储粉仓粉位高度控制新版系统.doc

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

指引教师： 职称：

6月2 日

目录

一、设计方案.................................................................................................................................1
二、工作原理 1
2.1 流程框图 1
2.2 工作原理 1
三、硬件设计 2
3.1 传感器 2
3.2 单片机电路设计 3
3.2.1 AT89C51功能及引脚分布 3
3.2.2 振荡方式选取 5
3.2.3 复位电路设计 5
3.3 AD转换电路设计 6
3.3.1 ADC0809重要信号引脚功能 6
3.3.2 ADC0809与AT851单片机连接 7
3.3.3 转换数据传送 8
3.4 键盘输入电路设计 9
3.4.1 按键去抖 9
3.4.2 键盘扫描办法 10
3.5 数显输出电路设计 11
四、软件设计某些 12
4.1 原理图绘制 12
4.2 流程图设计 13
五、参照文献 13

1. 设计方案
运用单片机为控制核心，设计一种对锅炉煤粉粉位进行监控系统。依照监控对象特性，规定实时检测煤粉粉位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器开断进行粉位调节，最后达到粉位预设定值。检测值若高于上限设定值时，规定报警，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，规定报警，启动继电器，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监控。
2.1流程框图
煤粉粉位
ZNZC煤粉仓重锤料位计
ADC0809

8051
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
基于单片机实现液位控制器是以AT8C951芯片为核心，由键盘、数码显示、A／D转换、传感器，电源和控制某些等构成。工作过程如下：煤粉粉位位发生变化时，由测量粉位传感器ZNZC煤粉仓重锤料位计测出，并转化为4-20MA原则信号送入A／D转换器，A／D转换器把模仿信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行解决，依照设定规定控制输出，同步数码管显示粉位高度。通过键盘设立粉位高、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.硬件设计
液位控制器硬件重要涉及由传感器(带变送器)、单片机、键盘电路、数码显示电路、A／D转换器和输出控制电路等。
3.1传感器
ZNZC重锤式料位计重要用于测量料仓及各种储料罐中物料高度，使顾客可靠掌握料仓中料位. 可用来测量各种复杂环境料仓料位,涉及粉状,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,采矿及其她工业领域.。总览重锤式料位计由机械传动某些,仪表控制某些,探测锤三某些构成。特点设计构造新颖,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
参照操作条件
环境温度：-5℃～+60℃
最小介质密度：300g/L  (更小密度需定制)
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
机械传动某些
测量范畴: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
仪表控制某些
供电电压：AC220V,50Hz
功耗：75W
信号输出：4～20mA
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低电压，高性能CMOS8位微解决器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则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，ATMELAT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。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口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址第八位。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外部必要被拉高。
P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出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，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。
P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，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。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。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口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，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内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出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）这是由于上拉缘故。
P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示：
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口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。然而要注意是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想禁止ALE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。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器选通信号。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/PSEN信号将不浮现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式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：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。
XTAL2：来自反向振荡器输出。

3.2.2 振荡方式选取
本次设计用到是内部振荡方式，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，这样就和内部反响放大器构成稳定自己振荡器。电容C1和C2普通取30pF，可稳定频率并对合法频率有微调作用。接线图如下：

图3.2.2 内部振荡方式
3.2.3 复位电路设计
复位电路基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起抖动而影响复位。图1所示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（电池电压局限性）等问题 并且调节 RC常数变化延时会令驱动能力变差。左边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干扰。电路图如下：

图3.2.3 复位电路
3.3 AD转换电路设计
本次课程设计使用AD转换器件是ADC0809，ADC0809是8路模仿信号分时采集，片内有8路模仿选通开关，以及相应通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs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重要信号引脚功能
IN7～IN0——模仿量输入通道
ALE——地址锁存容许信号。相应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。 通道端口选取线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道相应关系见表9-1。
CLK——时钟信号。ADC0809内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因而有时钟信号引脚。普通使用频率为500KHz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状态标志，又可作为中断祈求信号使用。
D7～D0——数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高
OE——输出容许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到数据。
Vcc—— +5V电源。
Vref——参照电源参照电压用来与输入模仿信号进行比较，作为逐次逼近基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V，Vref(-)=-5V).
3.3.2 A/DC0809与AT851单片机连接
电路连接重要涉及两个问题。一是8路模仿信号通道选取，二是A/D转换完毕后转换数据传送。ADC0809与AT89C51单片机连接图如下：

