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個(gè)數(shù)量級(jí)。光敏晶體管的光譜特性 光敏三極管的伏安特性3.2.4ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器A/D是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),把由傳感器傳來的液位控制的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后再通過8051單片機(jī)的分析處理進(jìn)行LED顯示和液位和壓力的報(bào)警。本設(shè)計(jì)的A／D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件主要是由ADC0809轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。芯片主要是由一個(gè)8位A／D轉(zhuǎn)換器、8路模擬輸入選通開關(guān)、地址鎖存及譯碼電路工作和三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成。為實(shí)現(xiàn)8路模擬通道能有條不紊地工作，首先通過地址譯碼鎖存器選通所要開通的8路模擬通道中的一路開關(guān)，將模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)放到三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器中等待CPU來取，取后由CPU啟動(dòng)新一次的地址譯碼，重復(fù)以上完成新一次的A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809芯片提供了高轉(zhuǎn)換速度、高精密度、環(huán)境影響小和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。下圖為ADC0809芯片的引腳圖。ADC0809芯片的引圖3.2.5鍵盤及顯示接口顯示部分我采用三位7段LED顯示器，LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。用LED是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長的特點(diǎn)。LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來用。LED就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED是固態(tài)的，所以它能延長傳感器的使用壽命。因而使用LED的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不像白熾燈那樣，LED抗震動(dòng)抗沖擊，并且沒有燈絲。在微型機(jī)系統(tǒng)中，LED常用的顯示方法有兩種。一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。所謂的靜態(tài)顯示是由單片機(jī)一次輸出后就能顯示后就能保持，直到下次送新的顯示模式為止。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一個(gè)八位輸出控制，我的設(shè)計(jì)就是采用的就是靜態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。鍵盤是有若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤有并行接口掃描和串聯(lián)接口掃描，我采用的是串行接口，它的組成是由移位寄存器74LS164和六個(gè)鍵組成，74LS164是一個(gè)14位腳的寄存器，集成電路芯片，由8051串行接口的TXD端輸出列掃描信號(hào)到74LS164的1、2引腳，鍵閉合信號(hào)則用端口P3.3、P3.4、P3.5輸入8051單片機(jī)，由8051單片機(jī)的TXD引腳輸出移位時(shí)鐘脈沖到74LS164的時(shí)針輸入端（CLK）。還有非前者用軟件來識(shí)別和產(chǎn)生代碼，后者則用鍵盤來識(shí)別，鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍵盤的管理，顯示具體見下圖。LED顯示器3.2.6自動(dòng)報(bào)警電路下列二種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警。1)當(dāng)水位達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；2)當(dāng)水位達(dá)到下限極限水位時(shí)報(bào)警，水位到達(dá)下限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警自動(dòng)報(bào)警電路的接線圖3.3系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，系統(tǒng)硬件組態(tài)完后，根據(jù)I/O地址分配和功能要求便可以進(jìn)行軟件編程。軟件編程是系統(tǒng)完成控制的一個(gè)重要部分。系統(tǒng)軟件程序主要完成初始化工作，輸入輸出控制，子程序主要完成數(shù)據(jù)采集處理的功能包括采集的液位數(shù)據(jù)與給定的液位值的比較，是否需要報(bào)警，以及處理完成顯示部分與調(diào)節(jié)閥的信號(hào)輸出。在該系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)中，第一部分主要是對(duì)流程圖的介紹，其中包括了對(duì)水位的檢測，對(duì)補(bǔ)水泵的控制開和關(guān)，以及補(bǔ)水泵是否正常工作的報(bào)警。通過對(duì)水體液位進(jìn)行的簡易方便的操縱，可以準(zhǔn)確得控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，并可防止故障的發(fā)生；第二部分是系統(tǒng)工作程序的編程內(nèi)容，由于全部編程部分較多，只取最重要的水位檢測主程序段。本程序段主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)ADC0809轉(zhuǎn)換器，并從A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)的功能。3.3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖本軟件流程圖設(shè)計(jì)簡易合理，方便易于操控，能夠針對(duì)水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進(jìn)行控制,水位運(yùn)行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善;同時(shí)大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了工業(yè)水體液位方面作業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行。下圖即為軟件設(shè)計(jì)流程圖補(bǔ)水泵1有故障嗎？補(bǔ)水泵1有故障嗎？水位下限水位嗎？開啟補(bǔ)水泵1進(jìn)行補(bǔ)水水位檢測YNN補(bǔ)水泵2工作Y開始返回檢測水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵1停止補(bǔ)水YN檢測水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵2停止補(bǔ)水YN故障報(bào)警軟件設(shè)計(jì)流程圖3.3.2水位檢測的主程序本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡單，整個(gè)軟件部分較多，現(xiàn)取最重要的水位檢測主程序。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，并從A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)，SHUICPM:MOVA,P1ANLA,#0FHMOV30H,#0FH;00001111CJNEA,30H,AAA1SETBP2.0SETB20H.1;setb水位狀態(tài)標(biāo)志位AJMPOUT2AAA1:MOV30H,#0EH;00001110CJNEA,30H,AAA2SETBP2.0CLR20H.1AJMPOUT2AAA2:MOV30H,#0CH;00001100CJNEA,30H,AAA3CLR20H.1CLRp2.0AJMPOUT2AAA3:MOV30H,#08H;00001000CJNEA,30H,AAA4CLRP2.0CLR20H.1AJMPOUT2AAA4:MOV30H,#00H;00000000CJNEA,30H,AAA5setbP2.0SETB20H.1AJMPOUT2AAA5:SETB20H.2RETOUT2:CLR20H.2RETBAOJING:JB20H.3,OUT6MOVA,20HMOV30H,#00HCJNEA,30H,OUT5AJMPOUT6OUT5:SETBP3.6JB20H.4,OUT9SETBP0.1OUT10:JB20H.2,OUT11SETBP0.2OUT12:JB20H.1,OUT13SETBP0.3OUT14:JB20H.0,OUT15SETBP0.4OUT16:RETOUT6:CLRP3.6RETOUT9:CLRP0.1AJMPOUT10OUT11:CLRP0.2AJMPOUT12OUT13:CLRP0.3AJMPOUT14OUT15:CLRP0.4AJMPOUT164設(shè)計(jì)體會(huì)設(shè)計(jì)過程中我遇到了很多的困難，因?yàn)橹R(shí)是不連貫的，所以需要準(zhǔn)備很多方面的知識(shí)去融合，去聯(lián)系。由于在學(xué)習(xí)的時(shí)候更注重的是書面上的東西，而本次課程設(shè)計(jì)更多的是鍛煉了我的動(dòng)手動(dòng)腦能力，讓我有機(jī)會(huì)把課上學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為可以在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要介紹了水體的液位檢測控制，介紹了8051單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來對(duì)液位的信號(hào)采集，利用LED來進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示,我設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能,并設(shè)有液位報(bào)警和閥門失靈等故障報(bào)警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)控制液位并實(shí)現(xiàn)水體的液位報(bào)警。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。通過本次課程設(shè)計(jì)，我了