基于单片机的液位控制系统设计-ppt
基于单片机的液位控制系统的设计
基于单片机的液位控制系统的设计摘要：作为许多工业生产中的重要参数之一，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。
本文主要设计利用单片机AT89S52实现对高塔进行水位的控制、把水位探测传感器探得高塔中的水位送给单片机以实现对水泵加水系统和显示系统的控制；同时采用不同颜色的发光二极管来表示不同的水位情况、分析工作原理。
关键词：工业生产;液位;测量;控制；0 引言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。
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。
目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。
液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
1 总体方案设计鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，本设计是水箱供水为模型，以单片机为基础的液位测量监控系统。
在高塔的内部设计一个水位探测传感器用来探测水位，同时系统初始化后会显示三个不同的范围，即低水位，正常水位，高水位。
低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。
它具有实时测量监控水箱液位高度并显示的功能，并根据实时水量与设置的上、下液位参数的比较，启动电机供水或停止水泵。
在启动电机与停止水泵时，实时记录时间点与电机状态。
液位测量高度≤5米，测量精度10%，AC220V供电。
2 系统电路设计2.1 AT89S52硬件设计由于单片机是液位控制系统设计的核心部分。
整个系统中的初始化（设置警戒液位的上下限，实时显示液位值以及键盘扫描等工作）、数据交换和处理都要受控于处理器，考虑到设备应具备低功耗、可靠性高和便携性等因素。
系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。
基于单片机的液位控制系统
第一章绪论1.1 课题背景随着计算机技术、测量技术和控制技术的高速发展，越来越多的先进测量控制设备、技术和方法在自动测量控制领域中得到了广泛的应用。
单片机以其自身的特点，已广泛应用于智能仪表、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。
本课题适应了这种发展趋势，将单片机应用于液位自动控制系统中，并能实现自动报警、自动控制。
液位的测量广泛应用于太阳能热水器，工业锅炉控制，农用机水箱等。
液位控制对工农业生产、医疗监护等都有着重要的意义。
液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，在工业生产的各个领域都有广泛应用。
在工业生产中，有许多需要对容器内的介质进行液位控制的地方，使其高精度的保持在给定的数值。
液位控制一般指对某一液位进行调节控制，使其达到所要要求的精度。
液体的液位控制是近年来新开发的一项新的技术，它是自动控制、微型计算机软件、硬件等几项技术紧密结合的产物，工业作业采用的是微机控制和原有的仪表控制，微机控制的优势有很多，如：（1）集中而直接的显示各运行参数和液位状态。
（2）具有水体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够依据控制效果及时修正运行参数，能够有效减少人的疲劳与失误，从而提高生产过程的安全性与实时性。
（3）在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值，并可以修改系统控制参数，方便的改变液位上、下限。
本设计以水塔供水为模型，鉴于单片机液位控制装置的重复性好、功耗低、测量准确、使用寿命长等特点，设计以单片机为基础的液位控制系统，具有实时液位测量监控数据处理等功能。
1.2 单片机简介单片微型机简称单片机，是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路的技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU（Central Processing Unit）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、中断系统和多种I/O口、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
基于单片机的水位控制系统设计
..1 概述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。
液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。
液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。
2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。
3) 具有水体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、安全性综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。
单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。
单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。
一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。
目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。
在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。
上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。
液位控制系统方案设计PPT课件
调节器
SP
－
4～20mA
执行器
被控对象
测量变送装置
进
PLC控制系统
料
口
监
控
变
plc
送
