利用压力传感器实现液位控制.docx
《利用压力传感器实现液位控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用压力传感器实现液位控制.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
利用压力传感器实现液位控制
1课程设计任务书
题 目
利用压力传感器实现液位控制
学生姓名
学号
20086528
班级
专业
电气工程及其自动化
承担指导任务单位
指导教师
姓名
是否制作实物
否
一、主要内容
利用压力传感器设计液位控制系统，液位达到上限处，停止注水，液位低于下限，开始注水。
二、基本要求
1.实现基本功能
2．完成3000字设计报告
三、主要技术指标（或研究方法）
1.选用AT89C51单片机
四、应收集的资料及参考文献
压力传感器
AT89C51单片机
教研室主任签字
时 间
2011年12月27日
2概述
2.1系统组成框图
利用单片机和传感器构建一套完整的液位自动控制系统。
可根据需要设定液位的上限和下限，同时具备报警功能。
本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发压力传感器实现液位自动控制系统。
系统原理图如图2-1：
压力传感器采集到压力信号传送给信号处理模块,它与单片机通信测出液位的高低，经过线性化处理后发给继电器电路，控制继电器的通断及发光二极管的亮灭。
2.2压力传感器实现液位控制原理及特性
压力传感器简介：
压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。
其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。
由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。
而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。
磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
利用压力传感器实现液位控制的基本原理：
基于单片机、压力传感器实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由压力传感器、A／D转换器、继电器、发光二极管等组成。
工作过程如下：
水箱（水塔）液位发生变化时，引起连接在水箱（水塔）底部压力的变化，压力传感器在接收到压力信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5V标准信号，送入A／D转换器，A／D转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出。
压力传感器的特性：
压电传感器的重要特性就是压电效应，即某些电介质物体，在沿一定方向对其施加压力和拉力而使之变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上就会产生电荷；当将外力去掉后，它们又重新回到不带电的状态的现象。
3压力传感器实现液位控制系统的单元电路介绍
3.1单片机的介绍
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图所示：
图3-1AT89C51实物图
图3-2AT89C51管脚分布
单片机引脚功能说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
表3-1P3口特殊功能
口管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
T1（定时/计数器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.2信号处理模块分析
3.2.1压力传感器工作原理
对压力传感器施加压力，其电阻值将会线性的改变，从而实现信息采集的目的。
图3-3压力传感器电路
3.2.2ADC0809工作原理
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
其管脚分布、内部结构如图所示：
图3-4ADC0809管脚分布图
图3-5ADC0809内部结构图
图3-6A/D转换电路原理图
3.2.3继电器输出电路工作原理
当控制端端电平置高，公共触点与常开端吸合。
我们可以将常开端接入一发光二极管，公共端接+5V电平。
图中的二极管D是起续流作用，可以防止在切断继电器线圈中的电流时出现的很高的反压，保护驱动三级管或其他驱动继电器的器件。
图3-7继电器输出电路
4利用压力传感器实现液位控制的硬件电路设计
4.1液位测量电路的设计
本此设计系统的原理图如图4-1所示，通过压力传感器、A/D转换器、单片机的通信控制继电器工作即可实现液位的控制，电路简单，精度高，容易实现，大大简化了硬件的设计。
压力传感器采集到压力信息，经过ADC0809处理后送给单片机，再通过控制继电器的触点开关控制水阀的开关来实现液位高低的控制。
图4-1单片机液位测量电路
表4-1元器件参数
R1
1K
R8
2K4
RW
10K
R2
4K3
R9
2K4
C1
33pF
R3
120
R10
2M
C2
33pF
R4
1K
R11
2M
C3
1uF
R5
1K
R12
1K
C4
103uF
R6
120
R13
4.7K
C5
103uF
R7
120
R14
1K
ADC0809
AT89C51
5利用压力传感器实现液位控制的软件设计
5.1程序设计框图
图5-1程序设计流程图
5.2汇编语言程序
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0030H
START:
MOV40H,#25H;设置下限
MOV41H,#70H;设置上限
MOVP0,#0FFH
MOVR0,#25H
MOVDPTR,#8000H
CAIYANG:
MOVX@DPTR,A;启动A/D转换
LCALLDELAY
MOVXA,@DPTR;保存转换结果
CMP:
CJNEA,41H,LOOP
AJMPCLOSE;等于上限，关闭阀门
LOOP:
JNCCLOSE;大于上限，关闭阀门
CJNEA,40H,LOOP1
AJMPOPEN;等于下限，打开阀门
LOOP1:
JCOPEN;小于下限，打开阀门
AJMPCAIYANG
CLOSE:
CLRP2.0;关闭阀门
AJMPCAIYANG
OPEN:
SETBP2.0;打开阀门
AJMPCAIYANG
DELAY:
DJNZR0,DELAY
RET
SJMP$
END
总结与展望
此次小学期课程设计中：
我在小学期课程设计开始前又重新对传感器应用技术中的压力传感器部分知识进行了详细阅读，对传感器的知识应用有了一定的了解。
我和小组成员在了解了压力传感器的优缺点和压力器工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案，并对压力传感器应用场景进行了设想与分析。
完成利用压力传感器实现液位控制系统的硬件选型和电路设计和利用压力传感器实现液位控制系统的程序流程图设计及程序的编写。
通过对利用压力传感器实现液位控制系统的设计过程及分析得出如下结论:
利用压力传感器实现液位控制的系统电路设计简单，容易实现，精确度高。
此次小学期课程设计关于利用压力传感器实现液位控制系统的设计，虽然可以满足一般工业的需求，也做了一些尝试性的探索工作，但是还存在很多不完善的地方，仍有许多方面有待进一步深入学习。
总之，通过此次小学期课程设计使我进一步的认识到了传感器的强大功能，由于此次小学期课程设计也用到了单片机的知识，所以又从一定的程度上加深了我对单片机知识的运用水平和理解水平。
最后，特别感谢老师的精心指导与耐心讲解使我们能够顺利完成本次小学期课程设计。
参考文献
[1]刘笃仁，韩保君，刘靳，传感器原理及应用技术.西安电子科技大学出版社.2011.2.
[2]高锋.单片机微型计算机原理与接口技术.北京：
科学出版社,2007.
[3]康华光，电子技术基础（模拟部分），高教出版社，2003
[4]卿太全，梁渊，郭明琼.传感器应用电路集萃，中国电力出版社，2008.
[5]马丽，焦永梅.单片机仿真实验系统，石家庄铁道大学四方学院.
升级会员 