《基于单片机的水位控制专业综合实验》课程设计报告.doc

《基于单片机的水位控制专业综合实验》 课程设计报告 专 业： 自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年1月20日 目 录 目 录 2 1 引言 4 2 系统分析 4 2.1 实验目的 4 2.2实验任务 4 2.3实验要求 4 2.4实验分析 5 3 STC12C5A16S2系列单片机 6 3.1 STC12C5A16S2系列单片机的简介 6 3.2 STC12C5A16S2系列单片机的内部结构 6 3.4 STC12C5A16S2系列单片机特点 6 3.5 STC12C5A16S2系列单片机的定时器/计数器 7 3.6 STC12系列单片机EEPROM的应用 7 3.7 STC12C5A16S2系列单片机的串行口通信 8 3.8 STC12C5A16S2系列单片机的A/D转换器 8 3.9 STC12C5A16S2系列单片机的PWM应用 9 4系统硬件设计 9 4.1原理图的绘制 9 4.1.1 Protel简介 9 4.1.2原理图的组成 10 4.1.3原理图元件的组成 10 4.1.4原理图元件的制作过程 10 4.1.6原理图的设计流程 11 4.2具体硬件电路设计分析 11 4.2.1单片机的晶振电路和复位电路 11 4.2.2按键输入电路 12 4.2.3输出显示电路 12 4.2.4 A/D转换外围电路 13 4.2.5 D/A转换外围电路 14 4.2.6报警电路 14 4.2.7串口通信电路 15 4.2.8电源开关电路 15 4.2.9电压变换电路 16 4.2.10单片机的数字量输出外围电路 16 4.3 PCB板的制作 16 5系统软件设计 16 5.1 PID控制算法和编程软件介绍 17 5.1.1 模拟PID调节器原理 17 5.1.2 数字PID控制算法 18 这样，就避免了位置型算式中累加求和的麻烦，仅需要记录三个历史数据，即、、，占用存储空间小，运行速度快。同时，为了防止液位突变，对液位采集值进行了限幅滤波，当采集值超出一定范围舍去不用。 18 控制流程图为 18 5.1.3 Keil uVision3简介 20 5.2系统控制软件设计 20 5.2.1 控制系统总体分析 20 5.2.2控制系统具体设计 21 5.3系统监控软件设计 24 5.3.1监控软件Kingview简介 24 5.3.2应用程序项目的建立 25 5.3.3组态王软件与单片机之间的通讯 26 5.3.4应用组态王建立系统控制平台 27 6 总结 28 参考文献 29 1 引言 单片机是将中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM或EPROM）、定时器芯片和一些输入/输出接口电路集成在一个芯片上的微控制器（Microcontroller）。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的通讯网络与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗机械等。 本实验旨在设计一个单容水箱的水位控制系统，以STC12C5A16S2单片机为核心控制器件，采用PID控制算法，利用组态王来提供可视化监控画面，实现对水位控制系统的有效监控，并使系统具备手动/自动切换、报警、控制参数整定等功能。 2 系统分析 2.1 实验目的 1）学习并掌握单片机的具体应用方法，能够独自开发设计简单的控制系统。 2）熟练掌握PID控制方法，理解PID各个参数对控制效果的影响，并了解常规PID算法缺点及改进方法。 3）学习并掌握有关电路设计软件，能够熟练使用Protel软件绘制电路原理图、电路板，学习使用仿真软件Multisium，能够对单元电路进行仿真，减少系统设计时间。 4）学习并掌握C51单片机程序的编写，能够使用Keil工具来进行单片机系统的开发和调试。 5）学习使用监控组态软件组态王Kingview，能够实现绘制监控画面、动画显示控制设备的状态、进行报警等功能。 2.2实验任务 1．利用水箱、阀门、管道、水泵、CY3011A型水位传感器、STC12C5A16S2单片机、PL2303通讯接口和上位机，构建单容水箱液位控制系统。 2．利用组态王开发上位机