液位检测与控制试验系统设计
精馏塔回流罐液位控制系统设计
精馏塔回流罐液位控制系统设计
系统结构设计：
精馏塔回流罐液位控制系统的结构设计通常包括液位传感器、液位控
制器、执行器以及控制回路。
其中，液位传感器用于实时测量液位，并将
测量值传输给液位控制器；液位控制器通过对接收到的液位信号进行处理，并输出控制信号给执行器，以调节回流液流入罐内的流量。
传感器选择：
在液位传感器的选择上，可以考虑使用压力传感器、雷达传感器、超
声波传感器等。
不同的传感器具有不同的测量原理和特性，选择合适的传
感器需要考虑到系统的要求，例如精度、可靠性、响应速度等。
液位控制器选择：
液位控制器的选择可以根据控制要求和技术特性进行。
常见的液位控
制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
选择合适的液位控
制器需要考虑到系统的动态性能、抗干扰能力、稳态误差等因素。
控制策略设计：
控制参数调整：
控制参数调整是液位控制系统设计中一个重要的环节。
通过对液位控
制器的参数进行调整，可以提高系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力。
常用的方法包括试验法、数学建模法、自整定法等。
系统性能评估：
对于设计好的精馏塔回流罐液位控制系统，需要进行系统性能评估。
评估指标通常包括系统的稳态误差、调节时间、超调量等。
通过对系统性能的评估，可以判断设计的优劣，并进行优化改进。
总结：
精馏塔回流罐液位控制系统设计是一个综合性的工程项目，需要考虑多个因素的综合影响。
通过合理的系统结构设计、传感器选择、液位控制器选择、控制策略设计、参数调整和系统性能评估，可以设计出一个性能优良的精馏塔回流罐液位控制系统。
液位过程控制课程设计
中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统设计指导老师王莉吴同茂设计者龚晓辉专业班级自动化09级05班02号设计日期2012年5月目录第一章过程控制仪表设计的目的意义 (1)1.1 设计目的 (1)1.2课程在教学计划中的地位和作用 (2)第二章液位控制系统实验控制设计与调试 (3)2.1 液位控制系统的工艺及控制要求 (3)2.2 液位系统控制实验方案设计 (5)2.3 系统调试与控制效果 (7)第三章火力发电气泡水位控制系统设计 (8)3.1 火力发电厂生产工艺及控制要求 (8)3.2 系统总体方案设计 (9)3.3 系统硬件设计 (11)3.4 系统软件设计 (14)第四章收获、体会和建议 (16)参考文献第一章过程控制仪表设计的目的意义1.1 设计目的本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。
其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。
其主要是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。
1.2课程在教学计划中的地位和作用课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的理解与运用。
主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。
基本要求如下:1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。
液位自动控制系统
控制类系统设计——液位自动控制系统摘要随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。
液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。
液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。
该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。
电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。
能够广泛的应用于工业场所。
液位控制有很多方法，如，非接触传感。
只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。
由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。
而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。
在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。
液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。
1 概述液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。
而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。
基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。
本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。
系统框图如下：2 硬结构与功能2.1 该设计的总体结构该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。
主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。
液位控制系统设计
