【正文】 = Q + Q （ ） 式中 inQ —— 表示 流入儲(chǔ)水罐的水量； Q —— 表示 儲(chǔ)水罐中保留的水量； outQ —— 表示 流出儲(chǔ)水罐的水量 。 清水池在此設(shè)計(jì)中屬于理想狀態(tài)，即水位高度不變； 直流水泵選用 TPH2T6K 型號(hào)， 220V 離心式水泵，此水泵工作效率為 50 3m /H； 微控制器選用 Atmel公司生產(chǎn)的 89C51 單片機(jī)； 液體壓力傳感器選用 PT500500 液體壓力傳感器； A/D 轉(zhuǎn)換器則選用 ADC0808 8 位精度轉(zhuǎn)換器。已知儲(chǔ)水罐的截面積 A=1 平方米，高度 H=2 米，要求控制目標(biāo)液位高度為 1 米。在2min 內(nèi)達(dá)到并穩(wěn)定在 1m水位高度，并且偏差在 ? 10%。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水位報(bào)警，水位實(shí)時(shí)顯示。儲(chǔ)水罐通過水泵將清水池內(nèi)的清水補(bǔ)入罐內(nèi)，流量記為 Q1，清水池內(nèi)的水位可視為固定值 2 米（即在儲(chǔ)水罐補(bǔ)水過程中液位不變化）。此系統(tǒng)由清水池，儲(chǔ)水罐，直流水泵，微控制器，液體壓力傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換器等組成。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 29 頁 其 他 設(shè) 備 微 控 制 器8 0 c 5 1驅(qū) 動(dòng) 電 路數(shù) 碼 管水 泵T P H 2 T 6 KA D C 0 8 0 8液 體 壓 力傳 感 器儲(chǔ) 水 罐 圖 22 儲(chǔ)水罐液位系統(tǒng)工作流程圖 系統(tǒng)模型 此系統(tǒng)是 一個(gè)典型的一階系統(tǒng)。即： out dQ = C a 2gh （ ） 式中 Cd—— 表示 儲(chǔ)水罐出口的流量系數(shù) ； a—— 表示 儲(chǔ)水罐的出水口面積 ； g—— 表示 重力 常數(shù)（ ） 。主要技術(shù)要求如表 31 所示。%FS 供電 12～ 36V DC 絕緣電阻 ≥1000 MΩ/100VDC 負(fù)載電阻 最大 800Ω 介質(zhì)溫度 20～ 85℃ 、 20～ 150℃ 、 20～ 200℃ 、 20～ 300℃ （可選） 環(huán)境溫度 20～ 85℃ 相對(duì)濕度 0～ 95% RH 過載能力 150%FS 響應(yīng)時(shí)間 ≤10mS 電氣連接 不銹鋼防水密封端子、四芯航空接插件、赫絲曼接頭等 此液體壓力傳感器完全可以滿足控制的要求，選擇此傳感器主要因?yàn)椋汗╇娨?12～36V DC，電壓范圍廣，輸出 0～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，方便 A/D 采集。它是在 MCS48 系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。 CPU 是它的核心設(shè)備 ,從功能上看 ,CPU包括兩個(gè)部分 :運(yùn)算器和控制器 ,它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。 整個(gè)系統(tǒng)電控部分以 ATMEL 公司的 8051 為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過程。 80C51 電源 VCC 芯片電源，接 +5V； VSS 接地端； 80C51 時(shí)鐘 XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。它分時(shí)提供 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。 ? P2 口（ 21 腳～ 28 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。 ? OUT1~OUT8： 8 位數(shù)字量輸出端。 ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 ? VREF（ +）和 VREF（ ）：參考電壓輸入端 。 ? 注意事項(xiàng)：輸出端 out8 為最低位 out1 為最高位， 與單片機(jī)連接是要 注意。在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得 RST 端出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。 圖 42 80C51 按鈕復(fù)位電路 水泵驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 29 頁 繼電器電路 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中用到的是單相交流水泵用的 220V 交流電屬于強(qiáng)電范圍，不能直接與單片機(jī)連接所以采用了繼電器來充當(dāng)開關(guān)。 圖 43 繼電器開關(guān)電路 雙向晶閘管過零調(diào)功調(diào)速原理 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用雙向晶閘管對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速控制，根據(jù) PT??? () 式中 P—— 表示電功率 KW； T—— 表示外部阻力矩 N 可控硅過零控制波形見圖 45。本設(shè)計(jì)中用兩個(gè)光耦實(shí)現(xiàn)脈沖的檢測(cè)，如圖 46 所示。