《过程控制系统》课程设计任务书：《智能化液位控制系统设计》

东北大学秦皇岛分校控制工程学院《过程控制系统》课程设计任务书专业班级姓名设计题目：智能化液位控制系统设计一、设计实验条件过程控制系统实验室实验系统二、设计任务1、系统构成：对象：同学们根据需要自己选择控制的液位对象传感器：根据所选对象选取合适的传感器，包括型号、灵敏度、测量范围、精度、原理等。控制器：本组同学必须选取单片机作为控制器，单片机型号自定。执行器：查找资料自行选择。必须和自己的控制对象相匹配。2、写出液位测量与控制过程，绘制液位控制系统组成框图。3、（1）系统硬件电路设计。（2）编制液位测量控制程序：软件采用模块化程序结构设计，由液位采集程序、液位校准程序、液位控制程序等部分组成。三、设计说明书的内容设计题目与设计任务（设计任务书）前言（绪论）(设计的目的、意义等)主体设计部分参考文献结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：2周2、设计时间安排：熟悉实验设备、实验、收集资料：4天设计计算、绘制技术图纸：4天编写课程设计说明书：5天答辩：1天东北大学秦皇岛分校控制工程学院《过程控制系统》课程设计设计题目：智能化液位控制系统设计学生：专业：班级学号：指导教师：设计时间：2019.7.8-2019.7.17一、设计实验条件过程控制系统实验室实验系统二、设计任务1、系统构成：对 象：用8个不同按键模拟不同的液位。传感器：单片机循环检测键盘输入状态。控制器：AT89C51单片机。执行器：电机的正反转模拟水泵抽水和上水操作。2、写出液位测量与控制过程，绘制液位控制系统组成框图。（1）、使用开关来模拟水位的状态，当设定完水位后，用LED数码管显示液位高度，检测液位数据，并实施报警安全提示，系统根据水位情况控制水泵的开启和关闭。（2）、控制系统结构（3）、组成框图3、（1）系统硬件电路设计。（2）编制液位测量控制程序：软件采用模块化程序结构设计，由液位采集程序、液位校准程序、液位控制程序等部分组成。三、设计说明书的内容前言（绪论）(设计的目的、意义等)在工农业生产中，常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展，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。低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证，因此一个安全合适的水位系统是很必要的。而且对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产效率。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是大势所趋。单片机在一块芯片上集成了微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件，且具备体积小、速度快、功耗低的特点。此外，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困难，因此，使用单片机控制水箱水位是很好的选择。主体设计部分（一）、设计方案采用AT89C51单片机为核心芯片,以及与其相关的硬件来实现的水体液位控制系统。采用八个键盘来模拟水位，CPU循环检测键盘输入状态，用七段LED数码管显示液位高度，检测液位数据，并实施报警安全提示，当水体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，停止上水。（二）、系统的原理采用8个按钮进行水位检测，由下至上测量水体的液位值。并把这八个液位状态通过模数转换器传到单片机中（在本系统中采用开关的打开与闭合来模拟），再通过3位七段LED显示器显示出液位的八种状态并通过LED灯报警提示。当水位过低（在1水位）时灯就会变亮，当水位较高（在7水位时）等也会变亮。在水位过高和过低时电磁阀都会自动的抽水或排水，此系统中采用的是7水位和1水位。（三）、硬件电路设计（1）、主芯片AT89C51 本系统采用AT89C51作为主要芯片，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它具有P0、P1、P2、P3四个 I/O口，每个口又有8个接口，32个接口可以满足外接电路的需要，更方便的显示系统。（2）、报警及显示电路LED数码管与单片机的P0-P7口相连，同时排阻的把根线也连在单片机的P0口上，作为上拉电阻。（3）、键盘连接电路八个键盘k1-k8分别与单片机的p1口的p1-p7相连，这八个键盘的按下与否用来模拟的是水位的高低，k1键代表水位最低点，k8键代表的是水位最高点，当k1键按下时，指示灯亮，电机正转，开始加水，一直加水至水位7（即7键按下时），电机开始停止转动，并反向转动抽水，水位开始降低，直至到达3水位，灯亮电机开始自动加水。