文档介绍：1 绪论
单片机应用发展迅速而广泛。在过程控制中,单片机既可作为主计算机,又可作为分布式计算机控制系统中的前端机,完成模拟量的采集和开关量的输入、处理和控制计算,然后输出控制信号。单片机广泛用于仪器仪表中,与不同类型的传感器相结合,实现诸如电压、功率、频率、湿度、流量、速度、厚度、压力、温度等物理量的测量;在家用电器设备中,单片机已广泛用于电视机、录音机、电冰箱、电饭锅、微波炉、洗衣、高级电子玩具、家用防盗报警等各种家电设备中。在计算机网络和通信、医用设备、工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的应用。
随着科技的发展,液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。本设计思想是用单片机做下位机,PC机做上位机,单片机和PC机相结合对水箱液位进行测量和监控。该设计要求具有一定的智能化,可操作性和稳定性好。
课题背景与研究意义
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;在教学与科学研究中,也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。
国内外研究现状及发展
液位测量的方法比较多,依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。
●接触式测量法
接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触,从而获得测量参数的方法。
本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。当液位不同时,电容器的介电常数就不同,故电容量也不同。在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量,再进行测量。
电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快,适合于恶劣的工作环境,生产成本也不高;但电容液位测量器需要考虑温度补偿,且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性,另外检测电路比较复杂,尤其是检测微小电容量的变化。
●非接触式测量法
非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物,而是利用声、光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触,不受被测介质影响,也不影响被测介质,故适用范围广泛。特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合,如高粘度、强腐蚀性、污染性强,易结晶的介质。
●光纤测量法
光纤液位检测是近年来出现的一种新技术。根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。
光纤液位测量有以下优点:精度高、灵敏度好、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、检测现场无电、光路有抗扰性以及便于与计算机连接,便于与光纤传输系统组成网络等。
目前,市面上进行液位测量的仪表种类繁多,但是同时具有测量、监控、数据记录及处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中,数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求,往往需要对大批数据进行记录,对其进行后期处理分析,实现差错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据,得到可靠的分析资料,往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中,如江河湖海、城市用水等方面,大量数据长时间,多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化分析,有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。
本课题主要研究内容
利用单片机设计一个水位控制系统,要求选择合适的水位传感器及电磁阀,当设定完水位后,系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。具体要求如下:
1、设计单片机工作电源模块及其复位电路
2、选择合适的水位传感器,单片机通过相应的调理电路采集当前水位值,设计相应的电磁阀控制电路,根据水位情况控制器开启和关断
3、通过键盘设置其预定水位
4、画出电路方框图,叙述主要模块的功能及他们之间的控制关系和数据传输,利用Visio软件绘制软件流程图
5、编制相应的控制程序,并用C语言或汇编语言对软件进行编译。并能通过调试。
6、利用protel进行原理图绘制,并利用Proteus进行仿真
2 系统设计方案
系统设计方案比较
对于水位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有2种,一种是简单的机械式控制装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下:
(1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结构简单,成本低廉。存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。
(2)复杂控制器控制方式。这