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1、储粉仓粉位高度控制系统 课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:自动化工程学院班 级:题 目:储粉仓粉位高度控制系统指导教师： 职称: 2015年6月2 日 1. 设计方案利用单片机为控制核心，设计一个对锅炉煤粉粉位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测煤粉的粉位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行粉位的调整，最终达到粉位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制送粉器停止送粉；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制送粉器开始送粉。现场实时显示测量值，从而实现对煤粉粉位的监控。2.1流程框图煤粉粉位ZNZC煤粉仓

2、重锤料位计ADC08098051键盘蜂鸣器存储器数码管DAC7512N/50送粉器 图1锅炉粉位自动控制系统工作流程框图2.2工作原理基于单片机实现的液位控制器是以AT8C951芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。工作过程如下：煤粉粉位位发生变化时，由测量粉位的传感器ZNZC煤粉仓重锤料位计测出，并转化为4-20MA标准信号送入AD转换器，AD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，同时数码管显示粉位高度。通过键盘设置粉位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示粉位高度，可任意控制粉位高度。

3、3.硬件设计液位控制器的硬件主要包括由传感器(带变送器)、单片机、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。3.1传感器 ZNZC重锤式料位计主要用于测量料仓及各种储料罐中的物料高度, 使用户可靠的掌握料仓中的料位. 可用来测量各种复杂环境料仓的料位,包括粉状,颗粒状及块状物料等介质. 广泛应用于化工,食品,冶金,水电,水泥,塑料,采矿及其他工业领域.。总览重锤式料位计由机械传动部分,仪表控制部分,探测锤三部分组成。特点设计结构新颖,功能强大.可实现24小时自动测量。 图1 ZNZC引脚图 表1 ZNZC传感器参数参考操作条件环境温度: -5+60最小介质密度: 300g/L (更小

4、密度需定制)最小测量时间间隔:测量高度 5m 3m测量高度 10m 6m测量高度 20m 12m测量高度 30m 18m机械传动部分测量范围:最大30m测量精度:0.08m测量速度: 0.15m/s钢丝绳直径: 2mm钢丝绳材质: 304不锈钢探测锤重量: 2Kg整机重量: 30Kg仪表控制部分供电电压: AC220V,50Hz功耗: 75W信号输出: 420mA显示: 4位LCD重量: 3Kg 3.2 单片机电路设计3.2.1 AT89C51功能及引脚分布本次课程设计基于AT89C51单片机， AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称

5、单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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。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。引脚分布如下图3.2.1所示：图3.2.1 AT89C51及引脚分布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P1口的管脚第一次写1时，被定义为高

6、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

7、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

8、所示：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（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器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，

9、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

10、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。3.2.2 振荡方式的选择 本次设计用到的是内部振荡方式，这种方式下在X1和X2两端跨接石英晶体及两个电容，如下图所示，这样就和内部的反响放大器构成稳定的自己振荡器。电容C1和C2通常取30pF，可稳定频率并对正当频率有微调作用。接线图如下：图3.2.2 内部振荡方式3.2.3 复位电路的设计复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定

11、后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（A点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整 RC常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关 Ch可避免高频谐波对电路的干扰。电路图如下：图3.2.3 复位电路3.3 AD转换电路的设计 本次课程设计使用AD转换器件是ADC0809，ADC0809是8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，

12、其转换时间为100s左右，ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚分布图如下：图3.3 AD0809引脚图3.3.1 A/DC0809主要信号引脚的功能IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。A

13、DC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V

14、, Vref(-)=-5V).3.3.2 A/DC0809与AT851单片机的连接电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。ADC0809与AT89C51单片机的连接图如下： 图3.3.2.1 ADC0809与AT89C51单片机的接线图如图3.2.2.2所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址选择以WR作写选通信号，这一部分电路连接如图所示。图3.2.2.2 模拟通道选择信号接线图从图

15、中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换： MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址 MOVX DPTR , A ；启动A/D转换（IN0）注意：此处的A与A/D转换无关，可为任意值。3.3.3 转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，

16、因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管

17、使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传送。所用的指令为MOVX 读指令，仍以图9-17所示为例，则有 MOV DPTR , #FE00H MOVX A , DPTR该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号，使0809的输出允许信号OE有效，从而打开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。这里需要说明的示，ADC0809的三个地址端A、B、C即可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与D0D2相连。

18、这是启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号IN0IN7相一致。例如当A、B、C分别与D0、D1、D2相连时，启动IN7的A/D转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入0809的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111选择IN7通道MOVX DPTR， A ；启动A/D转换3.4 键盘输入电路的设计3.4.1 按键去抖通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,电压信号小型如下图。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,

19、如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为5ms10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理,必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态,并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。（1）硬件消抖：在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS触发器为常用的硬件去抖。图3.3.1 RS触发器硬件消抖图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动

20、跳开B）,中要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。也就是说,即使B点的电压波形是抖动的,但经双稳态电路之后,其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。（2）软件消抖：如果按键较多,常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。3.4.2 键盘扫描方法扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如下图所3.4示键盘，介绍过程如下

21、。（1）判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 （2）判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 图3.4 44键盘扫描法接口电路3.5 数显输出电路的设计下图为并行输入硬件译码静态显示电路，采用锁存器MC14495将P1口低4位输出地BCD码译成七段字形段码，利用P1口高4位作为各锁存译码器的锁存信号。CPU把送显数据写到锁存器后，对应的各位LED即可稳定显示。图3.5 硬件译码并行输入静态显示电路4. 软件设计部分原理图绘制系统框图：