摘要本文主要设计了一种液位控制器，它以8051作为控制器，通过8051单片机和模数转换器等硬件系统和软件设计方法,实现具有液位检测报警和控制双重功能，并对液位值进行显示。
本系统是基于单片机的液位控制，在设计中主要有水位检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现液位控制。
主要用水位传感器检测水位，用六个控制按键来实现按健控制，用三位7段LED显示器来完成显示部分，用变频器来控制循环泵的转速，并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。
把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要开启补水泵或排水泵，来实现对液面的控制，从而实现单片机自动控制液面的目的。
本设计用单片机控制，易于实现液位的控制,而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便、等优点.关键词: 8051单片机; 模数转换；水位控制; 自动控制目录1 前言 (3)1.1课题背景 (3)1。
2国内外研究的现状 (3)1.3使用单片机实现水体液位控制的优点 (4)2 系统硬件设计 (6)2。
1核心芯片8051单片机 (6)2.2液位传感器设计 (9)2.4ADC0809A/D转换器 (13)2.5键盘及显示接口 (16)2。
6自动报警电路 (17)下列二种情况发生系统报警。
(18)1)当水位达到上限极限水位时报警，水位到达上限极限水位时系统发出报警； (18)2）当水位达到下限极限水位时报警，水位到达下限极限水位时系统发出报警 (18)3 系统软件的设计 (19)3。
1软件设计流程图 (19)致谢 (23)1 前言1。
1 课题背景液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。
基于labview的液位测控系统设计--大学毕业设计论文
摘要液位计算机测量与控制实验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合实验平台而开发的课程教学实验系统。
液位测量与控制系统集传感器信号的采集、调理、转换、检测和控制为一体，是实时交互式图形界面应用系统。
该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度的变化过程；通过交互式对话框设置期望的液位高度，在检测当前液位的基础上控制进/出水阀门，从而对实际液位高度进行控制。
论文介绍了液位计算机测量与控制系统的结构与功能；分析了硬件系统中测量与控制电路的组成及工作原理；计算了信号调理电路中测量放大器的增益及各元件参数；使用PROTEL软件绘制了信号调理电路图；介绍了多功能数据采集卡NI USB-6008的特点、功能及软件开发平台LabVIEW；分析了系统的软件程序；介绍了液位计算机测控系统的用户使用界面所能实现的功能。
针对实验系统对液位进行开关控制所带来的问题，提出了用PID控制方法进行改进的措施。
关键词：液位测控，压力传感器，信号调理，NI USB-6008 ，LabVIEWABSTRACTThe liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.KEY WORDS：liquid level measurement and control，pressure sensor，signal conditioning ，NI USB-6008 ，LabVIEW目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景............................................................................. 错误！未定义书签。
基于单片机的水位检测与控制系统的研究与设计
摘要现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。
在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统发挥着越来越大的作用。
随着社会的进步、生产工艺和生产技术的发展，人们对液位的检测与控制提出了更高的要求。
而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及，单片机控制系统以其控制精度高，性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用到液位系统的控制中来。
本设计用液位检测集成芯片LM1042、A/D转换芯片A/D574A、继电器、水泵，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测与控制的原理、电路及监控程序。
用LM1042液位检测集成芯片测量液位，具有测量精度高、速度快、可靠、稳定等优点；采用单片机来控制液位信息的采集，并且计算出真实液位值，通过运算判断是否超限报警，使检测与控制具有更高的智能性。
