畢業(yè)論文外文翻譯-基于MSP430單片機(jī)的液位測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì).doc

中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 英文文獻(xiàn)及中文翻譯學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 2012年 6月17日外文文獻(xiàn)為PDF格式，下載后雙擊即可打開另存基于 MSP430 單片 機(jī)的液位測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了基于 MSP430 系列單片機(jī)的液位測(cè)量?jī)x的組成、 原理、 硬件及軟件設(shè)計(jì)， 并介紹了多路復(fù)用測(cè)量和控制儀器對(duì)液面測(cè)量和控制。 該系統(tǒng)由壓力傳感器、 信號(hào)處理電路、 電磁閥、 輸出驅(qū)動(dòng)電路、 漢字液晶顯示器、 鍵盤、 光報(bào)警電路和 MSP430MCU 組成， 實(shí)現(xiàn)了液位自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警功能。關(guān)鍵詞: 液位測(cè)量、 主從通信、 MSP430SCM、 V / F 轉(zhuǎn)換類數(shù) 中國(guó)圖書分類: TP273 文獻(xiàn)標(biāo)示碼: B 1.前言 測(cè)量和控制儀表的液位表屬于智能儀表， 是 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)成功的。 這是一個(gè)智能的可綜合測(cè)量和可控制相結(jié)合的產(chǎn)品， 可在許多工業(yè)領(lǐng)域用于測(cè)量各種介質(zhì)的液位。 例如: 石化、 冶金、 電工、 電力、 制藥、 環(huán)保產(chǎn)業(yè)。 該儀器可以測(cè)量液位， 并能計(jì)算出它的重量， 所以它可以用來(lái)測(cè)量、 控制液體靜態(tài)、 動(dòng)態(tài)地品種， 還有全球自動(dòng)報(bào)警功能。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 液位傳感器的選擇 有各種各樣的傳感器可以用于液位測(cè)量， 例如: 壓力傳感器、 超聲波傳感器、浮動(dòng)式傳感器等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅需要實(shí)現(xiàn)測(cè)量液位的功能， 還要探測(cè)出液體的重量。 在實(shí)驗(yàn)中， 檢測(cè)液體的重量 P 是直接通過(guò)計(jì)算獲得， 這是 P=高 S(H為液體公分， S 是圓的面積， 是液體密度)。 因此， 用 1 厘米的液體測(cè)量結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)提高測(cè)量液體重量的測(cè)量精度。 此外， 我們認(rèn)為， 壓力傳感器接口電路比超聲波傳感器容易， 所以我們決定采用壓力傳感器。 2.2 MSP430 系列單片機(jī) MSP430 單片機(jī)的低功耗 16 位單片機(jī)， 具有典型特征的 SOC， 大量的外圍集成設(shè)備。 特別是微調(diào)波特率內(nèi)部集成器件， 它可以使任何單片機(jī)晶體振蕩器工作在 32768HZ 以上(但不超出晶體振蕩器上限)， 其通信頻帶率的選擇沒(méi)有小數(shù)限制， 也就是說(shuō)， 它可以使用許可頻帶率范圍內(nèi)的晶體振蕩器工作在任何的頻率值。 此外， MSP430 單片機(jī)內(nèi)部集成有溫度傳感器， 因此它可以很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器測(cè)量液位的溫度補(bǔ)償。 此外， MSP430 系列單片機(jī)針對(duì)不同的模塊有不同的應(yīng)用和微控制器， 還設(shè)計(jì)了電池供電， 它可以工作很長(zhǎng)時(shí)間。 2.3 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)因?yàn)閳?zhí)行單位是電磁閥， 很容易產(chǎn)生電磁干擾， 從而使系統(tǒng)必須有足夠的抗干擾能力， 來(lái)保證工作。 有兩種方法來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力: 一種方法是直接使用器單片機(jī) A / D 轉(zhuǎn)換模塊， 它的特點(diǎn)是它不需要外圍電路， 具有很快的采樣率， 但抗干擾能力差。 