器
+
控制器
SP －
执 行 器
4～20mA
D/A
4～20mA
A/D
执行器
被控对象
测量变送装置
数字信号
DCS控制系统
进 料 口
变 送 器
I/O
站
控
制
控
柜
制
站
执 行 器
组态王
上位机监控
JX300
控制方案确定
被控对象：锅炉 被控变量：锅炉液位 操纵变量：锅炉给水 干 扰：蒸汽用量等。
一 单回路液位控制系统 蒸汽
出口控制
LT
LC
由于水在气化过程中特 别是沸腾时的汽泡迅速 增加,将水位抬高,造成 “虚假液位”现象。
气开/气闭形式的选择
四种组合方式
序 执行机 阀
(a)
正
正
(b)
正
反
(c)
反
正
(d)
反
反
调节 气关 气开 气开 气关
气开式
选择原则：
1.首先要从生产安全出发； 2.从保证产品质量出发； 3.从降低原料、成品、动力 损耗来考虑； 4.从介质的特点考虑。
正作用与反作用(保证系统是负反馈的）
输出信号随输入信号的增加而增加的环节称为正作用环节 输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节 例如：对于调节器来说，测量值增大，输出增大，称为正作用调节器
液位 控制系统设计
第 一 设 计 组
基于PLC的液位控制系统设计_图文
课程设计说明书名称2010年 6月7日至 2010年6月11日共 1 周院系班级姓名学号系主任教研室主任指导教师目录绪论 . (2)第1章液位控制系统总体方案设计 . (3)1.1单回路控制系统 (3)1.2水箱液位的串级控制系统 (4)第2章过程控制装置概述 . (6)2.1系统简介 (6)2.2系统装置 (7)2.3 S7-300PLC 控制柜的组成 . (8)第3章硬件组态设计 . (10)3.1PLC 的选择 (10)3.2组态硬件 (11)第4章软件组态设计 . (12)4.1 实现WINCC 与S 7-300的软件通讯 (12)4.2 程序设计 (15)第5章调试过程及结果分析 . (20)5.1单容液位控制系统调试结果及分析 (20)5.2双容串级液位控制系统调试结果及分析 (23)第6章课程设计总结 . (26)参考文献： . (27)绪论课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。
课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对工业的有关方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
工业生产过程控制是现代工业自动化的一个重要领域。
它是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门综合性应用学科，理论性、综合性和实践性都很强。
随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
基于PLC的液位控制系统设计PPT
常规PID控制系统仿真图
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基于PLC的液位控制系统设计
通过不断的对参数的调试，选择得到如下的合理参数：Kp=0.45， Ki=0.0029，Kd=3；内环比例系数K=5。运行后，得到响应曲线如图所示。 Kp=0.45 Ki=0.0029
Kd=3
系统运行液位曲线
由图可知，超调约为5.42%，在2%误差带的调节时间约为455s，稳态误差 约为0.21cm。
PID控制流程图：
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基于PLC的液位控制系统设计
PID控制系统的仿真
在Simulink中搭建如图所示的双闭环常规PID液位控制系统的仿真图形，双闭 环的被控对象就是上面所建立的模型。在内环加一个饱和特性，因为内环是 由调节阀输出到上水箱的，由于调节阀的最大开度是100，在实验时当阀门达 到100以后，即使前面在有大的输入，阀门的开度仍然限制在100，因此在做 仿真实验时也要对其进行限制，以做到尽可能的做到符合实际情况。所以加 了一个饱和特性，上限是100，下限是0。
电动调节阀 ：采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。。 电动调节阀号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、 推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方 便等优点，控制信号为4—20mADC或1—5VDC，输出4—2OmADC的阀位 信号，使用和校正非常方便。
基于单片机的液位控制系统设计
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 MCUAbstractThe 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 MCU is widely used because of many characteristics such as high measurement accuracy, good repeatability, low power consumption and long useful time。
基于单片机的液位控制器设计
3.1核心芯片8051单片机
计算机芯片MCS-51是一个电脑晶片,英特尔公司生产系列。它是在MCS-48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。所出的系列产品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的单片机都以它为核心,所以本设计采用的核心芯片是8051单片机。CPU是它的核心设备,从功能上看,CPU包括两个部分:运算器和控制器,它执行对输入信号的分析和处理。
2.1系统硬件总体方案ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
系统的原理是采用电容式液位传感器对液面进行控制，并把液位状态通过模数转换器ADC0809传到单片机中，再通过3位八段LED显示器显示出液位的测量值及报警安全提示。用LED显示是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵，需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。
