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基于单片机的液位控制系统设计.doc
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基于单片机的液位控制系统设计.doc
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安徽工程大学毕业设计(论文)
I
基于单片机的液位控制系统的设计
摘 要
液位测量广泛应用于工业、经济、生活等领域.本设计以水箱供水为模型,用于对
水箱液位信号进行测量监控记录.
基于单片机的液位测量装置具有测量准确、重复性好、功耗低、使用寿命长的特点,
是广泛采用的技术。在深入学习科学发展观的同时,电子设备的设计也需融入可持续发
展的设计理念.故此,在基于单片机的液位测量装置基础上,扩展实时监控、数据采集、
计算机串行通信等功能,从而能够通过科学的方法将液位测量与统计科学结合,合理调
度水资源,降低能源消耗。
本文从系统方案选择与论证,硬件电路设计,系统软件与上位机软件设计等几个方
面介绍了基于单片机的液位测量监控系统的设计过程,最终实现了液位的实时测量与监
控。最后,本文总结了设计过程中出现的问题及解决方法,简要叙述了所获数据的处理
方法,引出了进一步设计开发的思路.
关键词:单片机;液位测量;实时监控;串口通信
The Design of Liquid Level Control System Based on MCU
Abstract
The liquid level measurement is widely used in industry, economy, life and other fields。
This design take the water tank water supply as a model, uses in carries on the survey to the
water tank fluid position signal to monitor the record.
The liquid level measurement device base on MCUis widely used because of many
characteristics such as high measurement accuracy, good repeatability, low power
consumption and long useful time 。 When we study Scientific Outlook on Development
thoroughly, the design of electronic aid should include the thought of sustainable
development. So, beyond the liquid level measurement device based on MCU, expand the
functions of real-time monitoring, data acquisition, serial communication. Through the new
functions, the scientific method of the liquid level measurement could be combined with
Statistical Science, be used to manage the water resources reasonable, reduce energy
consumption。
This thesis introduces the design process of the liquid level control system by several
parts as system schema, the design of hardware circuit, the software of host computer and
system software, ultimately achieved the level of real—time measurement and monitoring。
Finally, the paper summarizes the problems and solutions of the design process, describes
briefly the method of data processing , and leads to ideas of the further design and
development。
金小龙:基于单片机的液位控制系统的设计
II
Keywords : MCU ; Liquid Level Measurement ; Real—time monitoring;Serial
Communication
目 录
引言 1
第 1 章绪论 2
1.1 课题背景与研究意义 2
1。2 国内外研究现状及发展 2
1.3 本课题主要研究内容 3
第 2 章系统总体方案 4
2。1 系统设计要求 4
2。2 系统框图 4
2。3 硬件设计方案 4
2。3.1 主控模块设计方案 5
2.3.2 键盘模块设计方案 5
2。3.3 显示模块设计方案 6
2.3。4 数据存储模块设计方案 6
2。3.5 时间模块设计方案 7
2。3。6 A/D 转换模块设计方案 8
2。3。7 通信模块设计方案 9
2.3.8 电机控制模块设计方案 10
第 3 章硬件电路设计 11
3。1 AT89S52 硬件设计 11
3.2 按键设计 13
3。3 显示单元硬件设计 14
3.4 存储单元硬件设计 15
3.5 时间单元硬件设计 17
3。6 A/D 转换单元硬件设计 18
3。7 通信单元硬件设计 19
3。8 其他外围电路的设计 20
第 4 章系统软件设计 22
4.1 系统软件 22
4。1.1 系统软件编译开发环境 22
4。1.2 系统主程序流程图 22
4.1。3 系统初始化 22
4。1。4 显示与 A/D 转换的数据处理 24
4.1。5 按键部分软件设计 25
4.1。6 显示模块的软件设计 26
4.1。7 A/D 转换模块软件设计 26
4。1.8 电机控制模块软件设计 26
4.1.9 通信协议及通信模块软件设计 27
4.1.10 时间模块软件设计 29
