基于AT89S51的液位自動控制0目錄前言.11.自動控制系統概述.21.1自動控制系統的應用.21.2液位控制在自動控制系統中的應用.21.3自動控制技術發(fā)展趨勢.32.系統方案的選擇與論證.42.1總體方案的設計及系統框圖.42.2各個功能實現方案論證：.52.2.1液位信號采集電路.52.2.2通信部分方案.62.2.3其它部分方案.63電路硬件設計.83.1系統的整體框圖.832從機部分模塊電路設計.83.3從機各個模塊具體設計.93.3.1控制器部分AT89S51芯片.93.3.2液位信號采集電路部分.123.3.3電磁閥的選擇.143.3.4電極產生信號處理電路：.153.3.5顯示部分電路.163.3.6按鍵部分：.173.3.7聲光報警電路：.183.3.8電源部分.194.主機和通訊部分設計.204.1主機部分（液位信號的控制單元）.204.2通訊部分.215.系統軟件設計.235.1從機程序流程圖.235.1.1從機主程序流程圖.235.1.2中斷0服務程序流程圖.245.1.3中斷1服務程序流程圖.255.2主機程序流程圖.266.抗干擾對策.2761硬件抗干擾設計.276.2軟件抗干擾設計.27結論.28致謝.29參考文獻.30附錄A源程序.31附錄B硬件原理圖.35山東交通學院畢業(yè)設計（論文）1前言自動控制系統（automaticcontrolsystems）是在無人直接參與下可使生產過程或其他過程按期望規(guī)律或預定程序進行的控制系統。自動控制系統是實現自動化的主要手段。近年來，隨著自動控制系統在社會生產中的不斷應用，大大推進了自動化生產在生產過程中的廣泛使用，特別是對于工作環(huán)境較差，工作強度較強，或操作要求較高的崗位采用自動控制系統意義尤為顯著，可以實現減人提效，提高勞動生產效率，降低生產消耗，實現節(jié)能減耗，提高產品質量。液位是許多工業(yè)生產中的重要參數之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領域里，對液位的測量和控制效果直接影響到產品的質量。由于單片微型計算機具有體積小，耗電少，控制精度高，運行可靠等的特點，所以廣泛應用于生產實際中。本文討論了一種以AT89S51為核心研制的液位控制系統，該系統不僅能對液位進行巡回檢測、顯示和報警，同時也能對液位進行智能控制。以AT89S51單片機為控制核心，采用RS-485串行總線組成的分布式微機控制網絡，實現對多點液位的檢測和實時顯示。部分采用電極接觸式液位檢測裝置完成對液位信號的采集，根據鍵盤設定的液位值通過進水閥和出水閥的控制，達到設定的液位值，誤差小于等于2mm。從機還具有超限包紀念館，實時顯示當前液位狀態(tài)和液體重量的功能。除具有從機功能外，還可以實現多路從站站點液位的檢測和控制，能任意設定要查詢的從站數量和從站號，本文簡化起見，設定從站為1，還能夠接收從站的超限報警信號。本文提出了一種基于單片機AT89S51液位自動控制方法，對水位信號做實時測量并與鍵盤設定值進行比較，通過閥門控制注排水來實現液位的基本恒定，并且是誤差保持在2mm,具有跟蹤性好，反應能力強等優(yōu)點。基于AT89S51的液位自動控制21.自動控制系統概述1.1自動控制系統的應用隨著工業(yè)生產和科學技術的不斷發(fā)展,自動控制技術越來越顯示出它的重要性,為人們所矚目。掌握有關自動控制的知識就顯得尤為重要。自動控制系統已被廣泛應用于人類社會的各個領域在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機械制造等生產過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應的控制系統。在此基礎上通過采用數字計算機還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數字控制系統，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統。在農業(yè)方面的應用包括水位自動控制系統、農業(yè)機械的自動操作系統等。在軍事技術方面，自動控制的應用實例有各種類型的伺服系統、火力控制系統、制導與控制系統等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統外，應用的領域還包括導航系統、遙控系統和各種仿真器。此外，在辦公室自動化、圖書管理、交通管理乃至日常家務方面，自動控制技術也都有著實際的應用。隨著控制理論和控制技術的發(fā)展，自動控制系統的應用領域還在不斷擴大，幾乎涉及生物、醫(yī)學、生態(tài)、經濟、社會等所有領域。1.2液位控制在自動控制系統中的應用液位是許多工業(yè)生產中的重要參數之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領域里，對液位的測量和控制效果直接影響到產品的質量。作為自動控制系統的一種測量元素基本上像化工、電力、建材、供熱、冶金、水處理等等幾乎所有的工業(yè)場合都可以應用。應用范圍十分廣泛。液位自動控制是自動化生產控制的重要環(huán)節(jié)，為企業(yè)經濟核算提供準確的數據。在發(fā)生事故時，異常參數的顯示和記錄，是事故分析和故障診斷的依據，據此可提出改進和防范措施。在化工、電力等行業(yè)中，如果不隨時對生產工藝過程中的液位等參數進行實時測量與控制，生產過程就無法控制甚至發(fā)生危險。在交通領域，一輛現代化汽車裝備的傳感器就有十幾種，測量油量壓力等。