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用电监控系统仿真设计论文
用电监控系统仿真设计
摘要
本系统主要通过51单片机实现水温的自动监控和水位越限报警及调整，这个系统是闭环控制系统，单片机获取被控对象即水容器里的水温和水位信息，与预置的水温和水位进行比较，通过继电器输出差异控制信息作用于加热器和抽水泵，实现水温和水位的自动调节。
本系统使用高精度温度传感器，系统可靠性高，易操作，在一般的加热水缸、热水池等具有一定参考使用价值。
关键词：
ATMEGA16单片机用电监控系统
目录
摘要……………………………………………………………………………1
目录……………………………………………………………………………2
1.系统设计………………………………………………………………………3
1.1总体设计方案……………………………………………………………3
1.2工作原理…………………………………………………………………3
1.3方案论证与比较…………………………………………………………4
1.3.1控制器模块的设计方案论证与选择………………………………4
1.3.2温度采集模块的设计方案论证与选择……………………………4
1.3.3显示模块的设计方案论证与选择…………………………………5
2.单元电路设计…………………………………………………………………5
2.1温度测量……………………………………………………………………5
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
1
分辨力0.1℃用于温度测量基准
2
秒表
1
主要用于测量系统响应快慢
3
PC机一台
1
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
#include
#include
//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
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