关键词：AT89C51；AD574A；液位检测；LM1402；超限报警；继电器；水泵.ABSTRACTModern sensing technology, electronic technology, computer technology, automatic control technology, information processing technology and new technology, new material for the development of the intelligent detection system development has brought an unprecedented miracle. In industry, national defense, scientific research and many other fields of application, intelligent detection system is playing the more and more major role. Along with the progress of the society, the production technology and production technology development, the people to the level of test and control put forward higher request. And the new electronic technology of microelectronics technology and microcomputer's widely used in popularity, single-chip microcomputer control system with its high control accuracy, high performance is stable and reliable, setting, convenient operation, cost low characteristic, has been applied to the liquid level control systems. This design with liquid level detection integrated chips LM1042, A/D converse.Keywords: AT89C51; AD574A; The liquid level detection; LM1402; Overrun alarm; Relay; Water pump.目录第一章绪论 (1)1.1水位检测技术的应用与发展 (1)1.2水位检测系统设计的意义 (1)1.3本设计研究的内容和方法 (1)第二章系统硬件设计 (3)2.1系统总体功能概述 (3)2.2核心芯片的选择 (4)2.3硬件原理图 (10)第三章系统软件设计 (15)3.1软件功能概述 (15)3.2主程序设计 (16)3.3定时器T0中断服务程序 (17)3.4A/D转换子程序 (18)3.5LED显示子程序 (18)第四章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)江西理工大学2011届专科毕业论文（专科）附录一主程序代码 (22)附录二电路图 (26)附录三PCB版 (27)。
基于PLC的液位控制系统设计
毕业设计开题报告1. PID 简述简述 过程控制通常是指石油、化工、冶金、轻工、纺织、制药、建材等工业生产过程中的自动控制程中的自动控制,它是自动化技术的一个极其重要的方面。
本次毕业设计是基于PLC 的液位控制系统的设计，它的控制对象是水箱的液位，是过程控制中经常遇到热工参数。
本人在这次设计中主要负责控制策略——PID 算法的确定，就在次将PID 算法作个简要的介绍。
算法作个简要的介绍。
在生产过程自动控制的发展历程中在生产过程自动控制的发展历程中,PID ,PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。
它简单实用制方式。
它简单实用,,易于实现易于实现,,适用范围广适用范围广,,鲁棒性好鲁棒性好,,在现今的工业过程中获得了广泛的应用广泛的应用..据统计据统计,,目前工业控制器中约有90%90%仍是仍是PID 控制器。
PID 控制器的设计及其参数整定一直是控制领域所关注的问题。
其设计和整定方法得到国内外广泛研究, 著名的如Ziegler-Nichols 法、基于内模控制的方法及基于误差的积分的优化方法。
基于误差的积分准则由于能较好地反映闭环系统的性能以及易于计算的原因基于误差的积分准则由于能较好地反映闭环系统的性能以及易于计算的原因,,在PID 优化设计中被广泛采用。
（1）在工业生产过程控制中,模拟量的模拟量的 PID (比例、比例、积分、积分、微分)调节是常见的一种控制方式,这是由于这是由于PID 调节不需要求出控制系统的数学模型,至今为止,很难求出许多控制对象准确的数学模型,对于这一类系统,使用使用PID 控制可以取得比较令人满意的效果,同时同时PID 调节器又具有典型的结构,可以根据被控对象的具体情况,采用各种PID 的变种,有较强的灵活性和适用性。
在模拟量的控制中,经常用到经常用到PID 运算来执行来执行PID 回路的功能,PID 回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。
如果一个果一个 PID 回路的输出回路的输出M ( t)是时间的函数,则可以看作是比例项、积分项和微分项三部分之和(2)，即：，即：dt de K M edt K e K t M C tc C *+++*=⎰00)( 式中式中 e ——偏差；——偏差；T i ——积分常数；——积分常数；T d ——微分常数；——微分常数；K c ——放大倍数（比例系数）——放大倍数（比例系数）M 0——偏差为零时的控制值，有积分环节存在，此项也可不加——偏差为零时的控制值，有积分环节存在，此项也可不加以上各量都是连续量,第一项为比例项,最后一项为微分项,中间两项为积分项。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告
