储粉仓粉位高度控制系统

1、用电力工令课程设计说明书学生姓名 学号：学院：自动化工程学院班级：题目：储粉仓粉位高度控制系统指导教师：职称：2015年6月2日目录一、设计方案1二、工作原理错误！未定义书签。2.1 流程框图 错误！未定义书签。2.2 工作原理错误！未定义书签。三、硬件设计错误！未定义书签。3.1 传感器错误！未定义书签。3.2 单片机电路设计33.2.1 at89c51功能及引脚分布 33.2.2 振荡方式的选择 53.2.3 复位电路的设计 63.3 ad转换电路的设计 63.3.1 adc0809主要信号引脚的功能 73.3.2 adc0809与at851单片机的连接 83.3.3 转换数据的传送 93

2、.4 键盘输入电路的设计 103.4.1 按键去抖 103.4.2 键盘扫描方法 113.5 数显输出电路的设计 11四、软件设计部分 错误！未定义书签。4.1 原理图的绘制 错误！未定义书签。4.2 流程图的设计 错误！未定义书签。五、参考文献 错误！未定义书签。41.设计方案利用单片机为控制核心，设计一个对锅炉煤粉粉位进行监控的系统。根据监 控对象的特征，要求实时检测煤粉的粉位高度，并与开始预设定值做比较，由单 片机控制固态继电器的开断进行粉位的调整，最终达到粉位的预设定值。检测值 若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制送粉器停止送粉；检测值若 低于下限设定值，要求报警，开启继电器

3、，控制送粉器开始送粉。现场实时显示 测量值，从而实现对煤粉粉位的监控。2.1 流程框图图1锅炉粉位自动控制系统工作流程框图2.2 工作原理基于单片机实现的液位控制器是以 at8c951芯片为核心，由键盘、数码显示、 a/d转换、传感器，电源和控制部分等组成。工作过程如下：煤粉粉位位发生 变化时，由测量粉位的传感器 znzck粉仓重锤料位计测出，并转化为 4-20ma 标准信号送入a/ d转换器，a/ d转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机 进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示粉位 高度。通过键盘设置粉位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是 直观地显

4、示粉位高度，可任意控制粉位高度。3.硬件设计液位控制器的硬件主要包括由传感器（带变送器）、单片机、键盘电路、数码 显示电路、a/ d转换器和输出控制电路等。3.1 传感器znzc重锤式料位计主要用于测量料仓及各种储料罐中的物料高度，使用户 可靠的掌握料仓中的料位.可用来测量各种复杂环境料仓的料位，包括粉状，颗粒 状及块状物料等介质.广泛应用于化工，食品，冶金，水电，水泥，塑料，采矿及其他工 业领域.。总览重锤式料位计由机械传动部分，仪表控制部分，探测锤三部分组成。 特点设计结构新颖，功能强大.可实现24小时自动测量。6图1 znzc弓唧图表1 znzc传感器参数参考操作条件环境温度：-5 c+

5、60c最小介质密度：300g/l（更小密度需定制）最小测量时间问隔：测量高度5m3m测量高度10m6m测量高度20m12m测量高度30m18m机械传动部分测量范围：最大30m测量精度: 0.08m测量速度:0.15m/s钢丝绳直径：2mm钢丝纯材质：304不锈钢探测锤重量：2kg整机重量:30kg仪表控制部分供电电压：ac220v,50hz功耗:75w信号输出：420ma显示：4位lcd重量：3kg3.2 单片机电路设计3.2.1 at89c51功能及引脚分布本次课程设计基于at89c5律片机，at89c51是一种带4k?节闪烁可编程可 擦除只读存储器的低电压，高性能 cmos8微处理器，俗称

6、单片机。at89c2051 是一种带2g节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存 储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的mcs-5指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cp庄口闪烁存储器组合在单个芯片中，atmelat89c5是一种图效彳空制器。at89(m片机为很 多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚分布如下图 3.2.1所示：pdippi。匚 p1 1 c p1_2 匚 p1 3匚 1 4匚 p1.sc p1 6匚 p1.7e rst匚 (rxdjps.oc (ix oi pj 1 匚 tnw) p33

