液位单闭环计算机监控系统设计报告

DOC格式 | 40.85MB | 更新于2024-01-19 | 43 浏览量 | 1 下载量 举报
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在这份《液位单闭环计算机监控系统设计》课程设计报告中,我们针对液位监控系统的设计进行了详细的研究和分析。本设计旨在利用计算机技术,通过对液位传感器的采集数据进行处理和控制,实现对液位的准确监控和控制。设计的系统包括硬件设备和软件控制两个部分。 在硬件设备方面,我们选择了适合液位监控的传感器,采用了液位传感器通过模拟信号输出的方式将液体的液位信息转化为电信号,然后通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号,以便计算机能够读取和处理。同时,为了对液位实现闭环控制,我们还设计了输出控制装置,可以根据计算机处理的结果,通过驱动装置实现对液体流量的调节。 在软件控制方面,我们基于计算机控制技术,通过使用编程语言进行控制算法的开发,实现了液位监控系统的控制功能。我们采用了基于PID控制算法的闭环控制策略,通过对液位传感器采集的液位数据进行处理,并与预设值进行比较,计算出控制信号,然后通过输出控制装置调节液体流量,使得液位能够稳定在预设值附近。 在设计过程中,我们还考虑了系统的可靠性和安全性。通过添加处理器冗余和传感器冗余等机制,可以在某个部分出现故障时,保证系统的正常运行。同时,我们还加入了报警机制,当液位超出预设范围时,系统会通过报警装置发出警示信号,提醒操作人员进行处理和调整。 为了验证系统的性能和稳定性,我们进行了一系列的测试和实验。通过对不同液位情况下系统的响应和稳定性进行测试,我们发现设计的液位监控系统具备了良好的控制性能和稳定性。同时,我们还使用了实际的液体进行了实验,通过对液位的监控和控制,验证了系统在实际应用中的可行性和有效性。 总结来说,本次课程设计实现了液位监控系统的设计,并通过实验验证了系统的稳定性和可行性。我们运用计算机控制技术,结合硬件设备和软件控制,成功实现了对液位的准确监控和控制。这对于很多工业领域的液体流程控制有着重要的应用价值。下一步,我们可以进一步优化系统的性能,并探索更多的应用领域,提高系统的智能化和自动化水平。

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液位计算机控制系统设计方案 1、 系统设计方案 1.1 系统设计方案比较 对于水位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有2种,一种是简单的机械式控制 装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下: (1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结 构简单,成本低廉。存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且 只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。 (2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把 出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信 号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;经由D/ A变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到 控制水位的目的。 本设计利用单片机设计一个水位控制系统,要求选择合适的水位,当设定完水位后, 系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。 1.2 系统设计总框图 图2-1 系统总体框图 1.3 A/D转换模块设计方案 TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口,具有输 入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点,可广泛应用于各种数据采集系统 。 TLC1543为20脚DIP装的CMOS 10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器,引脚排列如图1 所示。其中A0~A10(1~9 、11、12脚)为11 个模拟输入端,REF+(14脚,通常为VCC)和REF- (13脚,通常为地)为基准电压正负端,CS(15脚)为片选端,在CS端的一个下降沿变 化将复位部计数器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK (18脚)和DATA OUT(16脚)。ADDRESS(17脚)为串行数据输入端,是一个1的串行地址用来选择下一个 即将被转换的模拟输入或测试电压。DATA OUT 为A/D换结束3态串行输出端,它与微处理器或外围的串行口通信,可对数据长度和格式 灵活编程。I/O CLOCK数据输入/输出提供同步时钟,系统时钟由片产生。芯片部有一个14通道多路选择 器,可选择11个模拟输入通道或3个部自测电压中的任意一个进行测试。片设有采样- 保持电路,在转换结束时,EOC(19脚)输出端变高表明转换完成。部转换器具有高速( 10µS转换时间),高精度(10分辨率,最大±1LSB不可调整误差)和低噪声的特点。 图1-1 引脚排列 1.3.1 TLC1543工作时序 TLC1543工作时序如图1- 2示,其工作过程分为两个周期:访问周期和采样周期。工作状态由CS使能或禁止,工作 时CS必须置低电平。CS为高电平时,I/O CLOCK、ADDRESS被禁止,同时DATA OUT为高阻状态。当CPU使CS变低时,TLC1543开始数据转换,I/O CLOCK、ADDRESS使能,DATA OUT脱离高阻状态。随后,CPU向ADDRESS提供4位通道地址,控制14个模拟通道选择器从 11个外部模拟输入和3个部自测电压中选通1 路送到采样保持电路。同时,I/O CLOCK输入时钟时序,CPU从DATA OUT 端接收前一次A/D转换结果。I/O CLOCK从CPU 接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器,选择所 需的模拟通道,后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4 个I/O CLOCK下降沿,而采样一直持续6个I/O CLOCK周期,并一直保持到第10个I/O CLOCK下降沿。转换过程中,CS的下降沿使DATA OUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/O CLOCK工作过程。CS上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间使DATA OUT引脚返回到高阻状态,经过两个系统时钟周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。 图1-2 工作时序 1.3.2 软硬件设计要点 TLC1543三个控制输入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATA OUT遵循串行外设接口SPI协议,要求微处理器具有SPI口。但大多数单片机均未置SPI口 (如目前国广泛采用的MCS51和PIC列单片机),需通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543 接口。TLC 1543芯片的三个输入端和一个输出端与51 系列单片机的I/O口可直接连接。 软件设计中,应注意区分TLC1543的11个模拟输入通道和3个部测试电压地址(后3个 地址只用来测试你写的地址是不是正确的,真正使用时不用后三个地址)。附表为模拟 通道和部电压测试地址。程序软件编写应注意TLC1543通道地址必须为写入字节的高四位 ,而CPU读入的数据是芯片上次A/D转换完成的数据。系
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