简单智能液体加注装置

1、智能液体加注装置班级：11班电子信息2班4组 小组成员： 组长：艾白 组员：李明明、杨凯丽、 路漫漫、贺莲花 指导教师：高老师摘要本系统采用STC单片机89C52RC 作为核心处理芯片，自动注水小车系统的软件设计采用高精度的控制算法实现。平板电动小车采用单个步进电机独立驱动，控制精度高，稳定性好；注水探头也采用单个步进电机独立控制，准确度高；自动注水装置由流量计、高度传感器、滑轮、支架、平板电动小车等构成；另外，系统采用双机通信模块，将平板电动小车行使过程中的注水量、时间、路程、高度参数等分段实时传送，构成了简单的远程控制系统。AbstractThe system selects STC mi

2、crocomputer 89C52RC as core processing chip, automatic filling the car system software design using high precision control algorithm. Electric car using a single plate step motor drive, independent high control accuracy, good stability; Water injection also selects a single probe stepping motor inde

3、pendent control, high accuracy; Automatic filling device by flow meters, highly sensors, pulley, bracket, flat electric car of; In addition, the system with double machine communication module, electric car will be flat in the process of exercise and injected water, time, distance, highly parameters

4、, such as section real-time transmission, constitute a simple remote control system.关键词：STC单片机89C52RC，步进电机，高度传感器，流量计一、 方案设计与论证 根据题目给定条件，对该系统自动注水过程的特点及其控制特性进行了分析。分析结果表明该系统为一个精确控制系统，且在不同的位置需要注入不同的水量。由于该系统为一个精确控制系统，采用常规的控制算法精度达不到要求。因此在软件设计是采用分段式变参数控制算法。根据以上分析，实现系统要求的关键技术主要有平板电动小车，电机的选择及注水量高精度控制的实现两个方面，

5、根据制作实验装置的实际情况，系统对平板电动小车的要求应定位精度高、速度不宜过快，对注水量有较高的准确度及灵敏度。为此，分别做了几种不同的设计方案，并进行论证。1. 电机类型选择方案一：使用直流电机。直流电机的特点是速度快，驱动电路简单。但是直流电机的位置控制难度大，难以达到较高的控制精度。方案二：使用步进电机。步进电机是一种将电脉冲信号转化成相应的角位移（或线位移）的机电组件，它的转角及转速分别取决于脉冲信号的数量和频率。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得它可以达到很高的控制精度，且控制难度要比直流电机小得多。分析两个方案的优、缺点，本系统采用第二种方案。

6、2. 电机驱动电路选择方案一：采用步进电机专用驱动模块。此方案可以为步进电机提供稳定的工作电压和工作电流，而且外围电路简单、元件少、重量轻、控制简单。方案二：采用L298N电机驱动芯片，外围电路简单，电路稳定相对较差。比较以上两种方案，本系统采用方案一。3. 注水量高精度控制。方案一：采用流量计流量计可以精确地控制水流量，操作简单，但是只能单方向测量。方案二：测量水位高度的放法。此方法控制简单，灵敏度高，但精确度不够。自制高度传感器如图一所示。水杯铜丝导线图1 高度传感器综合两个方案的优缺点及题目要求，故基本部分采用方案一，发挥部分采用方案二。基于题目要求及以上分析，本系统主要由平板小车，控制

7、小车设备，水管收放设备，流量计，高度传感器，水泵。系统各部分功能如下。 中央处理模块：采用两片STC单片机89C52RC作为主从控制器，完成系统控制功能。 电机驱动模块：采用两片ULN2003A及单片机89C52RC作为步进电机驱动电路。 水泵驱动模块：采用一片L298N及单片机89C52RC作为水泵驱动电路 高度检测模块：采用自制高度传感器作为高度检测模块。 电源模块：采用7812，,7809，7805稳压块及周边器件作为电源。 双机通信模块：采用两片STC单片机89C52RC作为发送机与接收机。 数码管显示模块：采用开发板自带模块。 声光报警模块：采用开发板自带蜂鸣器及发光二极管作为报警模

8、块。二、理论分析与计算1、理论计算水流量计算方法：采用磁感应、非接触式的流量计量传感器，开关量信号输出，具有测量精度高、耐温、耐潮、耐压（>1.75Mpa）等特点，精度为0.2564ml（3900个脉冲/L），脉冲个数N，水量V，可推公式： V=N*0.2564ml。控制水管高度：采用精度高的步进电机，八拍编码可达到微细控制， 4096个编码转一圈，电机轮周长10cm，可达到24.4m的精确度，起始高度H，下降编码数N，水面高度公式：h=HN×（1004096）。高度传感器： 根据实际测量水杯内水的电阻值R0为50K200K欧姆。 刚开始1端电压为4.36V 当探针伸入水中时，

