水箱自动控制系统设计毕业论文

水箱自动控制系统设计毕业论文

本科毕业设计（论文）水箱自动控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化

摘要

工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。温度、液位、压力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以应用于很多控制方案中。比如：在水塔供水系统、高位水箱供水系统、汽车水箱供水系统、液压泵供油系统等系统中都有广泛的应用。

本文以80C51单片机系统为核心，开发设计了一套水箱温度、液位、压力、流量的自动控制系统。该系统可以实现设定参数的键盘输入；温度、液位、压力、流量的自动控制；日历时间的显示；自动声光报警。整个系统搭建方便，价格便宜，具有一定的实用价值。控制系统设计流程为：①报警参数键盘输入和显示；

②模拟量信号采集；③A/D转换和数字滤波；④对A/D转换数据进行LCD显示；

⑤温度、液位、压力、流量的控制；⑥时间和日历显示。相关功能采用具有实时性的汇编语言实现。

本论文详细论述了怎样实现水箱温度、液位、压力、流量的自动控制，第一章简要的介绍了水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的应用，以及单片机控制系统概述。第二章介绍了控制系统的总体功能设计分析以及方案设计。第三章介绍了系统的主要硬件配置和传感器选择。第四章详细的介绍了系统的软件设计。第五章介绍了系统的调试以及运行结果。最后则对本次设计进行了全面的回顾以及对水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的不足提出改进方案。

关键字：水箱80C51 自动控制

Abstract

In industrial area, many control problems can be attributed

to water tank control model, so the research of water tank control system has scientific and practical value. Temperature, water level,

pressure and flow rat are the most commonly used parameters

in the water tank control, and can be applied to many control

systems. For example: in the water tower supply systems, high

water tank supply system, car water tank supply system, hydraulic

pump oil supply system and other supply system. It is widely used.

In this paper, a temperature, water level, pressure, and flow

rat automatic control system of water tank was designed based

on 80C51 SCM system. This system has functions as follow: alarm

parameters keyboard input; temperature, water level, pressure,

flow rat automatic control; time and calendar display; sound and

light automatic alarm. The whole system is structures convenient,

inexpensive and has certain practical value. The control system

design process is：①alarm parameters keyboard input and

display; ②analog signal acquisition; ③A/D conversion and digital

filtering;④the A/D conversion data LCD display; ⑤temperature,

water level, pressure, flow rat control; ⑥time and calendar display.

The related function of this system can be achieved by using real-time compilation language.

Temperature, water level, pressure, flow rate’s automatic

control of water tank was discussed in detail on how to achieve

in this paper. In chapter 1, temperature, water level, pressure, flow

rate automatic control system’s practice of water tank, and SCM

control s ystem’s overview was briefly introduced. In chapter 2,

control system’s overall function analysis design and scheme

design was introduced. In chapter 3, systems’s main hardware

configuration and sensor choice was introduced. In chapter 4,

system software design was introduced in detail. In chapter 5,

system debugging and the results were introduced. A

comprehensive review of this design was made and a improve scheme of industrial water tank temperature, water level,

pressure, flow rat automatic control system’s weakness was

proposed in the end of this paper.

Key words:water tank 80C51 automatic control

目录

第1章绪论 (1)

1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述 (1)

1.2单片机控制系统综述 (2)

1.2.1 单片机的简要发展历史 (2)

1.2.2 当前世界范围内单片机的发展领域 (3)

1.2.3 单片机的发展趋势 (3)

1.2.4 单片机的应用 (4)

第2章系统总体设计 (6)

2.1总体功能设计分析 (6)

2.2系统硬件模块 (7)

2.3系统软件模块 (8)

第三章系统主要硬件配置 (9)

3.1控制系统主要硬件介绍 (9)

3.1.1单片机控制模块 (9)

3.1.2 ADC0809模块 (11)

3.1.3 8155并行I/O口扩展模块 (12)

3.1.4 DS12887时钟模块 (16)

3.1.5 12232A液晶模块 (20)

3.2传感器的选择 (24)

3.2.1温度传感器选择 (26)

3.2.2 液位传感器选择 (27)

3.2.3 压力传感器选择 (29)

3.2.4 流量传感器选择 (30)

第四章控制系统软件设计 (33)

4.1整体软件设计 (33) 4.2报警参数输入部分 (34)

4.3A/D转换和数字滤波 (40)

4.3.1 模拟量数据采集 (40)

4.3.2 数字滤波处理 (41)

4.3.3 模拟信号的输出变换 (41)

4.3.4 A/D转换和数字滤波 (43)

4.4LCD液晶显示 (47)

4.5控制部分设计 (52)

4.5.1 温度控制部分设计 (52)

4.5.2 液位控制部分设计 (54)

4.5.3 压力控制部分设计 (57)

4.5.4 流量控制部分设计 (57)

4.6时钟日历显示 (58)

第五章系统调试 (62)

结论 (67)

致谢 (68)

参考文献 (69)

附录1 毕业实习报告 (70)

第1章绪论

1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述

水箱控制是工业控制中广泛应用的控制方案，工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，因此研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。温度、液位、压力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以应用于很多控制方案中。比如：在水塔供水系统、高位水箱供水系统、汽车水箱供水系统、液压泵供油系统等系统中都有广泛的应用。

随着控制技术的发展，越来越多的自动控制技术被应用到工业中。其中基于单片机的控制技术就是一种应用非常广泛的自动控制技术。由于单片机技术已经发展的相当成熟，其价格及相应的配套硬件的价格都相当便宜。故可以用单片机搭建一个结构简单，稳定性好，价格便宜的智能控制系统。这种控制系统被广泛的应用于飞机上各种仪表的控制, 计算机的网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和数据处理, 普遍使用的各种智能卡, 民用豪华轿车的安全保障系统, 录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制, 以及程控玩具、电子宠物机器人、智能仪表、医疗器械等等。各种传统的产品一旦用上了单片机, 就能起到使产品升级换代的功效。

基于单片机的工业水箱温度、液位、压力、流量控制系统在各种应用有一定的实用价值，比如：在农村已有很多家庭都搭建了自来水供水系统，一般都是在自家楼顶安装一个水箱或者水塔并在楼下用抽水机把水抽到水箱中然后使用。但是这样做并不方便，一是抽水的时候人必须在旁边守着，二是不知道水抽满了没有，还得担心水溢出来，三是不知道水何时会用完。因此，搭建一个小型的水位自动控制系统会省去很多麻烦，这个在工业应用中尤为重要。另外，在一些恶劣的情况并不适合人去作业，比如在炼钢中钢水的温度控制。因此恒温自动控制就很有必要。

而我本次所作的毕业设计就是以工业上通常使用的水箱供水系统为控制对象，来搭建水箱的温度、液位、压力、流量自动控制系统。本系统具有通用性，可以很方便的转移到其他的控制系统中。因此也具有一定的科研教学价值。

1.2 单片机控制系统综述

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。现在已被广泛的应用于各个控制领域。

1.2.1 单片机的简要发展历史

同微处理器一样，单片机自诞生以来发展一直很快。1975年美国德州仪器（TI）公司推出TMS-1000，Intel公司推出4004 4位单片机。1976 Intel推出的MCS-488位单片机的推出是单片机发展时代的真正到来。将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大