进程控制分解试验陈述试验名称：单容液位定值控制体系专业：电气工程班级:姓名：学号：试验计划一、试验名称：单容液位定值控制体系二、试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化. 5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制（本次试验我组采取的是PI控制）.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图一.试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化.5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.二.试验装备1．试验控制水箱;2．试验对象及控制屏.盘算机一台.SA-44挂件一个.PC/PPI通信电缆一根;3．三相电源输出（~380V/10A）.单相电源输出（~220V/5A）中单相I.单相II端口.三相磁力泵（~380V）.压力变送器LT2.电动调节阀中控制旌旗灯号（4~20mA输入,~220V输入）.S7-200PLC 中AO端口.AI2端口.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图四.试验内容与步调本试验选择中水箱作为被控对象.试验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1.F1-2.F1-7.F1-11全开,将中水箱出水阀门F1-10开至恰当开度,其余阀门均封闭.本次试验采取的是S7-200控制的办法.图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制试验接线图1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通信电缆线将S7-200PLC衔接到盘算机串口2,并按照下面的控制屏接线图衔接试验体系.将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的地位.2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ.Ⅲ空气开关,给S7-200PLC及电动调节阀上电.3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件,并打开“S7-200PLC”程序进行下载,然后将S7-200PLC置于运行状况,然后运行MCGS组态情况,打开“S7-200PLC控制体系”工程,然落后入MCGS运行情况,在主菜单中点击“试验三.单容液位定值控制”,进入试验三的监控界面.4．在上位机监控界面中点击“启动内心”.将智能内心设置为“手动”,并将设定值和输出值设置为一个适合的值,此操纵可经由过程调节内心实现.5．合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,恰当增长/削减智能内心的输出量,使中水箱的液位均衡于设定值.6．依据经验法或动态特征参数法整定调节器参数,选择PI控制纪律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置.7．待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,经由过程以下几种方法加干扰：（1）突增（或突减）内心设定值的大小,使其有一个正（或负）阶跃增量的变更;（此法推举,后面三种仅供参考）（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至恰当开度;（3）将下水箱进水阀F1-8开至恰当开度;（转变负载）（4）接上变频器电源,并将变频器输出接至磁力泵,然后打开阀门F2-1.F2-4,用变频器歧路以较小频率给中水箱打水.以上几种干扰均请求扰动量为控制量的5％～15％,干扰过大可能造成水箱中水溢出或体系不稳固.参加干扰后,水箱的液位便分开原均衡状况,经由一段调节时光后,水箱液位稳固至新的设定值（采取后面三种干扰办法仍稳固在原设定值）,记载此时的智能内心的设定值.输出值和内心参数,液位的响应进程曲线将如图3所示.图3 单容水箱液位的阶跃响应曲线8．分离适量转变调节仪的P及I参数,反复步调7,用盘算机记载不合参数时体系的阶跃响应曲线.9．分离用P.PD.PID三种控制纪律反复步调4～8,用盘算机记载不合控制纪律下体系的阶跃响应曲线.四、试验成果剖析试验刚开端时,输入设定值（SV）为90cm,比例系数（P）.积分时光(I)均设为10,液位波形开端有近似纪律的阻尼震动响应,直至最后波形稳固,得出响应曲线.（如图4.5所示）图4 单容液位控制的系数调节图5 单容液位控制的响应曲线六.试验总结进修了单容液位定值控制体系办法,待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,突减内心设定值为60,使其有一个负阶跃增量的变更,但因为忽视,未能将图像保管下来.因为设定值的原因,波位波形曲线趋势准确,但是阻尼震动时光过长,得到最后成果曲线所需时光较长,解释取值其实不是完善.后经由学长讲授,应将积分时光(I)设为5,如许将大大晋升试验效力.这更请求我们在做试验前可以经由过程剖析法对试验成果进行理论剖析,找到近似值,在试验时可以直接在理论值邻近进行验证,将有用进步试验效力.。
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液位检测与控制试验系统设计1.发展现状：液位检测在许多控制领域已较为普遍，各种类型的液位检测装置也不少，按原理分有浮力式、压力式、超声波式、差压式、电容式等，这各种方法都根据其需要设计完成，其结构、量程和精度各有特色,适用于各自的场合,但都是基于固定液箱液位检测而设计。
市面上也有现成的液位计，有投入式、浮球式、弹簧式等，绝大多数价格惊人。
