基于单片机原理的流量控制装置

数理与信息工程学院毕业设计（论文）题目：基于单片机原理的流量控制装置专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：日期：基于单片机原理的流量控制装置设计摘要：本文介绍的是一种以单片机为中心的流量控制装置。流量计测量流量的大小，并经过变送器转化为4^20mA的直流电流经A/D转换成数字信号，等待进入AT89C52单片机的内部空间，一方面将流量大小送到显示屏显示，一方面送入运算器。由键盘输入设定值，计算偏差量，编写正确的PID算法并最终得到控制量，由单片机传送到输出接口，经D/A变换成电压，并将电压送入控制执行结构。执行组织操控活门开度，从而控制流量大小。本装置在两个方面进行设计：一是硬件设计，二是软件设计。并通过一系列的仿真调试以及对装置的抗干扰性和稳定的检验的方案，证明该装置满足稳定、精确、快速控制要求。关键词：流量计；AT89C52单片机；PID控制目录引言..........................................................................11绪论........................................................................21.1设计背景...............................................................21.2海内外研究近况及发展趋势...............................................21.3研究内容...............................................................32流量计......................................................................42.1流量计的分类..........................................................42.2流量计的选型..........................................................43.单片机......................................................................64装置硬件设计................................................................74.1总体设计方案...........................................................74.1.1装置工作原理.....................................................74.1.2总体硬件设计.....................................................84.2主要电路设计..........................................................94.2.1A/D变换电路.....................................................94.2.2键盘显示接口电路................................................114.2.3D/A变换电路....................................................135.装置软件的设计.............................................................145.1主程序设计............................................................145.2A/D转换程序...........................................................155.3PID程序...............................................................165.4显示程序..............................................................175.5键盘程序..............................................................185.6D/A变换程序...........................................................196.总结.......................................................................20致谢.........................................................................21参考文献.....................................................................221引言据史书记载很早以前就有人利用堰法测量流量，并用树枝、泥土、和石块对水量进行控制。近现代以来，人类社会发展进步巨大，经过许多科学家的研究与探索，促使流量的测量和控制也飞速发展。当代是智能化、网络化、信息化的时代。高新技术的出现离不开信息的全球化传播，用于测量和控制的仪表技术随着新材料技术、网络技术、新工艺技术、微机技术等高新技术的提升而获得快速提升。