油水界面报警检测系统设计毕业设计论文.docx
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油水界面报警检测系统设计毕业设计论文
课题名称：
油水界面报警检测系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日期：
年月日
摘要
水分对柴油机供油系统危害极大，该系统利用油和水阻值不同及水的导电性，专门用于检测油水分离器中油水的液位情况，可以通过输出的不同信号，驱动相应的报警方式，提示是否要把水排除，从而保证燃油系统的正常供油，保护发动机及喷油系统。
本设计可以实现对油水分离器油水界面的检测，能及时准确地判断水界面所在的位置，并给出报警信号提示进行放水，从而对保证燃油系统的正常供油，保护发电机及喷油系统，都有十分重要的作用。
首先，该设计包括三个部分：
（1）上电自检功能电路的设计；
（2）遇水延时报警电路的设计；（3）报警信号后续处理电路的设计。
其次，设计工程中主要从以下几点考虑：
（1）电源部分；
（2）积水信号检测部分；（3）信号处理部分；（4）输出部分。
最后，本文的特色在于采用了介质变化型电容传感器和简单实用的电容检测电路，引入了单片机实现了对其界面的模拟显示和界面液位的上下限报警功能，并可以根据设定的上下限参数进行对收油器的液压系统各个阀体进行开关控制，实现了无需人工参与的智能油水界面检测控制系统。
为油水界面检测技术和新型收油器的控制难题提出了一种解决方案。
关键字：
传感器报警电路处理电路
ABSTRACTS
Watersupplysystemfordieselenginegreatharm,thesystemusingoilandwaterresistanceandwaterconductivity,differentspeciallyforthedetectionoftheoilandwaterseparator,liquidlevelbythedifferentsignaloutput,drivethecorrespondingalarmway,whethertoputthewaterouttips,soastoensurethenormalfuelsystem,engineprotectionandfuelinjectionsystem.
Thisdesigncanrealizetotheoil-waterseparatorwater-oilinterfacialdetection,itcanpromptlyaccuratelywaterinterfacelocation,andalarmsignalhint,soastoensurethewateronthefuelsystemofnormaloilsupply,protectgeneratorandtheinjectionsystem,allhaveveryimportantrole.
First,thedesignincludesthreeparts:
（1）toelectricityself-checkfunctioncircuitdesign;
（2）inwaterisdelaythealarmingcircuitdesign;（3）alarmsignalprocessingcircuitdesignfollow-up.
Second,thedesignoftheprojectmainlyfromthefollowing:
（1）thepowertoconsiderpart;
（2）watersignaldetectionpart;（3）signalprocessingparts;（4）outputpart.
Finally,thisarticlefeaturesusedthemediatypecapacitancesensorandchangesimpleandpracticalcapacitancedetectioncircuit,theintroductionofthesinglechipmicrocomputertotheinterfaceofthesimulationsshowthattheupperlevelandinterfacealarmfunction,andcanbesetaccordingtotheupperparametersofhydraulicsystemistoShouYoueachbodytoswitchcontrolandrealizedwithouttheartificialintelligentdetectionintheboundaryofthecontrolsystem.FortheboundarydetectiontechnologyandnewShouYoudevicecontrolproblemputsforwardakindofsolution.
