基于单片机的流量控制系统

.z第一章.绪论…………21.1研究目的、意义及研究内容………………21.2流量计的应用领域…………21.3流量计概述及分类…………2第二章工作原理及系统硬件设计…………………32.1系统工作原理………………32.2硬件构成……………………4第三章系统软件设计………………43.1软件设计思路………………53.2 主程序设计…………………63.3流量控制子程序……………6第四章中断效劳子程序……………74.1设定值输入程序…………74.2A/D中断子程序…………4.3定时器中断子程序………124.4数码管显示子程序………144.5步进电机控制程序………15总结……………17参考文献………………………18第一章绪论1.1研究目的、意义及研究内容流量是衡量设备的效率和经济性的重要指标。流量测量与控制是实现工业生产过程自动化的一项重要任务。本课题的主要研究内容是对流量进展控制，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机，单片机在软件系统的控制下，根据预先的设置和预期的控制要求,通过步进电机来准确控制阀门的开度,实现对流量的准确控制。1.2流量计的应用领域流量计主要用于以下几个领域。工业生产过程能源计量环境保护工程交通运输生物技术科学实验1.3流量计概述所谓流量是指单位时间内通过*一截面的物料数量，即瞬时流量。用于测量流量的仪表称为流量计，流量计是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一。流量计也成为流量传感器，是一种指示被测流量和(或)在选定的时间间隔内流体总量的流速监测装置。主要功能是当流速未到达设定的流速阀值时发出检测信号，经计算机控制，进展报警或启动连锁保护系统，保护关键设备，能够以及时制止在生产中的突发事故，对生产平安和经济效益，有不可估量的实际作用。第二章工作原理及系统硬件设计2.1系统工作原理系统的工作原理是流量传感器采集到流量信息，通过变换器，转化为电信号，AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机。单片机软件系统根据事先的设定值对采集的信息进展处理，输出离散的控制信号。DA转换器将离散的控制信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的动作，从而调节流量，实现流量的准确控制。2.2硬件构成本系统主要由水泵、流量传感器、电动阀门和MCS-51单片机控制系统以及液体管线和控制线、监视线等组成。系统构造框图如下所示：流量是指单位时间内通过管道*一截面的物料数量。本控制系统的任务是对通过*一管道截面的物料数量即降粘剂流量进展控制。本系统采用单片机控制，通过流量计采集流量信息，传给单片机。单片机通过预先设定值和系统软件进展分析，发出相应的控制信号，驱动调节阀动作，从而确定降粘剂的配比与耗量，实现生产过程自动化。系统硬件构造图如以下图：其中，电磁流量计作为流量传感器，采集流量信息，经放大器放大后送到AD转换器。AD转换器将连续的模拟量转化为单片机能承受的离散的数字量。单片机收到流量信号后，在控制系统软件的作用下，发出相应的执行命令给执行机构——步进电机。步进电机带动阀门动作，对流体流量进展控制。第三章软件设计3.1软件设计思路该控制系统的软件设计可以分为三局部：1.主程序局部：该局部完成存储器分区、数据定义和系统的初始化等，以及调用各个子程序，完成主要的控制功能。2.流量控制程序：通过PID控制算法，编写出相应的流量控制子程序，实现对流量的控制，到达预期的控制要求；3.各子程序：各个子程序完成具体的实现方法，主要包括：设定值输入、数码管显示、步进电机控制、AD转换中断、T0定时器中断、采样中断等。软件流程图如下：3.2主程序设计主程序局部，主要完成存储器分配、系统初始化和系统整体控制等，并通过调用各子程序段，实现软件的总体设计功能。主程序流程图初始化：系统初始化程序的功能是对8155和89C51进展初始化，使D/A输出为0，步进电机处于停机状态，将RAM中的标志位和工作单元置为初始状态，提示符CPUREADY写入缓冲器。更新显示器子程序的功能是将显示缓冲器的内容，分别转化为段数据，输出到8155。显示器0～12的显示数据缓冲器分别为73H～7FH单元。当系统处于停机状态时，显示器0～4显示参数，显示器5～7显示参数地址，所以73H～77H作为数据缓冲器，78H～7AH作为地址缓冲器，在运行状态时，73H～77H作为瞬时流量缓冲器，78H～7FH作为累计流量缓冲器。初始化程序的流程如以下图：3.3流量控制子程序在流量测试的根底上，把流量设定值和实际测试得到的瞬时流量进展比较计算出误差，采用数字PID调节算法，计算输出到AD0809的变量Uio增量式PID控制算法的计算公式为式中：ei为本次实际测得的流量和设定值之差；--=-；；P为比例系数；I为积分系数；D为微分系数；输出控制变量表达式为：++程序的入口参数：偏差ek、ek-1、ek-2、测量值y、给定值r。这5个参数均为3字节的浮点数，分别将它们存放在RAM单元中。低字节存放浮点数的阶数和符号，其中符号存放在最高位，阶数以补码的形式存放在另7位中。尾数以原码的形式存放在另2个字节中。第四章中断效劳子程序4.1设定值输入程序本程序将4位BCD码按千、百、十、个依次存放在89C51片内RAM的30H～33H单元中，每个地址单元的高4位为0，低4位为BCD码。