毕业设计（论文）电容式液位计的设计.docVIP

1 引言 在人类文明高度发达的今天，人们对信息的提取、处理、传输和综合利用越来越迫切，单片机作为现代电子技术，计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标志着现代电子系统时代的到来。 目前，单片机有着价格低廉，集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单等优点，这使得单片机的应用更为广泛，因此就有可能比较普遍的应用微机来控制各种电路，使各种新颖的、高性能的各种潜在能力得到充分的发挥，使电路的性能更符合要求，还可以制造出各种便于控制的新型电路，使电子控制出现新局面。而液位是现代工业中常见的参数，有着直接观察、容易测量，过程时间常数小的优点，因此，液位控制也成为一般工业界所不可缺少的，如自来水厂蓄水槽、大坝的警戒水位检测、油箱油位的检测等都需要进行液位控制。 而从价格、性能、稳定性等方面与电脑控制、PLC控制和其他类型的单片机控制比较，MCS-51单片机具有体积小，价格低廉，系统结构简单，处理功能强，易于控制等优点，因此选用MCS-51单片机为基础的液位控制系统，通过适当的组合，可以提供各种液位检测对象，如污水处理厂的污水槽、大坝的警戒水位、油箱油位等，针对该液位控制采用的硬件，利用单片机编程技术设计开发了液位控制系统的软件平台。 但是，采用MCS-51单片机控制在远距离控制，近距离的抗电磁干扰方面受到一定的限制，因此，在研究此课题时要对部分电路加以强化，以确保其正常的工作。 方案论证 2.1 方案一 为了完成液位检测设计的各种功能，将整个电路分为三个部分：液位检测部分、数控电路部分和直流供电电路部分。框架如下图所示。 2.1.1 液位检测部分 液位检测部分采用YK-YYC-C1型（适合常温常压下各种燃料油、液压油的测量可带 485 通讯YK-YYC系列电容式液位传感器的传感部分是一个同轴的容器，当液体进入容器后引起传感器壳体和感应电极之间电容量的变化，这个变化量通过电路的转换并进行精确的线性和温度补偿，输出 4-20mA 标准信号LM2575T-5、以及附属的电容、电感、稳压管等器件，最后输出5V的直流电压，给电路系统供电。 2.2 方案二 该方案与方案一基本相同，不同的是采用PLC控制，PLC采用的是循环扫描的工作方式，通过自诊断，通信处理，扫描输入，刷新输出这五个工作过程来完成一个周期。但是，利用PLC控制价格比较昂贵，需要的其他硬件较多，给安装方面带来不便，且占用空间大。 2.3 方案比较 这两种方案均是可行的。方案一原理直观，价格低廉，集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，便于操作且稳定性高和抗干扰能力强等优点。方案二的可靠性高，在功能上可进行开关逻辑控制、位置控制、数据采集及监测、多PLC分布式控制等功能，在编程手段上，直观、简单方便，易于各行业工程技术人员掌握。同时在改变控制要求时，只要改变程序梯形图就可以满足要求。但是利用了PLC控制价格昂贵，且需要的其他硬件较多，且在安装方面带来不便，占用空间大。综合以上方案比较，方案一具有明显的优势，因此采用方案一为本次液位控制的最佳方案。 硬件设计 方案系统原理图见附图一： 3.1 液位检测及A/V转换部分 YK-YYC-C1型电容传感器的输出为4-20mA模拟信号，首先要将测得的液位模拟信号转变为数字量。然后送入单片机进行相应的处理，模数转换部分采用ADC0809芯片。该芯片的输入量为0-5V的电压量。因此需先将液位变送器的输出电流信号转换为电压信号。即在芯片采集信号端加入一个250欧的转换电阻，将电流转换为1-5V的电压值，该电压值在ADC0809的输入范围内。其原理图如下： 3.2 数控电路部分 主要由数字电路构成，它要完成A/D转换输出、8031处理、LED显示控制、数据远传等功能，参见原理图。 3.2.1 微处理器及功能扩展 采用8031单片机片内不带程序存储器ROM，使用需外接程序存储器和一片逻辑373（连接方法见原理图）。引脚图如下： 其中2764接线方法： A7—A0：接373锁存器输出（低八位地址）； A12—A8：接8031的P2口 P2.4—P2.0（高五位地址）； D7—D0：接8031的P0口 P0.7—P0.0（数据线）； OE、PGM ：接CPU的PSEN端； CE、GND：接GND； VPP、VCC：共同联接到+5V电源端。 其中373接线方法： D1-D8：接8031的P0口 P0.7—P0.0（数据线）； Q1-Q8:接2764的A0-A7(地址线)； C:接8031的ALE端； OC:接地。 3.2.2 A/D转换部分 采用ADC0809,它是由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成的。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端高电平时，才可以从三态