IN2
1 1 1
IN3
1 0 0
IN4
1 0 1
IN5
1 1 0
IN6
1 1 1
IN7
3.2.3 ADC0809的引脚图及各引脚作用
ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图3-5。
图3-5AD0809的管脚图
IN0－IN7：8条模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
整个系统电控部分以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、LED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。
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键fsaf路设计
MODasfE(模asf式)键功能： 按asfas下MODE键，就对显示进行切换。 asf ADD(加号)、SUBTRACT(减号)键功能： 在判断是AsafDD键按下后，使水压上限或 者 水压下限需要加“1”；SUBTRACT键的功 能类似ADsafD键，但是减“1” asf RESET(软asf复位)键功能： 对控saf制系asf统的参数进行重置。
1. 液位控af参数不能在关机
结 论
后保存到单片机中 2. 本控制系统saf差，误差 精度在+50pa 3. 系统的结f器报警的设计
有不足之处。
4. 系统未f如看门狗部分的 设计没有添加。
谢谢！
水压范围：0-9800 Pa 系统核心：AT89C51单片机
显示部分：四位一体共阴极数码管
键盘部分：独立式键盘 水压检测：ADC0809转换器 水位检测：浮球开关 报警部分：蜂鸣器 驱动电路：电磁继电器 水泵部分：电机
硬件a电路
第3章
硬件电路设计分asf分：
1. 水压和水s位检测电路 2. 键盘显示电路 3. 报警电路 4. 电动机控制电路
水压上限或者下限加1
水压上限或者下限减1
2. 水位仿真测试
仿真内容分为以下四个部分：
报警电路测试
第 1 部分
电机控制测试
第 2 部分
水位safaf测试
水位仿asfaf分图 水位仿真测试结果
水位上、下限 电路状态
水位上限电路断开， 水位下限电路闭合 排水、抽水电 机以及报警器 状态 无需动作
水位上限电路断开， 水位下限电路断开
是
进行按键功能的处理 并显示操作数据
显示实时水压数据 (单位Pa)
仿真测试
第5章
仿asf分
水位仿真测试
第 2 部分
1.asf测试
仿asf个部分：
水asf测试
第 1 部分
显saf测试
第 2 部分
键asf试
第 3 部分
电asf测试
第 4 部分
仿asf真asf理图
仿真测saf试是saf使 用protefsaf高电平， 蓝点代表低saf电平。
水位上限电路断开， 水位下限电路闭合 水位上限电路闭合， 水位下限电路断开
抽水电机工作
排水电机工作 报警器工作
设asfsaf结
第6章
asfsaf控制safsaf现的功能：
液位控af不sf：
1.达saf到了对指定as范围 内液位和水压的控制 2.实现了水压sf的检测以及 水压显示 3.完成了键sdf盘的控制功 能以及对水压范围的修改 4.添加了报saf警器报警， 提示系统发生异常
水asf真asf测试asf
水压safsa试表 测试内容 RESET键按下显示 MODE键按下一次显示 MODE键按下两次显示 MODE键按下三次显示 测试结果（水压：单位Pa） 0000 3456(水压下限) 5678(水压上限) XXXX(实时显示水压数据)
键盘sfsaf结果
ADD键按下显示
SUBTRACT键按下显示
基于单片机的液位控制系统
指导老师 (讲师) (工程师) 专业/班级 自动化01
学 号 12456663
论文作者 4568
目录
CONTENT
课题背景
第1章
设计方案
第2章
硬件电路
第3章
软件设计
第4章
仿真测试
第5章
课题背景
第1章
课题概述
hhahhahahahhahahahhah增加控制功能、safsaf提高生产效率，采用 AT89C51单片机进行液位和液压的控制技术。
软af设计
第4章
sfaf分：
水压fa测电路
第1部分
s 电s 路
第2部分
asdf电路
第3部分
水asasf和报警
第4部分
af电路
第5部分
软件总体设计思路
系统初始化参数：
水压采样初始值：0 Pa 默认水压下限值：3456 Pa;
开始
这是软件设计部分的 主程序流程图
默认水压上限值：5678 Pa;
共阴极数码管显示初始值：0 报警器驱动电平：低电平 抽水电机驱动电平：低电平 排水电机驱动电平：低电平
仿af信号
这是safsaf模拟电容式差压 变送器as传送的fasf不规则形 状，用以测试saf系统s运行s情 况。
A/D转换原理
START上升沿将逐次逼 近寄存器复位。下降沿启 动 A／D转换，之后EOC输 出信号变低，指示转换正 在进行。直到A／D转换完 成，EOC变为高电平，指 示A／D转换结束，结果数 据已存入锁存器。当OE输 入高电平 时，输出三态门 打开，转换结果的数字量 输到数据总线上。
safs和safsafsa
上图显示的sfsaf压值是75Pa，小于设定的 默认水afasf机dfaf不动作。
编写程saf序时令 motor1=1; motor2=0;
备注：Motor1代表抽水电机 Motor2代表排水电机
显示和控制仿真
上图显示的水压值是6750Pa，高于设定的 默认水压上限。表明水塔中的水多于，超过了 指定的范围，需要将水塔中的水排出。因此抽 水电机不动作，右图中的排水电机动作。 编写程序时令 motor1=0; motor2=1;
系统初始化
开启定时和A/D转换
启动A/D转换电平：
START=1; START=0;
系统检测和电机控制
启动定时器：
TMOD=0X01; TH0=(65536-50000)/256； TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;
否 操作完毕，退出键盘操作
判断是否有按键按下？
课题目标
采safsafsafsaf，就控制水泵工safsaf作抽水，使水塔内的水位和水压上升， 到达规定高度范围内。液位控制系统saf可以”safsaf自动”safsaf将被safsaf控装
置的液位和液压保持在一定的范围。
设计a方案
第2章
液位控制系统总体设计方案
参数：
系统模型：1m水塔
液位范围：0—100 cm