【正文】 系著生產(chǎn)的安全。所以，對蓄水池控制，如果能夠使用精密的而且完全會嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的智能化化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，很好的實(shí)現(xiàn)了蓄水池與水庫泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動控制。自20世紀(jì)90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，已成為我國高科技的重要組成部分，正在工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。 過程控制(Process control)通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制，它是自動化技術(shù)的重要組成部分。習(xí)慣上，把連續(xù)型工業(yè)稱為過程工業(yè)(Process industries)，有時(shí)為突出其流動的性質(zhì)也稱為流程工業(yè)(fluid process industries)。 過程控制一般是對生產(chǎn)過程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制。連續(xù)型工業(yè)的生產(chǎn)特征是：呈流動狀的各種原材料在連續(xù)流動過程中，經(jīng)過傳熱、傳質(zhì)、生化物理反應(yīng)等加工，發(fā)生了相變或分子結(jié)構(gòu)等的變化，失去原有性質(zhì)而形成的一種新的產(chǎn)品。這是生產(chǎn)過程具有的特殊性造成的，因此形成了過程控制的下列特點(diǎn)：(1) 對象復(fù)雜多樣；(2) 對象存在滯后；(3) 對象特性的非線性；(4) 控制系統(tǒng)較復(fù)雜。局限于一般的控制元件及機(jī)電式控制儀器，采用比較笨重的基地式儀表，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動控制。過程控制的理論仍采用以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，主要解決單輸入、單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，各控制系統(tǒng)間互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少，只是控制的品質(zhì)有較大的提高。由于計(jì)算機(jī)硬件的可靠性高、成本較低，有豐富的軟件支持，有直觀的CRT顯示，便于人機(jī)聯(lián)系；它既沒有模擬常規(guī)儀表那樣數(shù)量多、儀表柜龐大的缺點(diǎn)，也不會像60年代初采用的大型計(jì)算機(jī)集中控制那樣，一旦出現(xiàn)故障，就會影響全局，因此得到了廣泛的應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形技術(shù)為一體的裝置。由原來分散的機(jī)組或車間控制，向全車間、全廠和整個(gè)企業(yè)的綜合自動化方向發(fā)展。例如，串級、比值和均勻控制的應(yīng)用。(3) 綜合自動化階段從20世紀(jì)90年代開始，過程控制進(jìn)入了綜合自動化階段?，F(xiàn)場總線是智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。因而通過現(xiàn)場儀表就可構(gòu)成控制回路，使控制回路徹底分散。它的出現(xiàn)標(biāo)志著控制工具的又一次重大變革，過程控制進(jìn)入了真正的計(jì)算機(jī)時(shí)代。智能控制將人工智能，控制理論和運(yùn)籌學(xué)三大學(xué)科相結(jié)合，采用模糊技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等技術(shù)，比較好的解決了對象建模的困難和干擾眾多與控制要求提高的矛盾，在許多難以控制的場合下，發(fā)揮了卓越的作用。這類系統(tǒng)是靠計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。 過程控制系統(tǒng)的組成常規(guī)過程控制系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：(1) 控制器 控制器也稱調(diào)節(jié)器，它接收變送器送來的信息——被控量。否則，控制器的輸出發(fā)生變化，對系統(tǒng)施加控制作用。如本文中的電動調(diào)節(jié)閥。如本文中的水箱液位。(4) 變送器反映生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)大多不止一個(gè)，—般都需用不同的傳感器進(jìn)行自動檢測，才能了解生產(chǎn)過程進(jìn)行的狀態(tài)，以獲得可靠的控制信息。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，常常需要對某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測量和控制。通過控制計(jì)算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運(yùn)行過程，即時(shí)的監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。液位是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的控制參數(shù)之一，液位控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量甚至產(chǎn)品制造的成功與失敗。液位控制是較普遍和較關(guān)鍵的控制系統(tǒng)，它具有非線性、滯后性等特性。目前對水箱水位控制的系統(tǒng)大致可分為以下2種:(1)機(jī)械式控制系統(tǒng)。但這種控制裝置故障多,誤動作多,且只能單獨(dú)控制,與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器,把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號,經(jīng)過前置放大、多路切換、A /D 變換成數(shù)字信號傳送到單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較,進(jìn)行P ID運(yùn)算,得出調(diào)節(jié)參量。 基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一種水位智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)蓄水池與水庫泵站之間水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字顯示和自動控制。根據(jù)監(jiān)控對象的特征,要求實(shí)時(shí)檢測蓄水池的液位的高度,并與開始預(yù)設(shè)定值做比較,由單片機(jī)控制SSR固態(tài)繼電器的開斷進(jìn)行液位的調(diào)整,最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若小于下限設(shè)定值,要求報(bào)警,開啟SSR,控制水泵開始上水。 第二章 本課題主要研究內(nèi)容單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和linux操作系統(tǒng)。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有12部單片機(jī)。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。一個(gè)可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱PC機(jī)。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。各種產(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，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯件上。（一） 系統(tǒng)硬件總體方案 系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級管所組成的液位傳感器對液面進(jìn)行控制,通過傳感器安裝在蓄水池底部，由上至下測量水體的液位值。用LED顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長等特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開、關(guān)水泵,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動閥門的電動機(jī)。（二） 系統(tǒng)軟件總體方案水位檢測是通過液位傳感器實(shí)時(shí)對水位進(jìn)行檢測。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水閥控制系統(tǒng)就會自動報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會自動接通加水電磁閥，開始加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)就會自動報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。其優(yōu)越性主要在于：首先，通過對水體液位進(jìn)行的簡易方便的操縱，可以準(zhǔn)確得控制水泵進(jìn)行添加水或放水以適應(yīng)工作的需要，操作簡單，經(jīng)濟(jì)效益好。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)以及其他方面的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)廣泛的液位控制系統(tǒng)包括對水體的液位，壓力等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹液位的控制。把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器CAD571把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤的顯示與控制；下圖即是液位控制系統(tǒng)： 圖31 基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng) 由上圖可觀察到傳感器通過對液面進(jìn)行測量，輸出模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過LED進(jìn)行顯示,通過報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過對閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動設(shè)備是電動機(jī)。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)。其代表就是8051。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)行對輸入信號的分析和處理。這種芯片內(nèi)置4K EPROM，因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開關(guān)水泵,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位,需要關(guān)閉閥門?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫程序時(shí)，接+5V電源。Pin19:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振