Keyword:
sensoralarmcircuitprocessingcircuit
摘要....................................................1
英文摘要....................................................2
1绪论....................................................1
1.1引言......................................................1
1.2油水分离在国内外的研究情况以及发展趋势..........................1
2系统的总体设计..........................................2
2.1系统总体结构设计..........................................2
2.2系统采用的关键技术........................................2
3矩阵键盘、显示及报警电路设计..............................................3
3.1矩阵键盘电路.............................................3
3.1.1矩阵键盘简介.........................................3
3.1.2矩阵键盘的工作原理...................................3
3.2显示电路.............................................4
3.3报警电路.........................................5
4传感器及调理电路........................................6
4.1电容传感器.................................................6
4.1.1传感器的工作原理......................................6
4.1.2介质变化型传感器原理图................................6
4.1.3介质变化型电容传感器的优点...........................6
4.2部分电路的设计...........................................7
4.2.1电源部分.............................................7
4.2.2限幅电路.............................................7
4.2.3滤波、放大电路........................................8
5数据采集及处理系统.........................................10
5.1AD转换电路.............................................10
5.2智能数据处理电路.........................................10
5.2.1智能数据处理电路结构图...............................10
5.2.2AT89C51单片机简介...................................11
5.2.3时钟电路..........................................15
5.3系统数据传输和上位机数据处理.............................16
6软件设计................................................17
6.1延时子程序...............................................17
6.2AD转换子程序............................................17
6.3液晶驱动子程序...........................................18
6.4矩阵键盘子程序...........................................20
6.5蜂鸣器报警子程序.........................................24
6.6LCD显示子程序...........................................27
6.7主程序...................................................29
7结论...................................................33
参考文献.......................................................34
附一：
系统电路原理图...........................................35
致谢.......................................................36
油水界面检测报警系统设计
总体方案设计
电子信息工程学院电子信息工程专业07城建电子（3）班杜锌镭
指导老师：
王坤侠
1绪论
1.1引言
由于发动机是长期作业，环境变化非常快，在发动机工作过程中，油中的水分沉降在容器的底部，占据大量的容积，影响发动机的工作效率以及寿命，故要及时将水排出，才能充分利用容器的容量，提高燃烧效率。
应用领域：
船厂废柴油过滤、破乳、油水分离；变压器油过滤；发电厂透平油过滤、油水分离、脱色、精滤；海上原油泄漏事故处理，收集、过滤、油水分离；油田落地油过滤、清洗、油水分离；海上钻井平台浮油收集、油水分离、加温分离；
1.2油水分离在国内外的研究情况以及发展趋势
研究情况：
油水分离的方法主要有重力式分离，离心式分离，电分离，吸附分离，气浮分离。
油水分离仪器：
LYS陆用油水分离器，聚集油水分离器，M170428HB-WYF-20油水分离器，ZYFM系列舱底水分离器等等。
发展趋势：
2011-2015年油水界面的调研及未来的发展前景，发展策略，价格趋势等等预测，油水分离的产业发展在国民经济中的地位的前景研究。
等等的研究充分说明：
燃油系统的市场是很大的，汽车行业的发展和资源短缺也是这个课题的一个外动力，技术的革新必然是慢慢前进的。
对发动机的保护同样有很重要的地位和研究意义。
2系统的总体设计
。
2.1系统总体结构设计
图2—2：
系统结构示意图
该油水界面检测及报警系统用电容传感器把油水界面的变化转换为电信号的变化，测量电路把被测对象电容转换成为电信号的电路，为了方便检测，利用信号调理电路把电容的变化转换为电信号的变化，处理电路模块包括限幅电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路、显示模块、外设控制模块、报警模块。
处理系统采用功能强、价格低的AT89C51单片机。
2.2系统采用的关键技术
单片机控制技术，智能数据处理技术，信号处理及调理技术，信号放大、滤波技术，A/D转换技术，串口通讯技术，计算机控制技术，无线传输技术，数据显示技术等等
3矩阵键盘、显示及报警电路设计
3.1矩阵键盘
图5—1：
矩阵键盘电路图
3.1.1矩阵键盘简介
矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为4*4个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
3.1.2矩阵键盘的工作原理
最常见的键盘布局一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，4*4矩阵键盘的内部电路如图所示。
图5—2：
矩阵键盘内部电路图
