基于单片机的液位控制系统的设计 郭亮 11(3)

大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 系统的总体方案 当在变化非常缓慢的模拟数据信号及直流信号的情况下不需使用保持器，除此之外则都将使用该器件。频率信号如果不高则所需转换的时间将会变短，换而言之高速取样转换的情况下是不需要使用保持器件和采样器件。 9.满量程误差

当系统满量程输出时理想的输入值被对应的信号输入值减掉之后所得值即为满刻度误差值。

当电压和被选传感元件误差相近时，满足设计要的元件即为ADC0804。 2.3.4 电机模块的设计方案

由于液泵参数在设计中不需要被具体确定，液泵的电动机规格和类型的各有千秋，由于参数的不同导致了电路的差异，该设计中仅简述其功能原理。 在系统模块中负责电动启动器的部分由继电器进行调控。

作为调控器件大家庭中的一员，继电器又是这电子家庭成员中的一个重要成员。该元件集聚了调控系统（输入端回路）与被调控系统（输出端回路），此元件的存在其实就是使用更少的电流来调控一个较大的自动刀闸。由此可以看出该元件在电路中的职责是对电路整体进行保护以及改变电流流向等。

关于继电器自身所涉猎的技术参数：

1.在额定状态下运行所需的电压参值，该参值指的是在正线圈常规运行的状况下需要电压的供给值，该元件有两种型号可供选择分别为AC型与DC型。

2.在DC状态下的阻值,该值能够在直流状态下使用万能表测量线圈得到所需值。

3.调控过程中的电流损耗，该参值是由元件动作后造成的吸和现象，并在此状态下损耗的电流最小值。为了使继电器能够在常规状态下进行工作，这就要考虑吸和状态下的参值不大于电流的给定参值。至于施加给线圈的电压参值，常规为额定情况下电压值的一倍至两倍之间，在此范围之外将会由于过强电流流过线圈时造成烧毁现象。

4.运作情形的电流释放值，即由继电器操控时释放最大电流值。在目前情况下继电器电流值被降低到一定幅度时该器件将返回无动力下释放情况，此时吸和电流将会远远大于该时刻电流值。

5.器件触点动作情况下的变换电压/电流允许值，该值是被允许加载在器件上的电流/电压值。这一数值的出现确定了继电器的电压/流值不得超过该值，如果超过该数值将会造成器件触点的毁损。

对于电机的选择一般有三种：伺服、直流、步进电机。

电动机在直流运行环境下接通电源即可旋转，电机具有较大惯性导致掉电后关闭不会立刻停止，旋转一定角度后停止，如果电机需要旋转角度的精确控制，对此闭环算法是复杂的，体积庞大也就同系统硬件与之对应。

伺服马达起动力矩的机械性能好，具有简单的驱动线路且易于控制，倒车功能不堵塞，就其市场价位而言目前售价高，不适用于一般用途。

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大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 系统的总体方案 步进发动机的电脉冲被转换致角位移。直流步进电动机转矩相对较大，具有相对高的精度控制，其中每旋转一个步距角都是被设定为更准确的数值，从而能够有效提高输液率的调控精准度。

基于上述参值的特点，本设计使用额定值为120V交流/24V直流的电压，运行在电流三安电压五伏的小型器件。同时本设计应用正反转的工作原理来调控液位的数值。 2.3.5液位测量仪的模块设计方案

在水平液位控制系统中，最重要的参数测量是水平液位值，液面检测和校对是整个系统中最为关键的。然而，水平液位是非线性的控制系统，不同时间可以是不同模型。工业生产中常见的锅炉系统以及船体锅炉系统，系统中都会存在着“虚假液位”的现象，由于锅炉的温度、水蒸气浓度以及液位控制系统在非平静环境下作业造成待测机体晃动，造成液位控制精度不准确，导致液位控制有偏差，针对这种现象常采用串级控制。