在國防科研中，測量控制用的更多，研究飛機的強度，就要在油箱貼上幾十片應變片并進行動態(tài)測量，比如測量壓力傳感器，以便進行對飛機的各項參數進行分析校正，比如每千里油耗，完成不同任務所需油量等。在我們日常生活中，先進的液位測量自動控制系統也得到廣泛應用，比如我們經常見到的水箱自注水調節(jié)山東交通學院畢業(yè)設計（論文）31.3自動控制技術發(fā)展趨勢工業(yè)控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業(yè)生產過程實現檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業(yè)控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業(yè)生產過程實現檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業(yè)控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產過程有明顯的提升作用。我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應用。目前我國工業(yè)控制自動化技術、產業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統行業(yè)已經形成。目前，工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發(fā)展。基于AT89S51的液位自動控制42.系統方案的選擇與論證2.1總體方案的設計及系統框圖液位控制系統是以液位為被控參數的系統,是現代工業(yè)生產中的一類常見的、重要的控制過程。而傳統的液位控制多采用單回路控制,并采用傳統的指針式儀表來顯示液位值,使液位控制的精度和顯示的直觀性受到限制,而隨著生產線的更新及生產過程控制要求的提高,要求液位系統有高的控制性能。基于此，本系統就設計了一種電路簡單，調試方便且性價比高的系統，來完成液位的自動調控。當一個有排液出口容器里的液體的液位需要保持在一個范圍內時，就可用“液位控制系統”來調控。具體是對容器設定一個上液位、一個下液位。當容器里的液位達到上液位時，控制裝置（機械或電子的）控制電磁閥，排液出口通過一段時間的排液，當容器里的液位降到下液位時，控制裝置控制電磁閥，液位再緩緩上升。如果是一個有補液進口容器里的液位需要保持在一個范圍內時，控制裝置控制電磁閥的動作則相反。系統應具有的功能：監(jiān)測液位液體重量顯示設定值輸入控制液面高度意外報警系統框圖如下：處理器液位檢測傳感裝置電磁閥1電磁閥2鍵盤顯示器AB圖2.1系統框圖山東交通學院畢業(yè)設計（論文）52.2各個功能實現方案論證：2.2.1液位信號采集電路1.方案一采用高精度液位傳感器將液位信號轉換為電信號，經A/D轉換后得到液位信號，但由于高精度的液位傳感器的價格偏高，故不采用這種方案。2.方案二將壓力傳感器固定在液體底部，在液體底部檢測液底壓強和標準大氣壓的壓差，壓力傳感器輸出和液位高度相對應的電壓，經A/D轉換后由單片機處理獲得液位值。這種方法可以達到系統要求的精度，但是由于價格和時間的問題，這種方案也不容易實現。3.方案三利用浮體式裝置進行測量。將浮體和測量裝置相連如裝有光電耦合器的特制滑輪，將浮體的上下運動通過測量機構轉化為相應的液位信號，考慮到測量機構的機械摩擦阻力和浮體的重量產生的誤差達不到題目要求的精度，故不采用這種方法。4.方案四自主設計一種電極接觸式的液位檢測裝置，電機帶動繩上的電極運動，利用監(jiān)測電極1、2在液體中和液面上方時與電極3間電阻值的改變，判斷液面位置。通過選用合適的電動機、合理安排兩電極間的距離可以達到題目要求的測量精度；且所用器件容易獲得，價格便宜，故采用這種方案。圖2.2接觸式液位檢測裝置基于AT89S51的液位自動控制62.2.2通信部分方案RS232,RS422,RS485是電氣標準，主要區(qū)別就是邏輯如何表示。RS232使用12V,0,-12V電壓來表示邏輯，（-12V表示邏輯1，12V表示邏輯0），全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因為使用絕對電壓表示邏輯，由于干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠，低速時幾十米也是可以的。RS422，在RS232后推出，使用TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個驅動器可以驅動最多10個接收器（即接收器為1/10單位負載），通訊距離與通訊速率有關系，一般距離短時可以使用高速率進行通信，速率低時可以進行較遠距離通信，一般可達數百上千米。RS485，在RS422后推出，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個驅動器的驅動能力至少可以驅動32個接收器（即接收器為1/32單位負載），當使用阻抗更高的接收器時可以驅動更多的接收器。所以現在大多數全雙工485驅動/接收器對都是標：RS422/485的，因為全雙工RS485的驅動/接收器對一定可以用在RS422網絡。主從式多機通信網絡可采用RS-232或RS-485。其中RS-485抗干擾性能好，可以延長RS-232的傳輸距離，而且通過485總線可以放松把多個串口或485設備連成一個網絡。由于本系統屬于多點通信方式，數據要求雙向傳輸，因此采用連接方便、抗干擾性能好和失真小的RS-485標準。2.2.3其它部分方案利用自制液位計的獨特結構，結合單片機對數據進行相應的處理后