單片機原理及系統(tǒng)課程設計鍋爐液位控制系統(tǒng)

1、單片機原理及系統(tǒng)課程設計專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 電氣093 姓 名： 任 宇 學 號： 200909261 指導教師： 閔永智 評語：平時（40）修改（30）報告（30）總成績蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2012 年 7月1日1引言本設計是基于單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng)。目前大多數工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產狀態(tài)。所以開發(fā)研制自動化程度高、節(jié)能潛力大、提高安全系數、減輕環(huán)境污染、減輕勞動強度、價格低的新型測控裝置意義重大。單片機是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的cpu、存儲器、輸入、輸出等部件?！皢纹瑱C自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功

2、耗低的特點使它的應用領域日益廣泛.工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾強.故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、抗千擾能力強1”?！皢纹瑱C能滿足這些要求，因此單片機在控制領域得到了廣泛的應用。使用單片控制鍋爐是很好的選擇2”。2設計方案及原理本設計是采用8051單片機為核心芯片,及其相關硬件來實現的鍋爐液位控制系統(tǒng),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,檢測液位等數據,實施報警安全提示,當鍋爐液位低于用戶設定的值時,系統(tǒng)自動打開泵上水,當水位到達設定值時,系統(tǒng)自動關閉水泵。系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測量鍋爐液位值,通過單片機的轉換與分析在led上顯示及輸出控制;根據當前的液位值和用

3、戶設定的水位決定是否進行開關水泵,以及是否到達危險高、低水位,需要關閉閥門。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)原理框圖3 硬件設計3.1 a/d轉換器的設計adc0809是帶有8為a/d轉換器、8路多路開關以及與微型計算機兼容的控制邏輯。接線圖如圖2所示：圖2 adc0809與cpu的接線圖3.2 d/a轉換器的設計模擬量輸出通道的任務是把計算機輸出的數字量信號轉換成模擬電壓或電流信號。接線圖如圖3所示：圖3 8051與dac0832接口電路3.3 液位傳感器的設計本設計的液位傳感器主要是由高亮二極管和光敏三極管所組成的設備,通過吸收高亮二極管的光來測量液位的高度,在轉化成光電流傳到模擬傳感器

4、adc0809中。光電傳感器框圖如圖4所示: 圖4 光電傳感器框圖圖中，1是光源發(fā)出的光信號，2是光電器件接受的光信號。4 軟件的設計4.1建模廣義被控對象的傳遞函數為。采樣周期t=0.5s。由傳遞函數知，。連同零階保持器在內的系統(tǒng)廣義被控對象的函數：由此可以求出廣義對象的脈沖傳遞函數：按照大林算法就是設計一個數字控制器，使整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數相當于一個帶有純滯后的一節(jié)慣性環(huán)節(jié)，設t0=0.1s可得: 由上式，d（z）有3個極點z=1處的的極點不會引起振鈴現象，所以引起振鈴現象的極點為令z=1，代入上式即可消除振鈴現象，此時4.2 控制系統(tǒng)結構圖控制系統(tǒng)結構圖如圖5所示：圖5 控制系統(tǒng)結

5、構圖4.3 simulink仿真大林算法控制系統(tǒng)simulink框圖如圖6所示：圖6 大林算法控制系統(tǒng)simulink框圖設置采樣周期為0.5s，延遲時間為0.1s，仿真得到下圖，可以看到，8s以后，經過數字控制器d(z)的調整，系統(tǒng)已趨于穩(wěn)定，并且沒有超調。4.4 軟件程序流程圖軟件流程圖如圖7所示：圖7系統(tǒng)軟件流程圖4.5 序仿真結果圖仿真結果曲線如圖8所示：圖8 仿真結果曲線5總結本系統(tǒng)的設計原理是采用液位式傳感器測量鍋爐液位值,通過單片機的轉換與分析在led上顯示及輸出控制;根據當前的液位值和用戶設定的水位決定是否進行開關水泵,以及是否到達危險高、低水位,需要關閉閥門。減輕了工作人員的

6、勞動強度，節(jié)省了資源。采用高亮二極管和光敏三級管所組成的液位傳感器測量水位，可有效保證水位的自動控制，保證水質無污染，能更好地對鍋爐進行自動化控制,測量溫度時采取光電耦合器,實現光電隔離,避免了工作人員在現場進行檢測操控。參考文獻1 劉玉強，劉曉為等.高溫擴散爐恒溫區(qū)溫度的自動控制.哈爾濱工業(yè)大學學報,19992 曹天汗.單片機原理與接口技術.第一版.北京:電子工業(yè)出版社,20033 胡漢才.單片機原理及其接口技術.第二版.北京:清華大學出版社,2003附錄單片機源程序org 0000h ajmp main org 0003h ajmp mainorg 000bh ajmp main org

7、0013h ajmp main org 001bh ajmp main org 0023h ajmp main org 0030hmain: clr p3.6 mov p0,#0ffh acall ql; mov 3bh ,#95 main1: mov 3bh,#95 acall shuicpm ；水位檢測子程序 acall baojing ；報警子程序 acall delay2 ajmp main1; bbb1: mov a,37h add a,#10 clr c subb a,3bh jnc ok2; clr p2.1; mov a,37h add a,#20 clr c subb a,3

8、bh jnc ok2 clr p2.1; setb 20h.0 retok2: clr 20h.0 ret水位檢測主程序這是程序運行的主要程序段，主要實現啟動adc0809轉換器。shuicpm:mov a,p1 anl a,#0fh mov 30h,#0fh ；00001111 cjne a,30h,aaa1 setb p2.0 setb 20h.1 ；setb水位狀態(tài)標志位 ajmp out2aaa1: mov 30h,#0eh ；00001110 cjne a,30h,aaa2 setb p2.0 clr 20h.1 ajmp out2aaa2: mov 30h,#0ch ；000011

9、00 cjne a,30h,aaa3 clr 20h.1 clr p2.0 ajmp out2aaa3: mov 30h,#08h ；00001000 cjne a,30h,aaa4 clr p2.0 clr 20h.1 ajmp out2aaa4: mov 30h,#00h ；00000000 cjne a,30h,aaa5 setb p2.0 setb 20h.1 ajmp out2aaa5: setb 20h.2 retout2: clr 20h.2 retbaojing: jb 20h.3,out6 mov a,20h mov 30h,#00h cjne a,30h,out5 ajmp out6out5: setb p3.6 jb 20h.4,out9 setb p0.1out10: jb 20h.2,out11 setb p0.2out12: jb 20h.1,out13 setb p0.3out14: jb 20h.0,ou