“水是生命之源”，不仅人们生活以及工业生产经常涉及到各种液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。
蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。
因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。
这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。
因此液位是工业控制过程中一个重要的参数。
特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果。
高老师也进行了多次的实验得出了一些相关的数据，水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。
所以就选择了该题目的设计。
由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。
随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。
所以，我们在此设计了这个简易的监测系统，一方面，节省了大量的经济开支；另一方面，让我们对监测系统有了更加深刻、透彻的了解，不仅增加了我们的感性认识，还促进了我们对于系统各个部分的深刻剖析，从传感器选型到整个系统的建立，我们都投入其中，并为之努力着。
2.设计目的：此次设计的思想来源于高中生活的一段经历：高中时期，由于供水设施的技术水平有限，下课后，当低楼层的宿舍集体用水时，高楼层的宿舍一般都接不到水。
为了防止我们日常用水的短缺，我们一般选择在用水不是很紧张的中午午睡时，或是晚上熄灯以后往储水的水桶里接满水，以备随时使用。
所以，为了解决这个问题，我们可以设计一个自动监测液位的装置，并由单片机来控制舵机的开断。
液位传感器随时监测水箱的液位情况，并根据液位的不同，控制舵机的开断。
当液位低于一定值时，单片机控制变频器，进而驱动舵机，使供水阀打开至最大；当液位达到水箱总高度的80%时，单片机控制变频器，进而驱动舵机使流速减小；当液位高于一定值时，单片机控制舵机，关紧舵机，停止储水。
3.关键词：AT89S52、液位传感器、调节阀、变频器、水泵4.实验目的：通过设计液位检测系统，进一步了解各种过程器件的各种性能特征以及使用的场合与条件，更加清楚地知道各种仪表在自动化过程控制中的应用。
通过本次独立的完成系统设计培养一种严密、整体的思维能力，以及独立完成各种工作的能力。
5.实验要求：（1）上位水箱通过水泵供水，通过变频器控制舵机的转速；（2）通过查阅相关设备手册或上网查询，选择液位传感器、调节器、调节阀、变频器、水泵等设备（包括设备名称、型号、性能指标等）；（3）设备选型要有一定的理论计算；（4）用所选设备构成实验系统，画出系统结构图；（5）列出所能开设的实验，并写出实验目的、步骤、要求。
6.实验步骤：6.1系统结构设计一个完整的检测控制系统框图如下：6.1.1 控制方案本设计是采用 8051 单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的水箱液位控 制系统,使用液位传感器测液位，CPU 循环检测传感器输出状态,并 LCD 显示示 液位高度,检测液位等数据,实施报警安全提示,当水箱液位低于用户设定的值时,系 统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭舵机。
水位检测是通过四对高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安 装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口，实时对水箱里的水位进行检测。
当水位到达某一光 敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三 极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。
由上至下的第一个位置为 水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提 醒工作人员注意，加水舵机有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即 当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水舵机，停止加水；第三个位置 是自动减速加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动调节舵机角度， 加水速度减慢；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，系统 就会自动报警，提醒工作人员注意，加水舵机可能出故障，舵机角度达到最大， 自动加大流速控制。
6.1.2、系统总体框图6.2硬件设计6.2.1硬件设计概要系统的原理是采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器对液面进行控制,通过四对传感器分别安装在水箱内四个不同的位置，由上至下测量水箱液位值,。
并把这四个液位状态通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过1602显示器显示出液位的四种状态及报警安全提示。
用LCD显示是因为它具有显示清晰、亮度高、可显示汉字、界面人性化等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关舵机及舵机开的角度的大小,需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。
