基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本本 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) （申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位）（申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位） 論論 文文 題題 目目 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作作者者姓姓名名 所所學(xué)學(xué)專專業(yè)業(yè)名名稱稱 自動(dòng)化 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 2 20 01 13 3 年年 6 6 月月 日日 目目 錄錄 摘 要.1 abstract.1 1 緒論.2 1.1 水箱水位控制系統(tǒng)研究背景及意義.2 1.2 水箱水位控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .3 1.3 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程.3 2 單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).3 2.1 程序概要設(shè)計(jì) .3 2.2 系統(tǒng)程序原理.4 2.2.1 系統(tǒng)流程框圖及主程序 .4

2、2.2.2 自動(dòng)模式子程序原理及流程框圖.4 3 水箱水位控制系統(tǒng)的調(diào)試 .5 3.1 水箱水位控制系統(tǒng)組成 .5 3.1.1 交流變頻調(diào)速.5 3.1.2 水箱系統(tǒng)組成 .6 3.1.3 壓阻式壓力傳感器原理 .7 3.1.4 單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制 .8 3.2 調(diào)試結(jié)果.9 結(jié)論.12 參考文獻(xiàn).12 附錄.14 致 謝.17 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件。它的性能的好壞，工作質(zhì)量的優(yōu)良與 否對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，尤其關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn) 行操作的，這樣的人工操作方式給水

3、箱的控制和監(jiān)控帶來了很大的弊端。 本系統(tǒng)以 8051 單片機(jī)為核心控制水箱的水位。由壓力傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)的 模擬量輸入口。然后由單片機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)與給定值進(jìn)行比較和運(yùn)算，得到輸出控制信號(hào)。通過單片 機(jī)控制交流變頻器從而控制交流電機(jī)。通過水泵直接調(diào)節(jié)水箱的液位，直到達(dá)到設(shè)定水位。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；水位；控制 design of control system of water level based on single chip microcomputer abstract：large water tanks are a lot of companies essential to t

4、he production process of parts, the quality of its performance, the quality of work fine or not has a great influence on the production, especially the safety of production. in the past, many of the tanks are operated by the staff,the manual mode of operation has brought great disadvantages to contr

5、ol and monitor the water tank. the designof the system use the single-chip microcomputer control technology with 8051 single-chip microcomputer as the core control of the water level of the water tank. detection signal output from the pressure sensor, analog input into the single chip.then the mcu o

6、f the detection signal to compare the value and operation.the single-chip microcomputer get the output control signal. through the single-chip microcomputer to control ac frequency converter and ac motor. liquid level directly regulating water tank through a water pump, until it reaches the set wate

7、r level. keywords: single chip microcomputer; level ;control 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 1 緒論緒論 1.1 水箱水位控制系統(tǒng)研究背景及意義 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要控制液體水位。隨著國(guó)家工業(yè)的迅速發(fā)展，水位控制技術(shù)被廣泛應(yīng) 用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。低溫液體（液氧、液氮、液氬、液化天然氣及液體二 氧化碳等）得到廣泛的應(yīng)用，作為貯存低溫液體的容器要保證能承受其載荷；在發(fā)電廠、煉鋼廠中， 保持正常的鍋爐汽包水位、除氧器水位、汽輪機(jī)凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設(shè)備安全 運(yùn)行的保證；在教學(xué)與科學(xué)研究中，也經(jīng)常碰到需

8、要進(jìn)行水位控制的實(shí)驗(yàn)裝置。 大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有 著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的， 這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操 作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的 人身安全等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化 系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)效率。 從水資源節(jié)約方面考慮，以往的人工控制在很多情況下，造成資源

9、不必要的浪費(fèi)，大部分原因 是水箱內(nèi)部水位沒有及時(shí)的反饋信息到操作員，從而使控制上有一定的延遲，從而造成了水量過多 或者沒能及時(shí)補(bǔ)水而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對(duì)水箱水位的監(jiān)控以及自動(dòng)化的引入可以 很好的改善補(bǔ)水過多和及時(shí)補(bǔ)水的情況，可以很好的節(jié)約資源有效的降低成本。 單片機(jī)，一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，它的誕生使眾多自動(dòng)化控制系 統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。80c51 以它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造廉價(jià)，支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多嵌入 式系統(tǒng)開發(fā)中。 因此，基于 80c51 單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)研究有著重要的意義。 水位控制一般指對(duì)某一水位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度

