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1、单片机原理及系统课程设计专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气093 姓 名： 任 宇 学 号： 200909261 指导教师： 闵永智 评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月1日1引言本设计是基于单片机的锅炉液位控制系统。目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。所以开发研制自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻环境污染、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置意义重大。单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。“单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小、速度快、功
2、耗低的特点使它的应用领域日益广泛.工业控制系统的工作环境恶劣，干扰强.故要求控制系统的工作稳定、抗千扰能力强1”。“单片机能满足这些要求，因此单片机在控制领域得到了广泛的应用。使用单片控制锅炉是很好的选择2”。2设计方案及原理本设计是采用8051单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位等数据,实施报警安全提示,当锅炉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,系统自动关闭水泵。系统的原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制;根据当前的液位值和用
3、户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。系统原理框图如图1所示：图1 系统原理框图3 硬件设计3.1 A/D转换器的设计ADC0809是带有8为A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑。接线图如图2所示：图2 ADC0809与CPU的接线图3.2 D/A转换器的设计模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或电流信号。接线图如图3所示：图3 8051与DAC0832接口电路3.3 液位传感器的设计本设计的液位传感器主要是由高亮二极管和光敏三极管所组成的设备,通过吸收高亮二极管的光来测量液位的高度,在转化成光电流传到模拟传感器
4、ADC0809中。光电传感器框图如图4所示: 图4 光电传感器框图图中，1是光源发出的光信号，2是光电器件接受的光信号。4 软件的设计4.1建模广义被控对象的传递函数为。采样周期T=0.5s。由传递函数知，。连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的函数：由此可以求出广义对象的脉冲传递函数：按照大林算法就是设计一个数字控制器，使整个闭环系统的脉冲传递函数相当于一个带有纯滞后的一节惯性环节，设T0=0.1s可得: 由上式，D（z）有3个极点z=1处的的极点不会引起振铃现象，所以引起振铃现象的极点为令z=1，代入上式即可消除振铃现象，此时4.2 控制系统结构图控制系统结构图如图5所示：图5 控制系统结
5、构图4.3 Simulink仿真大林算法控制系统simulink框图如图6所示：图6 大林算法控制系统simulink框图设置采样周期为0.5s，延迟时间为0.1s，仿真得到下图，可以看到，8s以后，经过数字控制器D(z)的调整，系统已趋于稳定，并且没有超调。4.4 软件程序流程图软件流程图如图7所示：图7系统软件流程图4.5 序仿真结果图仿真结果曲线如图8所示：图8 仿真结果曲线5总结本系统的设计原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制;根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。减轻了工作人员的
6、劳动强度，节省了资源。采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器测量水位，可有效保证水位的自动控制，保证水质无污染，能更好地对锅炉进行自动化控制,测量温度时采取光电耦合器,实现光电隔离,避免了工作人员在现场进行检测操控。参考文献1 刘玉强，刘晓为等.高温扩散炉恒温区温度的自动控制.哈尔滨工业大学学报,19992 曹天汗.单片机原理与接口技术.第一版.北京:电子工业出版社,20033 胡汉才.单片机原理及其接口技术.第二版.北京:清华大学出版社,2003附录单片机源程序ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003h AJMP MAINORG 000bh AJMP MAIN ORG
7、0013h AJMP MAIN ORG 001bh AJMP MAIN ORG 0023H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: CLR p3.6 MOV p0,#0ffh ACALL QL; MOV 3BH ,#95 MAIN1: MOV 3bh,#95 ACALL SHUICPM ；水位检测子程序 ACALL BAOJING ；报警子程序 ACALL DELAY2 AJMP MAIN1; BBB1: MOV A,37H ADD A,#10 CLR C SUBB A,3BH JNC OK2; CLR P2.1; MOV A,37H ADD A,#20 CLR C SUBB A,3
8、BH JNC OK2 CLR P2.1; SETB 20H.0 RETok2: CLR 20H.0 RET水位检测主程序这是程序运行的主要程序段，主要实现启动ADC0809转换器。SHUICPM:MOV A,P1 ANL A,#0FH MOV 30H,#0FH ；00001111 CJNE A,30H,AAA1 SETB P2.0 SETB 20H.1 ；setb水位状态标志位 AJMP OUT2AAA1: MOV 30H,#0EH ；00001110 CJNE A,30H,AAA2 SETB P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA2: MOV 30H,#0CH ；000011
9、00 CJNE A,30H,AAA3 CLR 20H.1 CLR p2.0 AJMP OUT2AAA3: MOV 30H,#08H ；00001000 CJNE A,30H,AAA4 CLR P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA4: MOV 30H,#00H ；00000000 CJNE A,30H,AAA5 SETB P2.0 SETB 20H.1 AJMP OUT2AAA5: SETB 20H.2 RETOUT2: CLR 20H.2 RETBAOJING: JB 20H.3,OUT6 MOV A,20H MOV 30H,#00H CJNE A,30H,OUT5 AJMP OUT6OUT5: SETB P3.6 JB 20H.4,OUT9 SETB P0.1OUT10: JB 20H.2,OUT11 SETB P0.2OUT12: JB 20H.1,OUT13 SETB P0.3OUT14: JB 20H.0,OUT15 SETB P0.4OUT16: RETOUT6: CLR P3.6 RET OUT9: CLR P0.1 AJMP OUT10 OUT11: CLR P0.2 AJMP OUT12 OUT13: CLR P0.3 AJMP OUT14 OUT15: CLR P0.4 AJMP OUT16