系统按功能可以划分为以下几个模块：（1）电源模块：将变压器输出的+24V电源转换为系统正常工作使用的+5V电源，采用双电源工作。
一路给光电式传感器供电，成为传感器电源；另一路给光电式传感器之外的所有电路供电，如：单片机、LCD显示装置、工作指示、按键等，称为主电源。
（2）数据采集与处理模块：该模块以51单片机为核心，通过液位传感器收集检测信号，通过计算得到液位值。
同时控制整个系统的运行，包括：系统初始化、传感器初始化、采集并处理传感器测量得到的液位值、工作指示及测量结果显示、参数设定等。
（3）人机交互模块：包括工作指示、LCD显示。
工作指示为5个LED灯管，包括主电源指示，传感器电源指示、运行指示、数据传输指示、系统运行异常指示。
LCD显示实现当前液面位置显示、不同功能状态下内容显示。
这些都保证了用户能够简单快捷的设定、使用和维护传感器，提高用户的操作体验。
下图是水箱液位控制系统。
传感器控制执行装置MCULCD显示报警装置图2-1水箱液位控制系统由上图可观察到传感器通过对液面进行测量，输出模拟信号，再通过模数转换器把输入的模拟信号转换成数字信号，通过8051单片机的运算控制，在通过LCD进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门的开启实现对水箱的液位进行调节控制,阀门的驱动设备是舵机。
6.2.2硬件选型（一）核心芯片8051单片机图5-1单片机管脚图整个系统控制部分以ATMEL公司的8051为核心芯片，控制信号采集、处理、输出三个过程。
这种芯片内置4KEPROM，因为系统要求控制线较多，如果采用8031外置EPROM程序控制结构，则造成控制线不够；而8051却可以利用P0、P2口作控制总线，大大简化了硬件结构，并可以直接控制键盘参数输入、LCD数据显示，方便现场调试和维护，使整个系统的通用性和智能化得到了很大的提高。
内部结构及功能五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。
最高振荡频率为12Mhz。
我们可以将相应的PID调节程序写入8051单片机的程序存储器，将设定值由键盘输入到单片机后，与传感器采集的值进行比较后执行相应的调节程序。
8051实现的结构框图如下：（二）液位传感器在水箱液位控制系统中,传感器的选择是非常重要的,传感器是能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,它通常由敏感元件和转换元件组成,它的性能直接影响到整个检测系统,对检测精确度起着重要的作用。
传感器的种类很多,有温度传感器,加速度传感器,光学传感器,压力传感器的。
方案一：电容式传感器：其计算复杂，转换电路复杂，需使用555振荡电路来完成频率的转换、液位的测量。
对于接地电容传感器，普通的被动屏蔽（防护罩连接地面）是不合适的，因为电缆的附加电容与电容器的电容同时存在，而且电缆的附加电容能够远大于由于环境条件引起的传感器的电容。
为了减少这种附加电容的影响，接地电容式传感器一般采用有缘屏蔽技术连接到接口电路，价格昂贵，技术要求较高。
方案二：使用发光二极管和光敏三极管传感器，不但检测电路及原理都相对简单，更为重要的是，其为数字式传感器，可将检测液位信号转换为高低电平，易于与主控制器单片机相连，进行相应控制。
尤其是报警控制，使用蜂鸣器即可，硬件电路设计简单易懂，故障排除方便，易于实现系统报警控制。
因此，本设计主要采用的是由高亮二级管和光敏三级管所组成的液位传感器来对液位进行控制,在把检测的电信号输入到单片机进行分析,这个设计的重点是液位的控制,所以下面我要对液位传感器进行设计。
采用的是四对高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器，这种液位传感器如下图当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。
（三）变频器的选择方案一：直流电机调速范围广，过载、启动转矩大，易于控制，可靠性高，调速时的能量损耗小，但是一般用在调速较高的场所。
34方案二：步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，线性关系不好，只有周期性的误差而无累积误差，除此之外，控制简单。
方案三：舵机结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力，是位置伺服电机，但是舵机适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。
综上所述：选用方案三用舵机进行控制容器的开启。
（四）ADC0809A/D转换器ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。
在A/D转换器内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带有模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。
8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。
由于26272812345IN-0IN-1IN-2IN-3IN-4IN-5IN-6IN-7ADC0809msb2-1212-2202-3192-4182-582-6152-714lsb2-817EOC7ADD-A25ADD-B24ADD-C23ALE22多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且三态TTL输出也可以锁存，所以它易于与微型计1612ref(-)ref(+)ENABLE9ST ART6CLOCK10算机接口。