如对于一组300兆瓦的汽包炉机组，自动控制调节系统最为重要的就是调控液位，即为汽包的液位调节三冲量系统。二十世纪八十年代末期的一例汽包水位自动失灵足以说明系统调节的重要性，该事故中汽包水位自动失灵，运行人员没有发现。水位已经上升到出现水不断外漫的情况，从而造成增加蒸汽水分含量过热现象。水蒸汽在涡轮机叶片的涡轮机的侵蚀机片，从而产生不均匀的应力。最终涡轮飞车，涡轮轴飞出油缸壳体，几十米后涡轮停止转动，整个单元全部造成损失，我们可以看到系统的调节的重要。

通常用在生产工业阶段的测液仪：MKUR3100投入式、UFZ-04型罐车式、ULB型玻璃式、UQK-01/02/03型液位控制装置和彩色石英管浮子玻璃液位计等。BM51刚线液位计是用途广泛的液位测量、控制仪表，通用的液位测量和控制仪器; MKUR3100投入式液位计是由液位变送器型URA及URB数字电平指示器由两部分组成，水位控制和测量水位，污水处理，水利和化学工业，冶金和适用的其他部门; UFZ- 04罐液位计在石油、化工、储油和压力容器打开或液位连续测量交通运输部门，尤其是对液化石油气储罐和槽车和其他罐车和水平指示器油轮和液化气残液指示; NC-01控制铜液位控制，不锈钢等材料，不腐蚀容器02/03型浮球适当的水平。由于具有精度高、响应速率快等特色的电容式测位仪，采用系统级检测液位仪更为广泛。

在常规状态下的液体位置测量仪通常可以分为两大类：第一大类为接触式的测量仪，另一类为非接触方式的液位测量仪。

液体位置测量仪中的静压投入式运行在工业与医用环境等，简单的结构是该元件的一大特点，校对与调节以及组装的灵巧性为使用者营造了便捷的使用环境。

该元件在原理上增添了流体静力学理论并应用在液位压力测量仪中，密封成为了该元件的重要技术，这就确保了测量仪器的密封性又使得压力空间与外界相同，间接增加元件测量的精准度[10]。

高低液位测量仪在水池、水塔等现状水平环境下进行实时二十四小时的监控测量，当测量值高于最高液位值或低于最低液位值警报装置就会发送信息提醒看管人员，同时可连接到所述泵控制终端，当其测量端测得值达到报警区间值时，控制端会自动链接到电机端进行供液或排液的操作。

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大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 系统的总体方案 本次设计选用的元件为高低液位测量仪。 2.3.6主机通讯模块设计方案

本次设计使用的AT89S52单片机中有一个内部串行全双工异步输入/输出接口，以P3口中的零号引脚及一号引脚作为接口，使用这种接口方式，能够达到与主机系统通信。

在运作中相异器件之间串行通讯，应该使用同种标准接口进行通讯。 经典标准串行方式为RS485与RS232的通讯。 经典标准串行方式RS485的特性：

1.该元件逻辑值为1，此刻两线间电压差是+6v~+2v;值为零则两条线间电压差为-6v~-2v。

端口信号的电位值与之RS-232-C数值减少很多，这不可能造成端口线路芯片破损，考虑到该元件电平兼容性与TTL相通，能够容易地连接到TTL。

2.十兆比特位每秒是该元件的最大传送值（数据）。

3.该元件为一种应用差分式接收机与驱动平衡元件端口组合技术，抗共模噪声抑制性能增强，也就是干预性能优良一面的展现。

4.以十兆比特位每秒为最大传输速率的RS-485，其最大输送长度为约1219米，传送速度正比于传输距离，要想以传送距离是极大值时的运行状态，只需将传输率调节到100Kb/s即可，如果必要增大传送的长度，我们需要添加485中继器。 RS-485的BUS线一般可多达三十二个节点，485如果使用一个特殊的芯片，能够扩展节点数到128或256，最大支持个数可多达四百节点。

常规型号该器件状态下，两千五百皮法的电容负载能被该器件驱动，通讯长度会被器件电容值控制。使用通信电缆一百五十皮法每米，十五米是通讯长度极大值;如果电缆容值减少将会加大通讯长度。

