液位和液体流速检测系统的设计

目录摘要……………………………………………………………………………………………1关键词…………………………………………………………………………………………1Abstract………………………………………………………………………………………1Keywords……………………………………………………………………………………1引言……………………………………………………………………………………………21概述…………………………………………………………………………………………21.1课题研究背景……………………………………………………………………………21.2课题研究意义……………………………………………………………………………22系统的设计方案……………………………………………………………………………23硬件设计……………………………………………………………………………………33.1单片机控制模块…………………………………………………………………………33.2液位与流速采集模块……………………………………………………………………43.2.1液位的采集模块………………………………………………………………………43.2.2流速的采集模块………………………………………………………………………53.3LED显示电路……………………………………………………………………………63.4键盘模块…………………………………………………………………………………73.5电源电路…………………………………………………………………………………93.5.1LM78系列三端固定稳压器……………………………………………………93.5.2电源电路的设计………………………………………………………………93.6A/D转换模块……………………………………………………………………………93.7报警电路模块…………………………………………………………………………114软件设计…………………………………………………………………………………114.1软件系统特点…………………………………………………………………………114.2主程序流程图…………………………………………………………………………124.3键盘输入中断服务程序………………………………………………………………134.4液位与流速显示程序框图……………………………………………………………144.5报警程序框图…………………………………………………………………………154.6显示转换………………………………………………………………………………165总结…………………………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………………………16附录一……………………………………………………………………………………17附录二………………………………………………………………………………………22致谢…………………………………………………………………………………………23液位和液体流速检测系统的设计1液位和液体流速检测系统的设计电子信息科学与技术专业学生**指导教师摘要：液位与液体流速测量一直与自动化密切相关，几乎遍及生产与生活的各个领域。近年来由于新检测原理及微电子技术的发展和应用，使得液位与液体流速测量仪器更趋向小型化和智能化，逐步实现了故障诊断和报警、高精确度、高可靠性、安全性和多功能化。本系统以AT89C51单片机为控制核心，还包括液位与流速采集模块，A/D转换电路模块，LED显示模块，报警模块等。实时检测液位，精确测量液体流速，并能将每个下位机的液位和液体流速信号传送至上位机，在上位机对各个下位机的信号进行巡回检测和显示。当液位低于设定下限值、液体流速过高或过低时，在上位机和相应下位机都能发出声光报警，提醒有关人员及时进行处理。关键词：液位；液体流速检测；单片机TheDesignOfDetectionSystemOnVelocityAndSurfacePositionOfLiquidStudentmajoringinElectronicInformationScienceandTechnologyName1TutorName2Abstract：Thedetectingofvelocityandsurfacepositionofliquidrelatedwithrobotizationcloselyalmostspreadsoverallfieldsofproducingandliving.Inrecentyears,becauseofthedevelopmentandapplicationofnewmeasureprincipleandmicro-electronicstechnique,theliquidlevelmeasuringinstrumentsbecomemoreminiatureandmoreintelligential.Theygraduallyrealizefaultdiagnosisandalarm,highprecision,highreliability,highsafetyandmulti-function.ThissystemismadeofAT89C51asthecontrolcore,liquidlevelandflowvelocitycollectionmodule,A/Dconversioncircuitmodule,LEDmoduleandalarmmodule.Ittransportsthedetectingliquidspeedsignaloflowermachinetotheupmachine,andthesignalofeverylowermachineisdisplayedaround.Whentheliquidleveloflowermachineisunderthegivenlowerlimitortheliquidspeedismuchfasterorlower,thealarmoftheuppermachineandcorrespondinglowermachinewillbeopen.Andsomeonecandealwithintime.Keywords:Theliquidlevel；Liquidvelocitytesting；SingleChipMicrocomputer液位和液体流速检测系统的设计2引言单片微型计算机被称为单片机，它是为各类控制器而设计的通用或专用微型计算机系统，高密度集成了普通微机的微处理器，广泛地应用到社会生活中的各个领域，从宇宙飞船到人造卫星，从天气预报到地震预报，从办公自动化到生产过程自动化，都离不开单片机的应用，单片机已成为促进现代文明的进步，推动人类社会发展的智能工具。