7、匚 而e) p3 3匚 neg p34 匚 ftt) p3.sc 丽丽依茅匚 (rttl p3.7 匚 xial2c ktn 1 匚n0c40初把 n363&34333231q 拓 k27加 k24232221 vac pd.o cado) po.t 4acm) pofadj) po3 4ad3) pot (ad4) 口 po与sd的1 p0 6 ad) po.7 4a17) ea/vpp j u上上同5b psem p2,7 p24a1 专 p25 (a13) pj 4隰1箝 p2 3 (a11) p,2 pz，1询 112 0 ta)图3.2.1 at89c51及引脚分布vcc供电电压。g

8、nd接地。p0口 ： p0口为一个8位漏级开路双向i/o 口，每脚可吸收8ttld电流。当p1 口 的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0tg够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash程时，p0 口作为原码输入口，当 fiash1行校马时，p0ft出原码，此时p的卜部必须被拉高。p1 口： p1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o 口，p1 口缓冲器能接收输 出4ttld电流。p1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部 下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash程和校验 时，p1 口作为第八位地址接收。p2

9、口 ： p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2口缓冲器可接收，输出 4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的 缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八 位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口 ： p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收输出4个ttld电

10、流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c5的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能p3.0 rxd （串行输入口）p3.1 txd （用行输出口）p3.2 /int0 （外部中断0）p3.3 /int1 （外部中断1）p3.4 t0 （记时器0外部输入）p3.5 t1 （记时器1外部输入）p3.6 /wr （外部数据存储器写选通）p3.7 /rd （外部数据存储器读选通）p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst复位输入。当振荡器复位器件时，要保持

11、rst两个机器周期的高电平 时间。ale/prog当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在flashy程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ales以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6 。因此它可用作对外部 输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时， 将 跳过一个ale永冲。如想禁止ale勺输出可在sfr8eh址上置0。此时，ale只有 在执行movxmovc令是alet起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理 器在外部执行状态alet止，置位无效。/psen4外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取

12、指期间，每个 机器周期两次/psem效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psem1号 将不出现。/ea/vpp:当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh , 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset当/ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 flas编程期间，此引脚也用于施加 12vg程电源（vpp。xtal1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2来自反向振荡器的输出。本次设计用到的是内部振荡方式， 这种方式下在x1和x2两端跨 接石英晶体及两个电容，如下图所示，这样就和内部的反响放大器构 成稳定的自

13、己振荡器。电容 c1和c2通常取30pf,可稳定频率并对 正当频率有微调作用。接线图如下：c2iin101*xtal2图3.2.2内部振荡方式143.2.3复位电路的设计复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的rct位电 路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（a点） 和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整rc常数改变延时会令驱动能 力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平 safe手动复位开关

14、ch可避 免高频谐波对电路的干扰。电路图如下：图3.2.3复位电路3.3 ad转换电路的设计本次课程设计使用ad专换器件是adc0809 adc08098路模拟信号的分时采 集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时 间为100仙s左右，adc0809片为28引脚为双列直插式封装,其引脚分布图如下:7叫一1:q风am 风5 3风1士 g码r istartg*5e0c -khd adc030302130e q力clock功19v wttcc贮jl：gndb说d,11ib1码 叫adda adde addcale 斗rel l 图3.3 ad0809引脚图3.3.1 a

15、/dc0809主要信号引脚的功能in7in0模拟量输入通道ale-地址锁存允许信号。对应alet跳沿，a r cft址状态送入地址锁 存器中。star转换启动信号。start升沿时，复位adc0809 start降沿时启 动芯片，开始进行a/d转换；在a/d转换期间，start保持 低电平。本信号有时 简写为st.a、b c-一地址线。 通道端口选择线，a为低地址，c为高地址，引脚图中 为adda add addc其地址状态与通道对应关系见表 9-1。clk-一时钟信号。adc080的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供， 因此有时钟信号引脚。通常使用频率为 500khz勺时钟信号eoc一