短距离传送也考虑到该元件传输是单端信号接送方式，当出现共模噪声干扰问题没有扼制时，这也决定了该器件多在二十米范围内运行环境下。

智能器件和主机器件链接多用RS485、以太网、RS232等进行通信，这决定器件的接口是否统一。然而，RS485、RS232通讯媒体和物理层的链接方式，想达到访问双向的特性应该将通信程序排列出来，这些大部分是不满足OSI标准/ ISO标准，只有各自类型性能得以体现，这也说明了程序没有兼容性。

RS485或RS232连接到网络的器件，应用器件为两个以上组数时，则须用RS485作为网络器件间的通信媒介，通过主设备的信息交换达到传递的目的，实现的主设备通常是一台PC，网络设备只可有一个主器件的存在[]。

现场BUS应用技术基于基本模块OSI/ISO，完全可以支撑软件调控系统，解决BUS总调控，维护，冲突检测等各个环节。

抗噪声干扰优良性以及长距离传送优点，加之多站能力等特点让RS-485接口成为串口接法。

该调控模型应用常规RS-485端口，RS232 / RS485转换元件和PC完成通讯链路。

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大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 系统的总体方案 MAX485接口用+5V电压供电运作，额定值是300pF，应用半双工通信技术。它结束了TTL电平的并变成了RS-485电平功能。 此芯片和PIN结构非常简单，具体构造由驱动器与接收器组成。

/ RE对应为终端接收端，当该端口逻辑值是零时，该元件处于接收状态;DE的逻辑值是一情况下，该装置处在发送模式，该芯片基于在半双工模式下运作，使得MCU仅可以调控上述两个管脚;A侧和B侧差动信号端子的发送和接收，当A电平高于B，此时发送数值是一;当电平小于B侧，此时发送数值是0。添加A和B之间的匹配阻可选100Ω。 2.3.7数据存储模块的设计方案

AT89S52运用自身的256KB存储器是不能够满足需求的，所以我们将要拓展数据存储器。

闪速存储器是非易失性存储器（非易失性的），在没有实际供应情况可维持时间长，这是等于硬盘存储的特性，闪光特征是物种各种数字便携设备成为潜在的存储介质。

RAM存储的数据可以被删除或根据需求进行写入送出，位置和速度存取存储器单元是独立的存储器。当电源被阻断时存入的数据会丢失，它主要用于短期使用的程序。

ROM是指内存的回收（存入一次，多次读取），违背RAM的特征。ROM被划分成两类，光删除和电可重写两种类型的电动删除。

现今在市场中具有非易失性闪存技术占据主要地位的有两大类分别为NOR与NAND。 NAND存储器的结构单元是串行方式，存储单元被读出是在已提交单位的前提下进行的，该结构特点是能够达到1/2G的空间容量，该器件的使用率很高，同时低成本也便于大范围推广。

这种器件不足之处在于较慢的读取速率，比NOR端口少得多只有八个输入/输出口。这仅是由八个I / O端口进行数据发送，NOR闪存并行传输模式与之相比要快得多。

NAND快闪存储器加逻辑电子模块结构，内部专用存储控制器不存在，不良数据块将无法修复，可靠性比NOR闪存更糟。

NAND可以供给高密度结构单元进而形成高密度存储，其快速性也体现在输入与删除性能上，其中FLASH难以特殊管理。

NOR的特征在于执行芯片（XIP中，代替执行），以使应用程序能够立即运用在闪速存储器上，而无需读取代码，则系统RAM会自动运行。 NOR传动速率高具有非常高性价比，低写入一至四兆时及擦除速度都将大大影响其性能。

鉴于以上特点ROM不应选存储实时数据，而FLASH针对复杂的系统又不是相对完美，本设计采用RAM存储。

为了提高处理器工效减少处理时间，而且RAM内存速率快且易于使用特性，因此掉缺电时RAM数据丢失的情况被忽略。 2.3.8 时钟模块设计方案

由于调控芯片单片机自身能够应用时间功能，但是这将会给芯片本身增加运作量，进一

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大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 系统的总体方案 步造成芯片运作时间加长运作效率低。基于以上原因如果需要给调控模型增加该项功能，建议采用外部时间模块以减小单片机自身运作量，同时可以标记调控模型的时间。

该模块使用DS1302，该模块用作显示时间（如调控模型不需数据记录可省略该模块）。

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