用电监控系统仿真设计论文Word格式.docx
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2.2水位检测电路………………………………………………………………6
2.3继电器控制电路……………………………………………………………6
2.4音播报电路…………………………………………………………………7
2.5报警电路……………………………………………………………………8
3软件设计………………………………………………………………………8
3.1水位设定及报警子程序…………………………………………………9
3.2温度比较及温度调整子程序……………………………………………9
4.系统测试………………………………………………………………………10
4.1测试仪器…………………………………………………………………10
4.2测试结果…………………………………………………………………10
5.发现的问题……………………………………………………………………11
6.系统功能………………………………………………………………………11
7.设计总结………………………………………………………………………12
8.本系统程序清单………………………………………………………………12
【参考文献】……………………………………………………………………14
9.附表本系统电路图………………………………………………………………15
1系统设计
1.1总体设计方案
用电监控系统总体方框图如下图所示。
系统包括控制器模块、电机模块、按键设定模块、显示模块、继电器模块等几个部分。
ATMEGA16
单
片
机
电流
电流的显示
电机
按键设定
继电器
图1.1系统总体方框图
1.2.工作原理
系统加电,初始化。
经过修正的程序发现电流低于设置值0.8A时,电机工作,指示灯不亮。
当实时电流高于预置值0.8A时,自动断电,电机不工作,指示灯亮,一段时间后,自动续电,指示灯灭,电机工作。
自动断电次数达到两次,不再自动续电,按下复位键,有电流经过,电机工作,指示灯灭,如此周而复始。
1.3方案论证与比较
1.3.1控制器模块的设计方案论证与选择
方案一采用传统的模拟控制方案,选用模拟电路电子线路比较复杂,难于显示、处理压力转化为电变量,用电位器设定给定值,反馈的电流和设定值比较后,决定工作或不工作。
系统受环境影响大,不能实现复杂的控制算法。
方案二采用51系列中的ATMEL公司的89S52单片机控制,单片机软件编程灵活、简单、自由度大,可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。
可实现液晶显示和按键设定等多种功能,并且该单片机系统集成度高,廉价可靠。
本系统采用ATMEGA16单片机。
1.3.2电机模块的设计方案论证与选择
方案一直流电机一般转速较高,力矩较小,适用于对力矩要求较小的场合;
直流发电机的电势波形较好,对电磁干扰的影响小;
直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑;
直流电动机过载能力较强,热动和制动转矩较大;
由于存在换向器,其制造复杂,价格较高。
方案二减速电机输出速度(转速)比较容易控制,稳定,价格便宜,可靠耐用,承受过载能力高,传动功率高,功率可达95KW以上,耗能低,性能优越,减速机效率高达95%以上,振动小,噪音低,具有体积小、重量轻、减速比范围广、运转平稳、结构紧凑等优点。
故采用减速电机。
方案三交流电机结构简单维护方便,但调速比较困难,它的转速与频率成正比,频率愈高转速愈快,常见输送带上的交流电机旁边有变频器,用来控制传动转速。
但是转速受电源频率固定,使用一般交流频率无法使电机高速运转,最高仅达3600rpm高速电机必需用变频器来产生需要的工作频率,速度控制须改变频率或加装其它回授器较麻烦
1.3.3显示模块的设计方案论证与选择
方案一采用数码管显示。
采用数码管显示原理简单,易于实现,但所需IO口多,单片机可能不够,且不能显示汉字。
方案二采用液晶屏显示清晰、明亮,信息简单、明了,具有较为广泛的实用性,尤其适用于测试硬件。
(一)性价比高,LCD1602可显示32个字符,而LCD5110可显示15个汉字,30个字符。
LCD5110仅8.8元,LCD1602一般15元左右,LCD12864一般50~70元。
(二)接口简单,仅四根IO线即可驱动,LCD1602需11根IO线,LCD12864需12根。
(三)速度快,是LCD12864的20倍,是LCD1602的40倍。
故采用带中文字库的LCD5110液晶。
2.单元电路设计
2.1系统硬件结构框图
系统硬件结构框图如下:
2.2主控制电路
本系统采用AT89S52为控制核心。
其最小系统电路包括复位、时钟、电源等模块,电路如下:
图用电监控系统仿真设计原理图及pcb板