程序代码如下：RDS：MOVR0，*30H；初始化，存放单元首址MOVR2，*7FH；P1口高4位置控制字及低4位置输入方式MOVR3，*04H；读入4个BCD码MOVA，R2LOOP：MOVP1，A；P1口送控制字及低4位置输入方式MOVA，P1；读如BCD码ANLA，*0FH；屏蔽高4位MOVR0，A；送入存储单元INCR0；指向下个存储单元MOVA，R2；准备下一片拨盘的控制端置0RRA；MOVR2，A；DJNZR3，LOOP；未读完返回RET；读完完毕4.2A/D中断子程序A/D中断子程序流程图如下所示：程序代码如下：INT0：PUSHACC；保护现场PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWSETBPSW.3；选工作存放器区1MOVDPTR，*0DF01H；读取8155A口数据MOV*A，DPTRMOVR2，AANLA，*0F0H；屏蔽低4位JNZND5；MOVA，R2JNB02H，D51；判断是否采样零信号MOVC，ACC.0；MOV30H，CMOVC，ACC.7MOV37H，CAJMPD14D51：MOVC，ACC.0；万位和标志位→荷重信号缓冲器MOV48H，CMOVC，ACC.7MOV4FH，CAJMPD14ND5：MOVA，R2；判断是否读出千位JNBACC.7,ND4JNB02H，D41；判断是否采样零信号ANLA，*0FH；千位→零信号缓冲器SWAPAMOV25H，AAJMPD14D41：ANLA，*0FHSWAPAMOV28H，AAJMPD14ND4：JNBACC.6，ND3；判断是否读出百位JNB02H，D31；判断是否采样零信号MOVR1，*25H；百位→零信号缓冲器ANLA，*0FH*CHPA，R1AJMPD14D31：MOVR1，*28HANLA，*0FH*CHDA，R1AJMPD14ND3：JNBACC.5，ND2；判断是否读出十位JNB02H，D21；判断是否采样信号ANLA，*0FH；十位→零信号缓冲器SWAPAMOV24H，AAJMPD14D21：ANLA，*0FHSWAPAMOV24H，AAJMPD14ND2：JNB02H，D11；判断是否采样零信号ANLA，*0FH；个位→零信号缓冲器MOVR，*24H*CHDA，R1CLR02HMOVDPTR，*0DFF3H；启动A/D转换MOVA，*30HMOV*DPTR，AADS1：SETBP1.6NOPNOPCLRP1.6AJMPD14D11：ANLA，*0FHMOVR1，*27H*CHDA，R1MOV2AH，24H；采样数据送处理缓冲器MOV2BH，25HMOV2CH，26HMOV2DH，27HMOV2EH，28HMOV2FH，29HSETB03H；置一次A/D采样完毕标志D14：POPPSW；恢复现场POPDPLPOPDPHPOPACCRETI4.3定时器中断子程序定时器T0中断程序流程图如以下图所示。程序代码如下：PIT0：PUSHPSW；保护现场PUSHACCPUSHDPHPUSHDPLJNB00H，T01；允许采样否.DJNZ10H，T02；采样周期计数器减1，不为1转T02DJNZ11H，T02MOV10H，*0A0H；恢复采样周期计数器初值MOV11H，*0FHSETB0FHCLR0DHCLRP3.4MOVDPTR，*0DFF3H；对零点采样MOVA，*00HMOV*DPTR，ASETB04HSETB04HT02：01H，T05T01SETBP1.7NOPCLRP1.7T05：CLRP1.6DJNZ16H，T06；调试用脉冲周期计数器减1CPLP1.4；使P1.4产生方波MOV16H，17HT06：POPDPL；恢复现场POPDPHPOPACCPOPPSWERTI4.4数码管显示子程序程序流程图如下所示：在单片机内部RAM的20H和21H单元中有四位十六进制数(20H中为高两位)，以下是将其自左到右显示出来的程序。程序代码如下：ORG2000HSDIAPLAY：MOVA，20H；20H中数送AANLA，*0F0H；截取高4位MOVP1，A；送1*MC14495MOVA，20H；20H中数送ASWAPA；低4位送高4位ANLA，*0F0H；去掉低4位INCA；A1A0指向2*MC14495MOVP1，A；送2*MC14495MOVA，21H；21H中数送AANLA，*0F0H；截取高4位ADDA，*02H；A1A0指向3*MC14495MOVP1，A；送3*MC14495MOVA，21H；21H中数送ASWAPA；低4位送高4位ANLA，*0F0H；去掉低4位ADDA，*03；A1A0指向4*MC14495MOVP1，A；送4*MC14495RET4.5步进电机控制程序程序代码如下：ORG2100HPUSHACC；保护现场MOVR4，*N；步进马达步进数送R4CLRC；Cy清零ORLC，PSW.5；转向标志状态送CyJCROTE；假设为反转，则转ROTEMOVR0，*20H；正转模型始址送R0AJMPNE*T；转入NE*TROTE：MOVR0，*27H；反转模型始址送R0NE*T：MOVA，R0；输出控制模型的值MOVP1，A；输出控制脉冲ACALLDELAY；延时〔形成脉宽〕INCR0；准备下个模型指针MOVA，*00H；判断送完一遍模型值ORLA，R0JZTPL；假设模型完毕，则TPLLOOP：DJNZR4，NE*T；假设步进数未走完，则NE*TPOPACC；恢复现场RET：返回TPL：MOVA，R0CLRCSUBBA，*06HMOVR0，A；恢复模型始址AJMPLOOP