10、。液體的水位自動(dòng)控制， 是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物， 工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制，危機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢(shì)： （1）直觀而集中的顯示運(yùn)行參數(shù)，能顯示水位狀態(tài)。 （2）在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)， 可以方便的改變水位的上限、下限。 （3）具有水體控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī) 上能根據(jù)控制效果及時(shí)修改運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí) 性、安全性。 綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。單

11、片機(jī)在一塊芯片上集 成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的 cpu、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高 和完善，體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境 差，干擾強(qiáng)，利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn)，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，使用單 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 片機(jī)控制水箱水位是很好的選擇。 1.2 水箱水位控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域，它以自身的自 動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段，它的成本還很高。 比如把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自動(dòng)化控制的

12、水箱，從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè)，對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施 的性價(jià)比較高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著自動(dòng)化技術(shù)的改 進(jìn)和硬件成本的降低，以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。 我國(guó)仍然處于生產(chǎn)型發(fā)展中國(guó)家，所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中，水箱是比不可少的部件， 即使是發(fā)達(dá)國(guó)家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。隨著我國(guó)嵌 入式技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品，大量的 水箱控制任然通過專職的人員進(jìn)行控制。隨著我國(guó)單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，以及單片機(jī)生產(chǎn)成 本的下降，基于單片機(jī)的水箱控制系

13、統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的發(fā)展空間1。而且越 來越多的水箱生產(chǎn)廠商開始聘用單片機(jī)開發(fā)人員和電路設(shè)計(jì)人員，將控制系統(tǒng)成為水箱設(shè)計(jì)的一部 分，以提高自身產(chǎn)品的安全性能和科技含量來提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。 1.3 基于單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 采樣與顯示 h（液位高） 1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 由檢測(cè)變送元件輸出的檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)的模擬量輸入口，然后由單片機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)與給 定值進(jìn)行比較和運(yùn)算，得到輸出控制信號(hào)。單片機(jī)在過程控制中:一是作為控制器與參數(shù)監(jiān)測(cè)元件、 變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成一個(gè)直接數(shù)字控制系統(tǒng)從而控制水泵，實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)，使水位穩(wěn)定在設(shè)定 的值；二是依靠串行口

14、 com1 數(shù)據(jù)通訊與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與顯示。 2 單片機(jī)的水箱液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2.1 程序概要設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序開發(fā)，使用的語言給匯編語言。程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)水位處于 lg(高)、ld(低)或 ldd(低低) 時(shí)，報(bào)警信號(hào)輸出，判斷泵水方式(自動(dòng)或手動(dòng))。當(dāng)水位到達(dá)規(guī)定容量時(shí)，停止泵水。在次程序中， 低電平為有效(即 0 為有效),高電平為無效(即 1 為無效)。 計(jì)算 機(jī) 單片機(jī) 控制 交流變 頻器 交流 電機(jī) 水泵 上水 箱 檢測(cè)變送 1 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2.2 系統(tǒng)程序原理 2.2.1 系統(tǒng)流程框圖及主程序 主程序要實(shí)現(xiàn)的是，對(duì)數(shù)據(jù)的初始化，并且判斷用戶是使用自動(dòng)

15、模式還是手動(dòng)模式，根據(jù)用戶 的具體需求：若用戶選擇自動(dòng)模式，則程序調(diào)用自動(dòng)化子程序；若用戶選擇手動(dòng)模式，則程序調(diào)用 手動(dòng)子程序。 開始 初始化 自動(dòng) 轉(zhuǎn)自動(dòng) 轉(zhuǎn)手動(dòng) 圖 2-1 主程序流程圖 系統(tǒng)主程序： org 0000h ajmp main org 0060h main: mov p1, #ffh ；p1 p3 口初始化置 1 mov p3，#ffh jnb p1.3 ， aut ；若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序 ajmp men ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序 end 2.2.2 自動(dòng)模式子程序原理 自動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自動(dòng)化控制模式。自動(dòng) 模式