此電路的工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)響應(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)置，在 I/O 口輸出一個(gè)高電平，經(jīng)反向器反向后，送出一個(gè)低電平，使光電耦合器導(dǎo)通，同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅，使工作電路導(dǎo)通工作。 在給定的時(shí)間內(nèi)水泵得到的功率為： nP UIN? （ ） 式中 P—— 表示負(fù)載得到的功率； n—— 表示給定時(shí)間內(nèi)雙向晶閘管導(dǎo)通的正弦波的個(gè)數(shù)； N—— 表示給定時(shí)間內(nèi)正弦波的總個(gè)數(shù)； U—— 表示不加雙向晶閘管時(shí)負(fù)載得到的電壓有效值； I—— 表示不加雙向晶閘管時(shí)負(fù)載得到的電流有效值。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 29 頁 軟件設(shè)計(jì)流程圖 本系統(tǒng)程序主要有 AD 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管顯示模塊、 PI調(diào)節(jié)模塊、報(bào)警燈控制模塊、電機(jī)控制 模塊組成。 kp=2。 while(1) { ad()。 if(getdata127) //判斷數(shù)位是否低于 1 米如果低于打開繼電器 , { kg=0。 } } 軟件水泵控制程序 水泵控制程序是在外部中斷 定時(shí)器 0 共同配合下進(jìn)行的，他們實(shí)現(xiàn)了在 1 秒內(nèi)控制通過雙向晶閘管半波個(gè)數(shù)，從而精確控制水泵轉(zhuǎn)速。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 29 頁 TL0=(6553650000)%256。 } } void waibu() interrupt 2 //外部中斷 1，產(chǎn)生雙向晶閘管觸發(fā)脈沖，打開定時(shí)器 0 { TR0=1。 chufa=0。 x=0。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。 本系統(tǒng)采用雙向晶閘管控制水泵，電路簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)， 控制精確。 Sons ． [2] 謝維成 ,楊加國(guó) ． 單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計(jì) [M]． 第二版 ． 北京 ． 北京國(guó)馬印刷廠 ． 20xx7． [3] 樊月珍 ． 江發(fā)潮 ． 基于 AT89C51 的交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [EB/OL]． 北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院網(wǎng)站 ． 20xx 20xx6. [4] 胡壽松 .自動(dòng)控制原理 [M].第五版 .北京 .科學(xué)出版社 .20xx . [5] 余孟嘗 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 [M].第三版 .北京 .高等教育出版社 .20xx. 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 29 頁 附錄 附錄 1 系統(tǒng)程序： include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit w1=P2^0。 //ADC0808 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位 sbit dian=P1^7。 //報(bào)警燈控制位 uchar kp,ki,uk,pk,ik。 //1M 位置 float e,e1,e2,yk。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 29 頁 void delay(uchar i) //1us 定時(shí) { while(i) _nop_()。 void initdingshi()。 ki=。 //AD 初始化 if(getdata=230) //判斷是否水位超過 米如果超過 { //打開報(bào)警燈否則關(guān)閉報(bào)警燈 lamp=0。 //并設(shè)定雙向晶閘管導(dǎo)通次數(shù) EX1=1。 } else { kg=1。 while(eoc==0)。//將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 dispbuf[1]=temp/10。 //PI 處理 } led()。//定時(shí)器 0 定時(shí)初始 化 50MS TL0=(6553650000)%256。 //啟動(dòng)定時(shí)器 1 EA=1。w2=1。w2=1。 dian=0。 } void pi() //PI 調(diào)節(jié)器程序 { e=qdgetdata。 e1=ik。 while(w==20) //當(dāng)?shù)?1S 時(shí)打開外部中斷 1 { EX1=1。 p++。 delay(8)。 if(x==y) //當(dāng)過零脈沖到達(dá)調(diào)節(jié)數(shù)時(shí)關(guān)掉外部中斷 1 并關(guān)閉晶閘管觸發(fā)脈沖 { chufa