2.3继电器控制电路
继电器,采用3个继电器分别控制1个加热器、2个水泵:
继电器外接+12V驱动电源,P1、P2、P3接单片机IO口控制继电器工作。
2.4A/D转换电路
本电子秤由于精度要求较高,用8位、10位A/D难以实现,所以选择AD574A。
AD574A是美国模拟数字公司(Analog)推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器,内置双极性电路构成的混合集成转换显片,具有外接元件少,功耗低,精度高等特点,并且具有自动校零和自动极性转换功能,只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器,其主要功能特性如下:
分辨率:
12位
非线性误差:
小于±
1/2LBS或±
1LBS
转换速率:
25us
模拟电压输入范围:
0—10V和0—20V,0—±
5V和0—±
10V两档四种
电源电压:
±
15V和5V数据输出格式:
12位/8位芯片工作模式:
全速工作模式和单一工作模式
芯片引脚图如下:
图2.5报警电路
3软件设计
系统的软件设计采用C语言编程,在凌阳KeiluVision3平台上完成了单片机系统的开发,实现了各项设计功能和系统设计要求。
3.1水位设定及报警子程序
图4.1水位设定及报警流程图
3.2温度比较及温度调整子程序
温度比较及温度调整子流程图为图4.2所示:
图4.2温度比较及温度调整子流程图
4.系统测试
4.1测试仪器
测试使用的仪器如表5.1.1所示:
表5.1测试使用的仪器设备
序号
名称、型号、规格
数量
备注
1
数字温度表
分辨力0.1℃用于温度测量基准
2
秒表
主要用于测量系统响应快慢
3
PC机一台
惠普
4.2测试结果:
5.发现的问题
为了达到较高的精度,可能会导致继电器频繁的跳动,对系统的安全稳定运行造成一定的影响,特别是接大功率加热器的继电器尤其难以承受,也就是系统的动态性能不好。
首先要对程序进行优化修改,进行模糊控制,对继电器部分加上电容也能滤除一定的尖峰脉冲,其次加热部分要考虑到微调优化,综合来看就要用PID算法来控制,在误差信号中恰当地引入其微分项和积分项,既改善系统的精度又能改善系统的动态性能。
水位探头傍有残留水导致水位误判。
刚开始试测时常有误判发生,经过对探头位置处理,使其离另一端有一定距离,使探头离板开一点,最后达到了比较理想的效果。
6.系统功能
1、用指示灯和电机仿真用电系统;
2、用电超负荷时自动断电,一定时间后自动续电;
3、自动断电次数达到两次,不再自动续电,改由手动续电;
4、手动续电设置权限。
7.设计总结
本系统将显示控制于一体,直观易操作。
在设计过程中我们学到了很多有用的东西,比如汉字的液晶显示还有单片机IO口的使用等,让我们真正体会到在学习中成长,在实践中进步的含义。
在这次设计过程中我们也遇到很多问题,也犯了不少错误,为此耽误很多宝贵时间,不过也让我们汲取经验教训,通过实践验证了理论巩固了自身知识,为以后的设计奠定了一定的基础。
我们相信,今后的设计我们会更加得心应手。
8.本系统程序清单
/***************电子设计系列--M16基础篇程序******************
*实验目的:
熟悉采用LCD5110显示字符、汉字、AVR图片
*设计:
求精科技
*邮箱:
lchq0088@
*QQ:
759137827
*单片机模式:
使用内部或外部8MHz时钟
*日期:
2010-3-14
内容:
手机液晶LCD5110显示显示字符、汉字、AVR图片
*************************************************************/
#include<
iom16v.h>
#include<
MACROS.h>
CODE.h>
//DefineI/Opins
#defineBIT70x80
#defineBIT60x40
#defineBIT50x20
#defineBIT40x10
#defineBIT30x08
#defineBIT20x04
#defineBIT10x02
#defineBIT00x01
#defineLCD_PORTPORTC
#defineLCD_DIRDDRC
#defineLCD_INPINC
#defineSCLKBIT5
#defineSDINBIT4
#defineLCD_DCBIT3
#defineLCD_CEBIT6
#defineLCD_RSTBIT2
//enableglobalinterrupts
#defineGIE(SREG|=BIT(7))
//disableglobalinterrupts
#defineGID(SREG&
=~BIT(7))
#defineSLEEP()asm("
sleep"
)
/*enablesanunsignedchartobeusedasaseriesof