16、子程序首先判斷水位是否高 lg，若水位高于指標(biāo)，則運(yùn)行“水位高報(bào)警”程序，并返回主程 序。若水位不高，則判斷水位是否低 ld，若水位低，則試運(yùn)行“水位低報(bào)警”程序。然后判斷水 位是否低于 ldd：若水位沒有達(dá)到 ldd 的指標(biāo)，則試判斷“m1 是否開啟” ，若沒有開啟，則開啟 m1;若 “m1 開啟”則判斷“m2 是否開啟” ，若“m2 開啟” ，則程序運(yùn)行“停止 m2”程序；若“m2 沒有開 啟” ，則試程序運(yùn)行“延遲 1 分鐘” ， 一分鐘后程序“返回主程序” 。若水位達(dá)到水位 ldd 的指標(biāo)， 則運(yùn)行“水位低低報(bào)警” ，然后程序判斷“m1 是否開啟” ，若“m1 未開啟”則運(yùn)行“m1 開

17、啟”程序； 若“m1 開啟”則程序判斷“m2 是否開啟” ，若“m2 未開啟”則運(yùn)行“m2 開啟”程序，若“m2 開啟” 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 ，則運(yùn)行“延遲一分鐘” ，一分鐘后程序“返回主程序” 。 其程序控制如下所示： org 0000h ajmp main org 0060h main： mov p1, #ffh ；p1 p3 口初始化置 1 mov p3，#ffh jnb p1.3 ， aut ；若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序 ajmp men ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序 end aut： nop ；空命令 jnb p1.2 ，lg ；水位高-lg jb p1.1，ld ；水位

18、沒低-ld clr p3.1 ；水位低報(bào)警 jb p1.0, ldd ；水位未低低-ldd clr p3.0 ；水位低低報(bào)警 jnb p1.6, y1 ；m1 已啟動(dòng)-y1 clr p1.4 ；否則啟動(dòng) m1 y1： jnb p1.7 ,y2 ；m2 已啟動(dòng)-y2 clr p1.5 ；否則啟動(dòng) m2 y2： acall delay ；延時(shí) 1 分鐘 ajmp aut ；返回自動(dòng)模式 ldd： jnb p1.6 ,y3 ；單獨(dú)運(yùn)行 m1（ldd水位ld） clr p1.4 y3： jb p1.7， y2 setb p1.5 ajmp y2 lg： clr p3.2 ；水位高報(bào)警 ld： ajmp

19、 main ；返回主程序 3 水箱水位控制系統(tǒng)的調(diào)試 3.1 水箱水位控制系統(tǒng)組成 3.1.1 交流變頻調(diào)速 該硬件調(diào)試中變頻器選取三菱 fr-s520s-0.4k 型。三菱變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。三菱變頻器主要采用交直交方式（vvvf 變頻 或矢量控制變頻） ，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、 電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。三菱變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控 制 4 個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 igbt 三相橋式逆變器，且輸出

20、 為 pwm 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 工作原理：（1）主回路：電抗器的作用是防止三菱變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回 路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)三菱變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器； 濾波器是安裝在三菱變頻器的輸出端，減少三菱變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)三菱變頻器到電機(jī)的距 離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)該安裝濾波器。雖然三菱變頻器本身有各種保護(hù)功能，但缺相保護(hù)卻并不完美，斷路 器在主回路中起到過載，缺相等保護(hù)，選型時(shí)可按照三菱變頻器的容量進(jìn)行選擇。可以用三菱變頻 器本身的過載保護(hù)代替熱繼電器。 （2）控制回路：具有工頻變頻的手動(dòng)切換，以便在變頻出現(xiàn)故障 時(shí)可