传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术，从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器技术。本文以单片机和传感器为基础，实现显示、报警等功能，从而实现液体的液位和液体流速的检测。1概述1.1课题研究背景液位和液体流速测量一直与自动化密切相关，几乎遍及生产与生活的各个领域，尤其是工业生产过程领域。化工、石油、矿山等企业总是有许多盛装液体的反应锅(罐)或贮槽需要测定液位，水电、港务、航道等部门也需要测定水库、港口或航道的水位；国防部门等需要测定飞机、坦克之类的动力油箱中的油位。从测量范围来说，小的只有几十厘米，大的可达几十米；从精度要求来说，有的只允许一毫米误差，有的却允许几厘米甚至几十厘米的误差；从测量环境和条件来说，有的很简单，有的却非常复杂[1]。近年来由于微电子技术的发展使得液位和液体流速的检测技术发生了根本性变化，液位和液体流速的测量仪器更趋向小型化和微型化，特别是一些小型现场液位开关发展极快，如超声液位计和振动式液位开关，由于没有可动部件，所以可靠性高，不仅可现场显示，而且可以发出控制信号[2]。与此同时，液位和液体流速检测也在向着智能化发展，在液位和液体流速测量领域内广泛应用微处理技术，以实现故障诊断和报警，目的是提高测量的精确度、可靠性和安全性。1.2课题研究意义在石油化工、饮料、轻纺等行业，企业生产管理部门每天都要掌握罐内储存介质的液位、密度、温度、体积和质量等重要数据。多年来，广大用户一直在寻找一种价格便宜、寿命长，能精确监视储罐货存、工艺流程、计量交接、便于操作维护、易于计算机网络化管理的新技术、新设备。目前，国内大多石油行业储罐液位和液体流速测量仍采用人工测量方法，因此研制一套成本低、寿命长、易于安装和维护的高精度测量系统替代进口产品，具有巨大的经济效益[1.2]。为此我们研制了液位和液体流速实时检测系统，该系统自动检测液位，精确测量液体流速，并且进行巡回检测和显示。当液位低于设定下限值、液体流速过高或过低时，在上位机和相应的下位机发出报警，提醒有关人员及时进行处理。2系统的设计方案无论是工业生产中，还是日常生活中，对液位与流速的检测和控制都是必不可少的，对于液位检测通常是采用WMY型液位变送器，液体流速检测采用LUGB应力式涡街流量液位和液体流速检测系统的设计3传感器。再通过A/D转换得到数字信号，但由于信号的采集对整个系统的影响很大，如果采样精度不高，会使这个系统准确性下降。而对于液位控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制、PID控制等。为了完成液位和液体流速检测设计的各种功能，我们将整个电路分为三个部分：数控部分、液位和液体流速检测部分以及电源电路部分，方案原理框架图如图2-1所示。图2-1方案原理框架图系统的工作原理：电源电路生成+5V直流电，供给单片机使用。利用传感器分别进行液位检测和液体流速检测，把测得的数据送入数据转换电路，测得的数据就会模拟量变为数字量，然后送入单片机处理，最后由显示电路显示出来，用键盘按键设置液位上限和下限，超过液位或流速的预定值实现自动报警功能，提醒工作人员及时进行处理。3硬件设计本系统是以AT89C5l单片机为控制核心，系统主要包括单片机控制模块，液位与流速采集模块，A/D转换电路，LED显示模块，电源电路模块，报警模块等六大部分。3.1单片机控制模块单片机是整个控制系统的核心，本文选用目前广泛使用的AT89C51单片机。AT89C51单片机是美国ATMEL公司推出的一种内部含Flash存储器的特殊单片机，ATMEL公司以EEPROM技术和Intel的80C31单片机核心技术进行交换，把自身的先进Flash存储技术和80C31内核相结合，从而生产出了Flash单片机89C51系列。AT89C51具有低功耗、高性能，价格低、引脚方便的特点，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容[3.4]。所以，在产品开发及生产便携式商品、手提式仪器等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的MCS-51系列单片机的主流单片机之一[5.6]。AT89C51可以提供系统控制所需的中断、定时、存放中间结果的RAM及程序存储器，因此只要在芯片上外接时钟电路和复位电路就达到真正可用，即就是一个最小系统[7]，单片机原理图如图3-1所示。单片机数据转换电路测液位传感器键盘控制报警电路显示电路电源电路测流速传感器液位和液体流速检测系统的设计4图3-1单片机AT89C513.2液位与流速采集模块3.2.1液位的采集模块首先要将WMY型液位变送器测得的液位模拟量变为数字量。然后送入单片机进行相应的处理，模数转换的部分采用ADC0809芯片。该芯片的输入量为0—5V的电压量。因此需先将WMY型液位变送器的输出电流信号转换为对应的电压信号。即在芯片采集信号端加入—个250欧的转换电阻，将电流转换为1～5V的电压值。该电压值在ADC0809的输入范围内。利用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：P=ρgh+0P（3-1）式中：P：变送器迎液面所受压力ρ：被测液体密度；g：当地重力加速