另一種方法是用 V / F 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn) A / D 轉(zhuǎn)換。 由于 V / F 轉(zhuǎn)換利用電容電荷平衡的原則， 實(shí)現(xiàn)電壓到頻率轉(zhuǎn)換， 因此， 該方法具有較好的穩(wěn)定性， 更高的分辨率，更少的信號(hào)線，易于實(shí)現(xiàn)光電隔離， 提高系統(tǒng)抗干擾能力， 但轉(zhuǎn)換速度較慢。 通過(guò)比較和分析， 我們認(rèn)為， 壓力信號(hào)是一個(gè)緩慢的信號(hào)， 一般不必使用快速采樣， 為了使系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力， 所以我們選擇使用 V / F 轉(zhuǎn)換器。這個(gè)選擇有更容易計(jì)算和處理， 可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的測(cè)量精度等級(jí)要求， 且易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 3.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 整個(gè)系統(tǒng)是由單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、 傳感器信號(hào)處理電路、 光報(bào)警電路、 鍵盤、液晶顯示、 功率模塊和通信模塊等。 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線接口， P1 的作用是把輸出的 V / F 信號(hào)轉(zhuǎn)換為中斷請(qǐng)求信號(hào)和連接電路， 單片機(jī) P2. 4， P2. 6， P2. 7 引腳分別控制執(zhí)行單元的電磁閥信號(hào)， 控制輸入和輸出電磁閥開關(guān)。 引腳 P2. 5 控制光報(bào)警電路的信號(hào)。 鍵盤接口電路、 單片機(jī)控制和六針系統(tǒng)的按鍵， 是通過(guò)P3. 0， P3. 1 和 P3. 2 引腳控制的。 74HC245 系統(tǒng)輸出信號(hào)、 數(shù)據(jù)和控制信號(hào) LCD液晶漢字界面是通過(guò) P3. 0 和 P3. 3 引腳控制的。 P3. 4 和 P3. 5 作為單片機(jī)串行通信的數(shù)據(jù)總線， 并連接到節(jié)點(diǎn)之間的通信電路之間提供從網(wǎng)站主站點(diǎn)和串行通信。 電源模塊系統(tǒng)可以生成的， 3. 3V ， + 5V 和- 5 伏的電壓值, 可以為接口電路主機(jī)系統(tǒng)和傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓值。 該系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器對(duì)液體壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集, 在 V / F 轉(zhuǎn)換模塊中對(duì)液位高度和液體的重量實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。 該系統(tǒng)在液位超越報(bào)警電路時(shí)自動(dòng)進(jìn)行光學(xué)報(bào)警。 用戶可以通過(guò)鍵盤輸入和輸出來(lái)設(shè)定上限和下限液位， 通過(guò)使用液體體積一些參數(shù)， 使液面保持在設(shè)定值。 該系統(tǒng)可在容器液位液晶顯示器上顯示上、下限液位， 液體的重量。 主站點(diǎn)可以控制任何從站點(diǎn)， 同時(shí)完成八個(gè)從站點(diǎn)和主 站點(diǎn)之間站點(diǎn)的通信。 主站點(diǎn)有該系統(tǒng)的整體功能， 可設(shè)置上下所有從站點(diǎn)液位限制。當(dāng)它在檢測(cè)電路時(shí)， 主站點(diǎn)可以任意設(shè)置從站點(diǎn)數(shù)量和從站點(diǎn)液位的高度。主站點(diǎn)可以進(jìn)行光報(bào)警， 并顯示從站點(diǎn)的數(shù)量， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)從站點(diǎn)液位超過(guò)主站點(diǎn)設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)。 同時(shí)， 主站點(diǎn)通過(guò)通信模塊接收從站點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)量和液位報(bào)警信號(hào)， 控制從站點(diǎn)的信息， 并執(zhí)行自動(dòng)報(bào)警和解除。 