9、R0与R2并联阻值为46.6K154.5K欧,此时1端电压为1.6V3V. 2端电压为3.5V 通过比较器比较1端和2端的电压，当探针伸入水之前，比较器输出为高电平，当探针伸入水中，比较器电压为低电平。 图2 高度传感器原理 三、电路与程序设计 1、硬件电路设计 主控制电路设计 图3 单片机最小系统STC单片机89C52RC主要完成以下功能： 根据设定的路线和高度控制步进电机运行。 根据设定控制水泵运行。 计算所有测量数据并传输给显示系统。 采集流量计数据。 采集高度传感器数据。 接收和发送主从机控制命令。 控制声光报警提示 步进电机驱动电路设计 图4 步进电机驱动采用步进电机专用驱动模块UL

10、N2003A（如图4所示）28BYJ-48步进电机 。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 水泵驱动电路设计 图5 L298电路采用L298作为驱动电路（如图5所示） 高度传感器及水面报警电路设计图6 高度传感器通过传感器采集到的信号传递给比较器，将信号变为TTL电平，通过单片机控制水位高度及声光报警。 显示模块设计图7 数码管 按键模块设计图8

11、按键 电源模块设计图9 电源 双机通信模块TXDRXDRXDTXDGNDGND操作机控制机 图10 双机通信2、软件程序设计流程软件设计流程图如图11所示。基本部分工作过程如下：首先将小车置于A杯出，接通电源，通过控制机发送运行参数及操作指令到操作机，使其开始工作，通过按键设定水量按注水键放下水管开始注水，注水停止后拉上水管。一次向B、C、D、E、F号水杯中加注水，使水杯中的水达到指定量。加注完成后小车回到A号杯位置，并给出声光报警。发挥部分工作过程如下：小车回到A杯后，继续从A杯开始通过高度传感器，实现加水抽水的过程。当原杯中有水且水量少于设定的量时，则只加入所缺少的部分；当原杯中有水且水量

12、大于设定的量时，则从杯中吧多余的水抽走；当水桶中的水量少于指定高度时报警。开始 初始化判 断 阶 段前进检测到水杯提示设定水量注水是否第六个杯声光提示返回第一个杯Y第一阶段前进检测到水杯提示第二阶段设定水量注水或吸水是否第六个水杯N返回起点声光提示完成 YN发挥部分基本部分图11 流程图四、结果分析 本系统经过多次测量反复测试后，系统非常稳定，采用流量计测量的水量在误差范围内满足题目要求，能够精确测量。但是，通过水位高度注水或抽水时，由于硬件问题，使其误差较大。流量计测量数据：组次数据第1组第2组第3组第4组第5组第6组设定值ml1.522.533.54实测值ml1.51.82.42.83.5

13、4误差ml00.20.10.200组次数据第7组第8组第9组第10组第11组第12组设定值ml4.555.566.57实测值ml4.455.56.26.67.2误差ml0.1000.2010.2组次数据第13组第14组第15组第16组第17组第18组设定值ml7.588.599 .510实测值ml7.68.28.69.29.710.3误差ml0.10.20.10.20.20.3组次数据第19组第20组第21组第22组第23组第24组设定值ml10.51111.51212.513实测值ml10.611.211.512.112.613.2误差ml0.10.200.10.10.2组次数据第25组第2

14、6组第27组第28组第29组第30组设定值ml13.51414.51515.516实测值ml13.714.214.615.315.616.3误差ml0.20.20.10.30.10.3组次数据第31组第32组第33组第34组第35组第36组设定值ml16.51717.51818.519实测值ml16.717.117.718.118.819.2误差ml0.20.10.20.10.30.2组次数据第37组第38组平均误差设定值ml19.5200.145实测值ml19.620.1误差ml0.10.1高度传感器测量数据：组次数据第1组第2组第3组第4组第5组第6组设定值ml468101214实测值ml2.5810.41214.316.8误差ml1.522.422.32.8组次数据第7组第8组第9组平均误差设定值ml1618202.73实测值ml19.22224.4误差ml3.244.4分析系统的测试结果，影响系统性能的因素除电路设计外，主要还有以下几点： 传感器的安装和布局，对其检测效果的影响很大。 由于水