当无按键闭合时，P10~P13与P14~P17之间开路。
当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。
判断有无按键按下的方法是：
第一步，置列线P14~P17为输入状态，从行线P10~P13输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。
第二步，行线轮流输出低电平，从列线P14~P17读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。
综合一二两步的结果，可确定按键编号。
但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。
3.2显示电路
图5—3：
LCD显示电路图
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
（16列2行）注：
为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。
管脚功能：
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：
VSS为电源地
第2脚：
VDD接5V电源正极
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平
（1）时选择数据寄存器、低电平（0）时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
第6脚：
E（或EN）端为使能（enable）端。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：
空脚或背灯电源。
15脚背光正极，16脚背光负极。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
以下是1602的16进制ASCII码表地址：
读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如：
感叹号！
的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。
[编辑本段]指令集
1602通过D0~D7的8位数据端传输数据和指令。
显示模式设置：
（初始化）
00110000[0x38]设置16×2显示，5×7点阵，8位数据接口；
显示开关及光标设置：
（初始化）
00001DCBD显示（1有效）、C光标显示（1有效）、B光标闪烁（1有效）
000001NSN=1（读或写一个字符后地址指针加1&光标加1），
N=0（读或写一个字符后地址指针减1&光标减1），
S=1且N=1（当写一个字符后，整屏显示左移）
s=0当写一个字符后，整屏显示不移动
数据指针设置：
数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（0-27H，40-67H）
01H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；02H（显示回车，数据指针=0）。
3.3报警电路
图5—4：
蜂鸣器报警电路图
用一个三极管，平时导通，短接基极和发射极该管截止蜂鸣器不响，一旦断开，三极管导通蜂鸣器鸣响。
该报警电路简单方便，且成本很低，与其他报警电路相比较而言，这些优点更是突出。
4传感器及调理电路
4.1电容传感器
4.1.1传感器的工作原理
本设计的油水界面探测器采用介质变化型电容传感器。
假设电容器为两平极结构，作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的界质中，由于电容器中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的;而当电容器两极处在两不同介质的界面处，当液体介质的液面发生变化，也将导致电容器的电容C也发生变化。
作为界面探测系统其重点是后者，即检测电容传感器在油水界面位置变化导致电容器的电容C变化情况。
电容传感器处在大气中、浸入不同液体或浸入不同液体深度不同，其电容量的变化，采用专用的信号调理电路把电容量转换比例电压输出。
在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为C0，经调理转换后输出电压为V0，在油品中相对介电常数变大，在水中相对介电常数更大，电容传感器的电容量将随着浸入不同液体深度加大而变大，经调理转换后输出电压也将随之变大。
这电压信号再经放大器放大和A/D转换，得到不同的A/D值。
A/D值的大小表明传感电容器所处的介质或淹没入油、水介质的深度。
4.1.2介质变化型传感器原理图
图3—1：
介质变化型传感器原理图
4.1.3介质变化型电容传感器的优点
采用高性能的电容量测量及调理集成电路,提高测量精度，而且不受周围环境的影响。
用部分电路组成测试系统,以数字形式进行传输,提高仪表的可靠性。
传感器配备单片机对信号进行预处理后,以数字形式进行传输。
单片机接收到数字信号,进行后处理后再显示和报警。
在传感器中只需增加极少的硬件开支，便可附加其他传感器，如温度传感器测量温度，压力式液位传感器测量液体深度，以实现多参数的同时测量。
4.2部分电路的设计
4.2.1电源部分
图3—2：
电源部分原理图
其作用是为整个系统提供稳定的5V电压，保证系统的正常运行。
4.2.2限幅电路
限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。
图3—3：
限幅电路
时，
A点电压低于二极管的导通电压为：
UA<（UR+UD），二极管截止，输出电压为：
当输入电压等于或大于门限电压时，二极管导通，A点电压被箝制在电平上，输出电压不再随输入电压变化而变化，成为一个固定电平：
4.2.3滤波、放大电路
图3—5：
放大电路图
电路由滤波和放大两部分组成。
其中MAX267是MAXIM公司出产的一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通、等多种方式，使用灵活，性能远远优于采用集成运放组成的滤波电路。
根据驱动信号的频率,运用锁相倍频原理为MAX267提供时钟信号,使其带通滤波中心频率将跟随特征信号频率变化,克服了传统滤波器带通中心频率不易改变的缺点,解决了大功率超声应用中基波信息的提取问题,为频率跟踪和功率控制提供了可靠的信息.该滤波器较好地实现了自适应带通滤波的功能.
MAX4471是MAXIM公司的一款低功耗的放大器。
MAX4471系列微功耗运算放大器工作电压范围为+1.8V至+5.5V，仅吸取750nA的电源电流。
MAX4471放大器在100kΩ负载时，能够驱动输出电压至电源摆幅的4mV以内，+5V供电时吸入或灌出电流11mA，提供同相或反相放大，双路MAX4471单位增益稳定。
MAX9028是MAXIM公司的一个低功耗的比较器。
滤波电路采用MAX267构成带通滤波器（允许0.8～38Hz的信号通过），滤掉信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，然后经过MAX4471进行进一步放大，得到单片机匹配的电压信号，进入ADC2，监视血压的交流分量。
同时该信号通过低功耗比较器MAX9028转换成脉冲信号，触发ADC1工作。
5数据采集及处理系统
5.1AD转换电路
图4—1：
AD转换电路
数据采集部分的功能是对介质变化型电容传感器对应的不同界面的电容进行检测，转换成数字量采集到单片机进行处理运算，再由串口通讯接口输出油水界面的数字信息供单片机进行分析处理。
整个单片机系统由A/D转换、单片机、矩阵键盘、RS232串口通讯等几部分构成。
单机工作时，电容检测电路待测的传感器的电容量转化为直流电压信号，经过调理放大，再经过A/D转换部分转化为数字信号输入单片机，经过单片机进行一系列的运算处理后，将处理结果通过LCD显示及报警，并控制排水阀排出发动机箱内的最下层的水。
5.2智能数据处理电路
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