從站點(diǎn)的數(shù)量可以任意設(shè)定。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示在工作環(huán)境中的時(shí)間和溫度。 4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 V / F 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 見(jiàn)圖 2， 輸入電壓從引腳 7 輸入， 通過(guò)射頻追隨者的 LM331， 電阻 RD7 可以抵消漂移引腳 6 的影響， 減少頻率誤差。 RD13 選擇 51K 抗性 CD1 濾波電容器來(lái)減少以 RD10, RD11, CD2 引起的 LM331 的誤差偏差。 逐步改變引腳 6 和引腳 7 的輸入。 輸入電壓階躍變化將導(dǎo)致輸出頻率變化， 如果 CD3 大于 CD1 系統(tǒng)將立即停止。 電阻和電容的引腳 6 針會(huì)產(chǎn)生滯后效應(yīng), 以獲得更強(qiáng)的線性關(guān)系。 圖 2: V/F 轉(zhuǎn)換電路4.2 液體檢測(cè)和控制電路 該系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)， 用運(yùn)算放大器放大信號(hào)。 放大后的信號(hào)傳送到 V/ F 轉(zhuǎn)換進(jìn)行電壓頻率轉(zhuǎn)換， 輸出頻率信號(hào)作為中斷請(qǐng)求傳給單片機(jī)的 P2. 4 引腳， 并將其轉(zhuǎn)化為液面位置， 并根據(jù)設(shè)定液位的上限和下限可以控制相應(yīng)的電磁閥， 保持液面高度與設(shè)定值一致。 通過(guò) LED 燈方便調(diào)試觀察電路每個(gè)電磁閥的工作狀態(tài)， 并表明， 目前的工作是輸出液閥或輸入液閥。 該控制電路見(jiàn)圖 3。 圖 3: 液體檢測(cè)和控制電路4.3 光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 在光報(bào)警電路是由三極管， 發(fā)光二極管， 電阻， 電容和蜂鳴器組成。 液位測(cè)量值超過(guò)設(shè)定值時(shí)， 單片機(jī)將發(fā)出警報(bào)。 當(dāng) LED 點(diǎn)亮后， 接受報(bào)警信號(hào)， 蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生光聲探測(cè)報(bào)警。 5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)模塊可劃分成六大模塊， 即系統(tǒng)初始化模塊， 液晶顯示模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)， 按鍵識(shí)別和處理模塊， 液位檢測(cè)和控制模塊， 與主站點(diǎn)和從站點(diǎn)通信模塊檢測(cè)模塊和時(shí)間環(huán)境溫度。 該系統(tǒng)初始化系統(tǒng)模塊設(shè)置參數(shù)， 這是顯示緩沖， 堆棧指針， 操作標(biāo)志和登記工作， 每一個(gè) I/ O 端口， 系統(tǒng)定時(shí)器模塊和通信模塊的干中斷設(shè)置等。 鍵盤模塊負(fù)責(zé)識(shí)別和處理， 通過(guò)按鍵調(diào)用相應(yīng)的處理子程序處理工作進(jìn)行， 實(shí)現(xiàn)設(shè)置輸入和輸出液量及上， 下限報(bào)警極限， 可以手動(dòng)通過(guò)按鍵控制每一電磁閥。 當(dāng)液體超過(guò)報(bào)警限時(shí)該系統(tǒng)將調(diào)用液位檢測(cè)和控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的控制， 并作出相應(yīng)的電磁閥的行為。 通過(guò)使用通訊模塊主站點(diǎn)， 系統(tǒng)將自動(dòng)檢測(cè)和控制發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。每個(gè)從站點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和控制， 會(huì)攔截主站點(diǎn)發(fā)送不正常數(shù)據(jù)，并會(huì)立即處理。 6結(jié)束 該儀器可廣泛適用于測(cè)量水， 油， 酸， 酒和飲料等液體水平高低。 它可以自動(dòng)根據(jù)輸入和輸出的液體設(shè)定的控制上限和下限液位， 并具有多種在線功