在市场经济的大潮下，如何适应时代发展，将其他高新技术与流量与控制结合起来至关重要。现代的新技术的发明使流量计的种类特别多。流量计有电磁流量计，有差压是流量计，有根据超声波的特性而制成的超声流量计，有用于液体检测的最普遍的涡街流量计等等。随着计算机技术的发展，计算机与流量的检测与控制技术密切相关，人们越来越多的采用单片机对工业系统中的流量进行测量与控制。PC机有着巨大的数据监测与处理功能，而单片机的小型化，经济化使它在流量检测控制中得到极大的运用。计算机可以与单片机直接通信，从而实现PC机对流量的实时控制。计算机使PID技术在流量操控领域得到大规模采用，使控制系统的调节更加的精确。总而言之，经过许多年的发展，流量控制系统正朝着多元化的方向发展，许多的优秀的技术接踵而至，而其中一个最典型的技术便是基于单片机原理的流量控制。本设计用单片机设计技术结合自动控制技术用于流量控制装置。该装置并能与计算机通信。它的优点是使测量更加准确，控制更加精确，系统更加稳定，更加智能并且成本较低，方便生活，适合大规模生产，对生产生活具有重大意义。21绪论1.1设计背景流量可以分为两类，即体积流量和质量流量。长时间的流量累计叫做累积流量。工业生产中，对流量的测控有广泛地需求，一些先进的流量测控方法和仪器仪表技术相继出现。流量与压力、温度和物位联系密切，构成了过程控制中重要变量，人们通过这些变量，对系统进行监视与控制。对液体流量进行精确的测量和控制是保证生产过程运行更加经济安全、提升产品品质、减少物质浪费、增加经济利润、保证科学管理的基本。流量的测量和控制是石油、化工、冶金等领域的重要组成部分。流量的测量是指对在一定的管道内的流体的流量大小进行测量。出于流量检测的性和多样性，流量检测的分类方法很多。按检测结果分类：一是体积流量测量，二是质量流量的测量。依靠被测流体的温度，被测量流体密度，被测量流体的粘度，环境压力，以及测量产所等，研究合宜的测量技术，使测量结果准确是流量测量主要任务。在工业过程中，让一些参量按人的控制而保持有周期的变化的过程称为过程控制。操控过程冗杂是过程控制主要的特点，通用系统设计难，控制方案丰富，定值控制等，仪表结合被控过程。过程控制的主要任务是确定控制目标，选择控制量，选择被控参数，确定控制方案，设计联锁保护装置，拣择控制方法，挑拣执行器，安排报警装置等。将流量的控制与单片机结合意义巨大。20世纪以来，发展最迅速的是计算机技术，计算机技术的发展使单片机也得到发展，现在越来越多的流量控制装置都采用单片机技术。将单片机运用到控制装置中，使装置更加的小型化，数字化，智能化。1.2海内外研究近况及发展趋势400年前欧洲的托里拆利对差压式流量计的发明，标志现代流量测量技术的开始。之后，许多类型仪表形成自己的雏形。如堰、容积、皮托管、示踪法、涡轮、靶式流量计、文丘里管等。20世纪由于能源计量、公共生活、过程工业中流量测量的方法越来越不满足人们的要求，仪表技术得到快速的前进，仪表更新换代离不开微电子技术和计算机技术的飞跃发展，新型流量计大量涌现。就目前已有上百种流量计投向市场。现代流量测量的技术依旧是欧美一些发达国家的技术遥遥领先。我国从改革开放以来，引进技术，不断创新，在流量测控方面有了快速的发展，但是仍是和西方有差距。现在中外合资越来越多，会遇到许多的机遇，一些技术也弥补了中国在流量测控方面的空缺，中国在这方面已渐渐成熟。近二十年来计算机技术飞跃发展，基于计算机的强大运算与存储能力，单片机也得到发展，现在越来越多的流量控制装置都采用单片机技术。将计算机的RS-432接口与单片机串行接口连接，进行通信，从而进行实现对流量的实时控制。未来流量控制与单片机技术结合是重要的研究方向。31.3研究内容本文研究的是结合单片机技术，本设计用单片机设计技术结合自动控制技术用于流量控制装置，实现对管道内流量进行控制。系统利用流量传感器进行模拟量采样，A/D转换成数字信号送入AT89C52单片机的内部空间参与运算，通过显示器对流量进行显示，得到经数字PID算法的控制量，由单片机送到到输出接口，并由D/A输出模拟电压，模拟电流供应执行机构，执行机构中的伺服电机转动带动电磁阀运动，电磁阀的开度决定了流量的大小，开度越大流量越大，开度越小流量越小。42流量计2.1流量计的分类1.容积式流量计容积式流量计是采用机械的特殊构造测量流量，它的种类最多，运用的比较多。双转子流量计和椭圆齿轮流量计等等都属于容积式流量计。2.差压式流量计差压式流量计依靠节流的特性也被称为节流式流量计，依靠管道大小、流体条件及测件尺寸测量流量。可直接测体积流量，也可间接测质量流量。3.涡街流量计内部置漩涡发生体，产生有规律的漩涡，漩涡频率与流量成比例，测量频率间接测流量。流体粘度、温度、压力、密度等一些误差不影响直接测量体积流量。4.超声流量计超声束，也成为超声脉冲，通过流体对其的作用来测量流量的仪表称为超声流量计。根据超声波的一些特性，检测方法不同，超声波流量计种类很多。属于无阻碍流量计，且不受流体温度，密度，物位影响。在工业大管道中用的很多。5.电磁流量计电磁流量计是依靠法拉弟电磁感应定律研制出的用来测量导电性液态流体的仪表。电磁流量计能适应高腐蚀高温环境。近20年电磁流量在技术上越来越成熟,取得巨大进步。2.2流量计的选型流量计的选型一方面要考虑到被测量流体的密度，被测量流体温度，被测量流体的粘度，环境压力，以及测量产所等。另外还要考虑到实际的设计要求选用是要数字式的还是模拟式。涡街流量计原理：它凭借流体会发生震荡的现象的理论测量，流体介质在管道中通过涡街流量变送器时，会在横置的发生体上产生漩涡，被测流体流量与漩涡的出现频率有关，一方面同时与流速有关，另一方面还与发生体的宽度有关。dSFtvF：频率单位HZv：平均速度m/sd：发声体宽度mSt：斯特劳哈尔数St=F(e1R)q=vA图2-1涡街流量计原理图5压电元件抗干扰滤波A/D转换隔离跟踪滤波隔离脉冲输出显示工程单位组态状况微处理器变送器组态温度校正自诊断量程调整D/A转换