16、转换结束信号。eoc=0正在进行转换；eoc=1转换结束。使用中该 状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。dd0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接 相连。d0为最低位，。为最高oe-输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数 据。oe=0输出数据线呈高阻；oe=1输出转换得到的数据。vcc+5v电源。vref 参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为 +5v（vref（+）=+5v, vref（-）=-5v）.3.3.2 a/dc0809与at851单片机的连接电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟

17、信号通道的选择，二是a/d转换完 成后转换数据的传送。adc0809iat89c5律片机的连接图如下：at89s51ale startoeeccadc080974ls373-74ls021+eh4+=il + 9p0.q/d0 po 1/d1 貂瓶 p0.4/imp0.5/d5po6/d6 po.7/d7alep3wrp2.7mi5p37/r5p3.2/rnto图3.3.2.1 adc0809与at89c51单片机的接线图komk2露 w 第ir j hiiidodld2n5d4发d7如图3.2.2.2所示模拟通道选择信号a、b、c分别接最低三位地址a、a、a 即（po.o、po.i、po.2

18、）,而地址锁存允许信号al时r.0控制，则8路模拟通道的地址 为0fef850feffh此外，通道地址选择以 w阵写选通信号，这一部分电路连接 如图所示。calestart图3.2.2.2 模拟通道选择信号接线图从图中可以看到，把alrj号与start号接在一起了，这样连接使得在信号 的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。启动a/d转换只需要一条movx令。在此之前，要将p2.0清零并将最低三位与 所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针 dptrk例如要选择in。通道时， 可采用如下两条指令，即可启动 a/d转换：mov dptr , #fe00h ;送入 0809的 口地址

19、movx dptr , a ;启动 a/d转换（in0） 注意：此处的a与a/d转换无关，可为任意值。3.3.3 转换数据的传送a/d转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题 是如何确认a/d转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用 下述三种方式。1）定时传送方式对于一种a/d转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如adc0809换时间为128包 相当于6mhzmcs-5律片机共64个机器周期。可 据此设计一个延时子程序，a/d转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转 换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2）查询方式a/d转换芯片由

20、表明转换完成的状态信号，例如 adc080的eo毓。因此可以 用查询方式，测试eoc勺状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。3）中断方式把表明转换完成的状态信号（eoc作为中断请求信号，以中断方式进行数 据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数 据传送。首先送出口地址并以 而信号有效时，oew号即有效，把转换数据送上 数据总线，供单片机接受。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传 送。所用的指令为movx卖指令，仍以图9-17所示为例，则有mov dptr , #fe00hmovx a , dptr该指令在送出有效口地址的同时

21、，发出 rd有效信号，使0809的输出允许信 号oet效，从而打开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入 隔加器中。这里需要说明的示，adc080的三个地址端a、r cw可如前所述与地址线相 连，也可与数据线相连，例如与d0d2相连。这是启动a/d转换的指令与上述类似， 只不过a的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号in。in7相一致。例如当 a、b、c分别与d0、d、d2相连时，启动in7的a/d转换指令如下：mov dpr #fe00h ;送入 0809的 口地址mov a , #07h; d2d1d0=11 选择in7通道movx dptra ;启动 a/d转换3.4 键盘输入电

22、路的设计3.4.1 按键去抖通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小 型如下图。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接 通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖 动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定 ，一般为5m10ms按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的 ，一般为零点几 秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保 cpu寸键的一次闭合仅作 一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释 放稳定后再作处理。按键的抖动，可用硬件或软件两种方法。(1)硬件消抖：在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的rst虫发器为常用的硬件去抖。图中两个 与非”门构成一个rst虫发器。当按键未按下时，输出为1;当键按下 时，输出为0。此时即使用按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