【正文】 ................................................. 33 整體軟件設(shè)計 ................................................................................................... 33 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 VII 頁 報警參數(shù)輸入部分 ........................................................................................... 34 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波 ......................................................................................... 40 模擬量數(shù)據(jù)采集 ......................................................................................... 40 數(shù)字濾波處理 ............................................................................................. 41 模擬信號的輸出變換 ................................................................................. 41 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波 .................................................................................. 43 LCD 液晶顯示 ................................................................................................... 47 控制部分設(shè)計 .................................................................................................... 52 溫度控制部分設(shè)計 ..................................................................................... 52 液位控制部分設(shè)計 ..................................................................................... 54 壓力控制部分設(shè)計 ..................................................................................... 57 流量控制部分設(shè)計 ..................................................................................... 57 時鐘日歷顯示 ................................................................................................... 58 第五章 系統(tǒng) 調(diào)試 ....................................................................................................... 62 結(jié)論 .............................................................................................................................. 67 致謝 .............................................................................................................................. 68 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 69 附錄 1 畢業(yè)實(shí)習(xí)報告 ................................................................................................ 70 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 1 頁 第 1 章 緒論 水箱 溫度 液位 壓力流量控制系統(tǒng)綜述 水箱控制是工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的控制方案，工業(yè)中很多控制問題都可以歸結(jié)于水箱控制問題，因此研究水箱控制系統(tǒng)具有很好的科研和實(shí)用價值。比如：在水塔供水系統(tǒng) 、 高位水箱供水系統(tǒng) 、 汽車水箱供水系統(tǒng) 、 液壓泵供油系統(tǒng)等系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。其中基于單片機(jī)的控制技術(shù)就是一種應(yīng)用非常廣泛的自動控制技術(shù)。故可以用單片機(jī)搭建一個結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，價格便宜的智能控制系統(tǒng)。各種傳統(tǒng)的產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī) , 就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效。但是這樣做并不方便，一是抽水的時候人必須在旁邊守著，二是不知道水抽滿了沒有，還得擔(dān)心水溢出來，三是不知 道水何時會用完。另外，在一些惡劣的情況并不適合人去作業(yè)，比如在煉鋼中鋼水的溫度控制。 而我本次所作的畢業(yè)設(shè)計就是以工業(yè)上通常使用的水箱供水系統(tǒng)為控制對象，來搭建水箱的溫度 、 液位 、 壓力 、 流量自動控制系統(tǒng)。因此也具有一定的科研教學(xué)價值。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。同時集成諸如通訊接口、 定時器 ，實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。 單片機(jī)的簡要發(fā)展歷史 同微處理器一樣，單片機(jī)自誕生以來發(fā)展一直很快。 1976 Intel 推出的MCS488 位單片機(jī)的推出是單片機(jī)發(fā)展時代的真正到來。以 Intel 公司的 MCS48 為代表。這就是 SCM 的誕生年代， “單機(jī)片 ”一詞即由此而來。 Intel 公司在 MCS48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS51。 