21、以手動(dòng)切工頻運(yùn)行，因輸出端不能加電壓，固工頻和變頻要有互鎖。 在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，多采用微機(jī)或者 plc 控制技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者改造過程中，一定 要注意三菱變頻器對(duì)微機(jī)控制板的干擾問題。在采用三菱變頻器后，產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾，往往 導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取下述必要措施： （1)良好的接地。電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機(jī)控制板的 屏蔽地，應(yīng)單獨(dú)接地。對(duì)于某些干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，建議將傳感器、i/0 接口屏蔽層與控制板的控制 地相連。 （2)給微機(jī)控制板輸入電源加裝 emi 濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，可以有效抑制傳導(dǎo)干擾。 另外，在輻射干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，如

22、周圍存在 gsm、或者小靈通基站時(shí)，可以對(duì)微機(jī)控制板添加金 屬網(wǎng)狀屏蔽罩進(jìn)行屏蔽處理。 （3)給三菱變頻器輸入端加裝 emi 濾波器，可以有效抑制三菱變頻器對(duì)電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾，加 裝輸入交流和直流電抗器，可以提高功率因數(shù)，減小諧波污染，綜合效果好。 (4)對(duì)模擬傳感器檢測(cè)輸入和模擬控制信號(hào)進(jìn)行電氣屏蔽和隔離。因?yàn)槿庾冾l器一般都有多段 速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果非要用模擬量控制時(shí)，建議一定采用屏蔽電纜， 并在傳感器側(cè)或者三菱變頻器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地。如果干擾仍舊嚴(yán)重，需要實(shí)現(xiàn) dc/dc 隔離措 施?？梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)的 dc/dc 模塊，或者采用對(duì) v/f 轉(zhuǎn)換光隔離,再采用頻率

23、設(shè)定輸入的方法。 此模塊的主要作用是控制電機(jī)向水箱中注水，并且根據(jù)設(shè)置的參數(shù)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速使水箱水 溫達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。 3.1.2 水箱系統(tǒng)組成 被控對(duì)象包括上水箱、下水箱、復(fù)合加熱水箱以及管道。調(diào)節(jié)器主要有模擬調(diào)節(jié)器（含比例 p 調(diào)節(jié)、比例積分 pi 調(diào)節(jié)、比例微分 pd 調(diào)節(jié)、比例積分微分 pid 調(diào)節(jié)） 、位式調(diào)節(jié)器、智能儀表調(diào) 節(jié)器、plc 控制器、單片機(jī)控制、計(jì)算機(jī)控制等。在本設(shè)計(jì)中用到的是上下水箱、模擬調(diào)節(jié)器、單 片機(jī)控制。 執(zhí)行器模塊主要是磁力驅(qū)動(dòng)泵。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 3-1 系統(tǒng)組成圖 變送器模塊主要有流量變送器（ft） 、液位變送器（lt1，lt2） 、壓力變

24、送器（pt）等。變送器 的零位、增益可調(diào)，并均以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) dc0-5v 輸出。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖 3-1 所示，被控對(duì)象的供 水有兩路：一路是由磁力泵 1 從儲(chǔ)水箱中抽水，通過閥 1 再經(jīng)閥 3 向上水箱供水、經(jīng)閥 4 向下水箱 供水；另一路是磁力泵 2 從儲(chǔ)水箱中抽水，分別通過閥 2 經(jīng)閥 9 向上水箱供水、經(jīng)閥 10 向下水箱 供水。每個(gè)水箱的出水口均經(jīng)過線性化處理，上水箱的水通過閥 6 流到下水箱，在上水箱中安裝 了壓力傳感器（pt、lt1） ，用于檢測(cè)壓力、液位的大小。 3.1.3 壓阻式壓力傳感器原理 壓阻式壓力傳感器如圖 3-2 是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器

25、。壓阻 式傳感器常用于壓力、拉力、壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度、重量?應(yīng)變、流量、真空度）的測(cè)量和控制。當(dāng)力作用于硅晶體時(shí)，晶體的晶格產(chǎn)生變形,使載流子從一 個(gè)能谷向另一個(gè)能谷散射,引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動(dòng)了載流子縱向和橫向的平均量，從 而使硅的電阻率發(fā)生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異，因此硅的壓阻效應(yīng)與晶體的取向有關(guān)。 硅的壓阻效應(yīng)不同于金屬應(yīng)變計(jì)，前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變 化則主要取決于幾何尺寸的變化（應(yīng)變），而且前者的靈敏度比后者大 50100 倍。 壓阻式壓力傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻

26、芯片,并將此芯片的 周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線。壓阻式壓力傳感器又稱為固態(tài)壓力傳感器，它不同于粘 貼式應(yīng)變計(jì)需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測(cè)壓力的。硅膜片的一 面是與被測(cè)壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設(shè)計(jì)成周邊固支的圓形， 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 直徑與厚度比約為 2060。在圓形硅膜片(n 型)定域擴(kuò)散 4 條 p 雜質(zhì)電阻條,并接成全橋，其中兩 條位于壓應(yīng)力區(qū)，另兩條處于拉應(yīng)力區(qū)，相對(duì)于膜片中心對(duì)稱。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一 晶面的一定方向上擴(kuò)散制作電阻條 ，兩條受拉應(yīng)力的電阻條與另兩條受壓應(yīng)力的電阻條構(gòu)成全橋。 在本設(shè)

27、計(jì)中壓力傳感器主要是檢測(cè)水箱壓力大小，通過壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)化成液位從而判斷 水箱液位的高度。壓力傳感器將信號(hào)傳給單片機(jī)，通過單片機(jī)控制電機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水位的目的。 圖 3-2 壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)組成 3.1.4 單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制 （1） 、8051 用于控制電動(dòng)機(jī)時(shí)的輸入輸出端口設(shè)置 在 io 口 po、p1、p2 與內(nèi)部資源之間是使用交叉開關(guān)進(jìn)行連接的。某些內(nèi)部資源與 io 引 腳相連接時(shí)必須通過交叉開關(guān)控制寄存器 xbro、xbrl、xbr2 進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存 器 xbro、xbrl、xdr2 的作用是：確定被選擇的資源。這些被選擇的資源分配到哪些 io 引腳上去， 則

28、由交叉開關(guān)優(yōu)先表根據(jù)排列的優(yōu)先順序來確定。 （2） 、電動(dòng)機(jī)控制中的模數(shù)轉(zhuǎn)換在 c805l 中的實(shí)現(xiàn) a可編程窗口檢測(cè)器在電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用中非常有用。它不停地、自動(dòng)地將 adc 輸出與用戶 編程的極限值進(jìn)行比較。并在檢測(cè)到越限條件時(shí)通知系統(tǒng)控制器。 （3） 、電動(dòng)機(jī)控制中的 pwm 和測(cè)頻在 c8051 中的實(shí)現(xiàn) 在有刷和無則直流電動(dòng)機(jī)的控制中需要使用脈寬調(diào)制(pwm)技術(shù)，通過調(diào)節(jié) pwm 信號(hào)的占空 比來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。因此，pwm 波發(fā)生器在直流電動(dòng)機(jī)的控制中是不可缺少的。此外，電動(dòng)機(jī)控制中還 經(jīng)常需要對(duì)輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻。 c805l 單片機(jī)有 pwm 功能和捕捉功能。這些功能都包含在一個(gè)

29、稱為可編程計(jì)數(shù)器列陣 pca 當(dāng)中。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 pca 除了有 pwm 功能和捕捉功能外，還有比較功能和高速輸出功能。 單片機(jī)在本設(shè)計(jì)中主要是接收來自壓力傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)的模擬量輸入口。 然后由單片機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)與給定值進(jìn)行比較和運(yùn)算，得到輸出控制信號(hào)。通過單片機(jī)控制交流變頻 器從而控制交流電機(jī)。通過水泵直接調(diào)節(jié)水箱的液位，直到達(dá)到設(shè)定水位。 3.2 調(diào)試結(jié)果 （1） 、按照應(yīng)用需要所設(shè)計(jì)的電路圖連接試驗(yàn)臺(tái)電路如圖 3-3 所示 圖 3-3 系統(tǒng)調(diào)試連接圖 （2） 、根據(jù)水位控制系統(tǒng)要求將 kp 設(shè)置為 40；ki 設(shè)置為 10：kd 設(shè)置為 0。如圖 3-4 所