图3.3.2.1 ADC0809与AT89C51单片机接线图
如图3.2.2.2所示模仿通道选取信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存容许信号ALE由P2.0控制，则8路模仿通道地址为0FEF8H～0FEFFH.此外，通道地址选取以WR作写选通信号，这一某些电路连接如图所示。

图3.2.2.2 模仿通道选取信号接线图
从图中可以看到，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取通道好像相应口地址送入数据指针DPTR中。例如要选取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口地址
MOVX @DPTR ，A ；启动A/D转换（IN0）
注意：此处A与A/D转换无关，可为任意值。
3.3.3 转换数据传送
A/D转换后得到数据应及时传送给单片机进行解决。数据传送核心问题是如何确认A/D转换完毕，由于只有确认完毕后，才干进行传送。为此可采用下述三种方式。
1）定期传送方式
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和固定。例如ADC0809转换时间为128μs，相称于6MHzMCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一种延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换必定已经完毕了，接着就可进行数据传送。
2）查询方式
A/D转换芯片由表白转换完毕状态信号，例如ADC0809EOC端。因而可以用查询方式，测试EOC状态，即可却只转换与否完毕，并接着进行数据传送。
3）中断方式
把表白转换完毕状态信号（EOC）作为中断祈求信号，以中断方式进行数据传送。不论使用上述那种方式，只要一旦拟定转换完毕，即可通过指令进行数据传送。一方面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。
不论使用上述那种方式，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同步，发出有效信号，使0809输出容许信号OE有效，从而打开三态门输出，是转换后数据通过数据总线送入A累加器中。
这里需要阐明示，ADC0809三个地址端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D0～D2相连。这是启动A/D转换指令与上述类似，只但是A内容不能为任意数，而必要和所选输入通道号IN0～IN7相一致。例如当A、B、C分别与D0、D1、D2相连时，启动IN7A/D转换指令如下：
MOV DPTR， #FE00H ；送入0809口地址
MOV A ，#07H ；D2D1D0=111选取IN7通道
MOVX @DPTR， A ；启动A/D转换
3.4 键盘输入电路设计
3.4.1 按键去抖
普通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。由于机械触点弹性作用,一种按键开关在闭合时不会立即稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开瞬间均随着有一连串抖动,如下图。抖动时间长短由按键机械特性决定,普通为5ms～10ms。
按键稳定闭合时间长短则是由操作人员按键动作决定,普通为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为保证CPU对键一次闭合仅作一次解决,必要去除键抖动。在键闭合稳定期读取键状态,并且必要鉴别到键释放稳定后再作解决。按键抖动,可用硬件或软件两种办法。
（1）硬件消抖：在键数较少时可用硬件办法消除键抖动。下图所示RS触发器为惯用硬件去抖。

图3.3.1 RS触发器硬件消抖
图中两个“与非”门构成一种RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。此时虽然用按键机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中要按键不返回原始状态A,双稳态电路状态不变化,输出保持为0,不会产生抖动波形。也就是说,虽然B点电压波形是抖动,但经双稳态电路之后,其输出为正规矩形波。这一点通过度析RS触发器工作过程很容易得到验证。
（2）软件消抖：如果按键较多,惯用软件办法去抖,即检测出键闭合后执行一种延时程序,产生5ms～10ms延时,让前沿抖动消失后再一次检测键状态,如果仍保持闭合状态电平,则确以为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms延时,待后沿抖动消失后才干转入该键解决程序。
3.4.2 键盘扫描办法
扫描查询法，是一种最惯用按键辨认办法，如下图所3.4示键盘，简介过程如下。
（1）判断键盘中有无键按下 将所有行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线状态。只要有一列电平为低，则表达键盘中有键被按下，并且闭合键位于低电平线与4根行线相交叉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）判断闭合键所在位置 在确认有键按下后，即可进入拟定详细闭合键过程。其办法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平。在拟定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平行线交叉处按键就是闭合按键。

图3.4 4×4键盘扫描法接口电路
3.5 数显输出电路设计
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，运用P1口高4位作为各锁存译码器锁存信号。CPU把送显数据写到锁存器后，相应各位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. 软件设计某些
原理图绘制

系统框图：
开始
设定粉位上、下限，给定初始值
与否高于给定值
与否低于给定值
启动送粉机，开始送粉
数显输出
结束
关闭送粉机、报警
报警
Y
Y
N
N