安徽工程大学毕业设计(论文)
III
4。2 上位机软件设计 30
4。2。1 上位机软件开发编译环境 30
4。2。2 上位机软件的界面设计 31
4。2。3 上位机串口通信功能的实现 32
4.2.4 上位机软件中的数据处理 34
结论与展望 35
致谢 37
参考文献 38
附录 A 系统电路原理图 39
附录 B 外文文献及译文 40
附录 C 主要参考文献的题录及摘要 49
附录 D 系统软件源代码 52
插图清单
图 2-1 系统总体框图………………………………………………………………………1
图 3—1 AT89S52 引脚及网络标号…………………………………………………………11
图 3-2 复位电路及时钟电路………………………………………………………………13
图 3-3 系统按键电路………………………………………………………………………14
图 3-4 74LS273 及 74LS47 引脚图………………………………………………………14
图 3—5 显示部分电路图……………………………………………………………………15
图 3—6 62256 引脚图……………………………………………………………………… 16
图 3—7 存储的单元电路……………………………………………………………………16
图 3-8 DS1302 引脚图………………………………………………………………………17
图 3—9 时间单元电路………………………………………………………………………17
图 3—10 ADC0804 引脚图……………………………………………………………………
18
图 3—11 A/D 转换单元电路图………………………………………………………………
19
图 3—12 MAX485 引脚图…………………………………………………………………… 19
图 3—13 串行通信模块电路图…………………………………………………………… 20
图 3-14 继电器部分电路图……………………………………………………………… 20
图 3-15 电源指示灯电路图……………………………………………………………… 21
图 4-1 主程序流程图………………………………………………………………………23
图 4—2 键盘程序流程图……………………………………………………………………25
图 4—3 液位检测流程图……………………………………………………………………27
图 4—4 通信检测流程图……………………………………………………………………28
图 4-5 上位机软件界面效果图……………………………………………………………33
图 4—6 水箱液位控制结构图………………………………………………………………33
图 5—1 MATLAB 绘制图形……………………………………………………………………
36
金小龙:基于单片机的液位控制系统的设计
IV
表格清单
表 3—1 端口引脚第二功能…………………………………………………………………12
表 4—1 初始化参数及含义…………………………………………………………………22
表 4-2 A/D 转换幅值数据关系对照表……………………………………………………24
表 4-3 通信协议……………………………………………………………………………28
表 4-4 RS 状态标志及含义……………………………………………………………… 29
表 4—5 界面功能描述………………………………………………………………………31
安徽工程大学毕业设计(论文)
1
引 言
上世纪 40 年代,电子计算机的诞生,标志着人类电子技术进入了一个新的阶段。
1976 年单片机的推出为电子电路设计提供了新的思路,也促进了模拟电路向数字
电路发展的历程.它在一片芯片上集成了完整的计算机系统。从它的发展来看,低
功耗 CMOS 化、微型单片化、主流与多品种共存的发展趋势更进一步促使了单片
机在各个行业的应用。这些应用,很大一方面体现在工业控制中。在工业上,使
用单片机可以构成形式多样的控制系统和数据采集系统。
单片机应用发展迅速而广泛。在过程控制中,单片机既可作为主计算机,又可
作为分布式计算机控制系统中的前端机,完成模拟量的采集和开关量的输入、处理
和控制计算,然后输出控制信号。单片机广泛用于仪器仪表中,与不同类型的传
感器相结合,实现诸如电压、功率、频率、湿度、流量、速度、厚度、压力、温
度等物理量的测量;在家用电器设备中,单片机已广泛用于电视机、录音机、电
冰箱、电饭锅、微波炉、洗衣、高级电子玩具、家用防盗报警等各种家电设备中。
在计算机网络和通信、医用设备、工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等
领域都有着十分广泛的应用。
工程应用中液位的测量常用方法主要有超声波、激光红外测距、机械浮子、压
力传感器测距等几种。这些测量方式对一般液位的测量来说各有各的优点,可根据
不同的应用场合和要求进行选择。比如,常见的液位控制系统多采用浮标、电极
等,这种控制形式结构简单成本低廉,但是控制精度不高,不能进行数值显示;另外
容易引起误操作,与上位机进行信息交互比较困难。
随着科技的发展,液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。本设计思想是
用单片机做下位机,PC 机做上位机,单片机和 PC 机相结合对水箱液位进行测量和
监控。该设计要求具有一定的智能化,可操作性和稳定性好.
第 1 章 绪论
1.1课题背景与研究意义
在工农业生产中,常常需要测量液体液位.随着国家工业的迅速发展,液位测量技术
被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。低温液体(液氧、液氮、液氩、
液化天然气及液体二氧化碳等)得到广泛的应用,作为贮存低温液体的容器要保证能承
受其载荷;在发电厂、炼钢厂中,保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气
器水位、高、低压加热器水位等,是设备安全运行的保证;在教学与科学研究中,也经
常碰到需要进行液位控制的实验装置。
1.2国内外研究现状及发展
液位测量的方法比较多,依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
●接触式测量法
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