30、示 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 3-4 上位機(jī)參數(shù)設(shè)置圖 （3） 、啟動(dòng)電機(jī)后，電機(jī)向復(fù)合水箱注水，通過液位變送器將液位檢測(cè)信號(hào)送至單片機(jī)模塊 gk-03，再用單片機(jī)模塊輸出的模擬信號(hào)控制交流變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而形成一個(gè)閉 環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制。 （4） 、水位開始上升，在上位機(jī)中可以看到實(shí)時(shí)的曲線變化如圖 3-5 所示。 圖 3-5 水位上升實(shí)時(shí)監(jiān)控圖 （5） 、當(dāng)水箱內(nèi)的水位達(dá)到預(yù)設(shè)的 4cm 左右后電機(jī)就會(huì)隨著水位的變化通過單片機(jī)控制電機(jī)動(dòng) 作實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水箱的水位，在上位機(jī)的監(jiān)控軟件上可以看到水位的實(shí)時(shí)變化曲線如圖 3-6，由圖中曲 線可知水位通過水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)最后

31、趨于穩(wěn)定的預(yù)設(shè)值。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 3-6 水位趨于穩(wěn)定實(shí)時(shí)監(jiān)控圖 （6）通過單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)使得水位結(jié)果穩(wěn)定在為 4.01cm，基本達(dá)到預(yù)設(shè)值如圖 3-7 所示。. 圖 3-7 實(shí)際結(jié)果圖 結(jié)論 在本次的畢業(yè)論文是基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)，主要核心就是 80c51 單片機(jī)。通過這次設(shè)計(jì)， 我綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)去分析和解決問題，我深刻的了解和掌握了單片機(jī)的控制原理和設(shè)計(jì) 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 方法。不僅加深和回顧了但單片機(jī)等專業(yè)知識(shí)而且積累到單片機(jī)控制技術(shù)在實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)。 由于自身缺少在實(shí)踐設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，所以在這次的設(shè)計(jì)中我自身也發(fā)現(xiàn)了很多不足的方面，從論

32、文的本身的方面的結(jié)構(gòu)到具體設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的不足使得設(shè)計(jì)和論文存在的很多的問題， 但是我的導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)下，經(jīng)過前后多次的修改和完善，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。單片機(jī)控 制技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)有著非常潛力和前景的專業(yè)技術(shù)，我相信通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，不僅加深和 掌握了這一專業(yè)技術(shù)，而且也提高了自己的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)，為我的大學(xué)生涯畫下一個(gè)完整的 句號(hào)。 參考文獻(xiàn) 1李萍.51 系列單片機(jī)叢書 at80c51 單片機(jī)原理、開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例m.北京：中國(guó)電力出版社， 2008:47 2秦獲輝.科技英語（電子類）m.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2005:98 3楊興瑤，張益清等.新編實(shí)用電子電

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38、錄： （1） 、實(shí)驗(yàn)室儀器使用清單 表附錄 1-1 實(shí)驗(yàn)室儀器使用清單 8051 單片機(jī)交流變頻器三菱 fr- s520s-0.4k 壓力傳感器水箱系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)電源變頻磁力泵（電機(jī)）固態(tài)繼電器 上位機(jī)監(jiān)控軟件串行通訊接口 （2） 、軟件設(shè)計(jì)總程序 org 0000h ajmp main org 0060h main: mov p1, #ffh ; p1 p3 口初始化置 1 mov p3，#ffh jnb p1.3 ， avt ； 若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序 ajmp men ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序 end aut： nop（空命令） jnb p1.2 , lg ;水位高lg 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 jb p1.1 ld ， ；水位沒低-ld clr p3.1 ；水位低報(bào)警 jb p1.0, ldd ；水位未低低-ldd clr p3.0 ；水位低低報(bào)警 jnb 3.1 p1.6,