1） 完善的外部總 線。 2） CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 4） 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 Intel 公司推出的 MCS96 系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微 控制器特征。 第四階段（ 1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 3 頁 當(dāng)前世界范圍內(nèi)單片機(jī)的發(fā)展領(lǐng)域 目前世界范圍內(nèi)單片機(jī)發(fā)展的主要領(lǐng)域有 4 個：一是歐美，最新 開發(fā)產(chǎn)品及主要廠商有： National semiconductor 的 cop8 系列單片機(jī)，美國的 Scenix 的八位單片機(jī)，荷蘭 PHILIPS 的 51 系列單片機(jī)，美國 AMD 公司 186 系列 16 位嵌入式微機(jī)控制器， MOTOROLA 的各個系列單片機(jī)；二是日本， TOSHIBA 公司開發(fā)了從 4 位到 64 位多系列單片機(jī)，日立公司也有從 4 位到 32 位多系列單片機(jī)，NEC 公司的 75X、 78X 系列微機(jī)；三是臺灣地區(qū)，主要有 WINBOND 的W741/W51 W78/W77 等系列產(chǎn)品微控制器；四是韓國，主要有 HYUNDAI microelectronics 的 GMS800、 GMS30 系列微控制器。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展 的 趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 CMOS 化 ： 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進(jìn)小，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的 CMOS化。 低功耗化 ： 單片 機(jī)的功耗已 到 mA 級，甚至 1μA 以下；使用電壓在 3～ 6V之間，完全適應(yīng)電池工作。 低電壓化 ： 幾乎所有的單片機(jī)都有 WAIT、 STOP 等省電運(yùn)行方式。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá) 1～ 2V。 低噪聲與高可靠性 ： 為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技 術(shù)措施。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。目前，單片機(jī)內(nèi) ROM最大可達(dá) 64KB， RAM 最大為 2KB。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。 小容量、低價格化 ： 與上述相反，以 4 位、 8 位機(jī)為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。 外圍電路內(nèi)裝化 ： 這也是單片機(jī)發(fā)展的主要方向。除了一般必須具有的 CPU、ROM、 RAM、 定時器 /計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器 等等 。隨著低價位 OTP（ One Time Programmable）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，推動了單片機(jī)“單片 ”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 單片機(jī)的應(yīng)用 由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。 2. 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。 3. 單片機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。單片機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。本控制系統(tǒng)亦可以用于液壓供油系統(tǒng)等其他常用的需進(jìn)行溫度，液位，壓力，流量等量進(jìn)行控制的系統(tǒng)。 2） 能夠進(jìn)行恒溫控制，使溫度始終處于一定的范圍內(nèi)。并進(jìn)行聲音和 LED 燈報警。當(dāng)壓力低于或者高于設(shè)定的范圍時，能夠自動啟動相應(yīng)的控制設(shè)備，并進(jìn)行聲音和 LED 燈報警。當(dāng)流量低于或高于設(shè)定的流量值時，啟動繼電器控制閥門開口大小，并進(jìn)行聲音和 LED 燈報警。使水箱水位不至于太高或者太低，當(dāng)高出或者低于設(shè)定范圍時，開啟繼 電器控制閥門關(guān)閉或者開啟。 齒輪泵 流量監(jiān)測 液位監(jiān)測 壓力監(jiān)測 溫度監(jiān)測 溢出 缺水 加熱絲 控制水箱 圖 21 水箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 儲水箱 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 系統(tǒng)硬件模塊 根據(jù)系統(tǒng)總體功能設(shè)計分析，本系統(tǒng)的 硬件模塊主要有單片機(jī)及其控制模塊和傳感器模塊， 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 21。 2) ADC0809 模塊，主要用于模擬信號轉(zhuǎn)換，輸出為數(shù)字信號。 4) DS12887 時鐘模塊，主要用于為系統(tǒng)提供 時間數(shù)據(jù)，也可以用于 時間 日歷顯示。 6) 溫度傳感器模塊，主要用于溫度信號的采集及其電信號輸出。 8) 壓力傳感器模塊，主要用于壓力信號的采集及其電信號輸出。 CPU INTEL P8031 ADC0809模塊 傳感器 4 傳感器 1 LCD 12232A模塊 8155 模塊 鍵盤 接口 DS12887時鐘模塊 系統(tǒng)控制 模塊 圖 22 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 8 頁 系統(tǒng)軟件模塊 根據(jù)系統(tǒng)總體功能設(shè)計分析，本系統(tǒng) 軟件設(shè)計模塊組成如下 ： 1) 參數(shù)輸入 模塊 ， 交互式輸入系統(tǒng)的報警上限和報警下限，以提供系統(tǒng)報警的數(shù)據(jù)。 3) LCD 顯示 模塊 ，進(jìn)行參數(shù)的交互式輸入，并且顯示各個通道的 值 、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值和時鐘日歷信息。 5) 時鐘日歷顯示 模塊 ，為系統(tǒng)提供精確的年月日 、時分秒等時鐘信息 。 本節(jié)將簡要的介紹一下這些模塊的功能特性。 圖 31 MCS51 引腳圖 8031 是 MCS51 系列單片機(jī)的產(chǎn)品，產(chǎn)品型號的不同主要是內(nèi)部程序存儲器的差別，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相