（4）、复位电路（5）、晶振电路晶体振荡电路的两个端口分别连接在单片机的XTAL1和XTAL2上。晶振电路的作用是为本系统提供基本的时钟信号。（四）、软件设计水位检测是通过8个按钮进行水位检测的，当水位到检测位置，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，控制系统就会打开抽水水泵，自动报警。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水泵，停止加水；倒数第三个位置是自动停止抽水线，即当水位低于于此位置时，控制系统会自动关闭抽水水泵，停止抽水；倒数第二个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，控制系统就会打开加水水泵。自动报警，提醒工作人员。（76543210）（五）、仿真调试将所有的硬件按照上面所说的方法连接起来，将源程序在keilc中生成.hex文件，放在在proteus中连接好的电路图中，运行，则可得到正确的结果。按下按键开关K1，这时数码管显示为1，代表此时水位过低，会报警，电机会自动加水。按键开关K3,K4,K5这时数码管分别显示为3,4,5表示此时水位处于正常，不偏高也不偏低。按下按键开关K6，这时数码管显示6，代表此时水位高，电机会自动停止加水。按下按键开关K7，这时数码管显示7，代表此时水位过高，会自动打开抽水水泵，并报警。按下按键开关K2，这时数码管显示为2，代表此时水位低，电机会自动停止抽水。参考文献[1]马淑华高军蔡凌。单片机原理与接口技术。北京邮电大学出版社。2018。[2]陈明荧。8051单片机课程设计实训教材。清华大学出版社。2004。[3]刘建昌关守平周玮等。计算机控制系统。科学出版社。2016。[4]任哲房红征曹靖。嵌入式实时操作系统原理及应用。北京航空航天大学出版社。2016结束语设计过程中我遇到了很多的困难，需要把很多方面的知识去融合，去联系。在日常学习的时候更注重的是书面上的东西，而本次课程设计则更多的是锻炼了我的动手动脑能力，让我有机会把课上学习的知识转化为可以在实际生产生活中应用的技术。学好专业的知识不仅仅是自己能力提升和自我价值的实现，更是一件很有意义，可以让自己有所感触，有所收获的事情。附图附表参考源代码#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar/*以后定义的uchar都认为是unsignedchar*/#defineuintunsignedint/*以后定义的uint都认为是unsignedint*/sbitMOR=P2^7;/*电机正极为P2.7口*/sbitMOT=P2^6;/*电机负极为P2.6口*/sbitLED=P2^0;/*LED灯为P2.0口*/codeuchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};/*定义一个码存表*/voiddelay(uintn){while(n--);/*10ms的延时*/}voidLED_SHOW(){if(P1==0xfe)/*如果K8键按下*/{P0=tab[8];/*P0=0x7f*/LED=0;/*LED为低电平*/MOR=0;/*电机正极为低电平*/MOT=1;/*电机负极为高电平*/}if(P1==0xfd)/*如果K7键按下*/{P0=tab[7];/*P0=0x07*/LED=0;/*P2.0为低电平*/MOR=0;/*电机正极为低电平*/MOT=1;/*电机负极为高电平*/}if(P1==0xfb)/*如果K6键按下*/{P0=tab[6];/*P0=0x7d*/LED=1;/*P2.0为高电平*/MOR=1;/*电机正极为高电平*/MOT=1;/*电机负极为高电平*/}if(P1==0xf7)/*如果K5键按下*/{P0=tab[5];/*P0=0x6d*/LED=1;/*P2.0为高电平*/MOR=1;/*电机正极为高电平*/MOT=1;/*电机负极为高电平*/}if(P1==0xef)/*如果K4键按下*/{P0=tab[4];/*P0=0x66*/LED=1;/*P2.0为高电平*/MOR=1;/*电机正极为高*/MOT=1;/*电机负极为高*/}if(P1==0xdf)/*如果K3键按下*/{P0=tab[3];/*P0=0x4f*/LED=0;/*P2.0为低*/MOR=1;/*电机正极为高*/MOT=0;/*电机负极为低*/}if(P1==0xbf)/*如果K2键按下*/{P0=tab[2];/*P0=0x5b*