计算机液位测控系统(课程设计)new

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1、本科课程设计论文本科课程设计论文题目计算机液位测控系统学院名称自动化学院专业名称自动化专业指导教师课程时间2013.7本科课程设计论文1本科课程设计论文设计任务书计算机液位测控系统一.设计目的设计一个由工业控制计算机的液位测控系统。通过这个过程学习液位的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过设计过程掌握液位的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。二.预习与参考C语言、计算机控制技术、自动控制原理、三.设计内容及指标液位指标：15mm；偏差：1mm。1、每组4～5同学，每个小组根据设计目的及设计要求，设计出一

2、个完整的液位测控系统。2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法，编制程序框图和源程序。3、开发串口通信功能。2本科课程设计论文模型建立一、计算机液位测控系统液位控制在生产生活中占据着重要的位置。比如在化工产品生产和油料的生产运输中，液位控制都起着举足轻重的作用。但是由于液位控制受到各种主客观因素的影响。譬如，温度，压强，流速等等，所以其控制的复杂性往往影响着控制的精度。又因为液位控制一般含有滞后系统（尤其在某些化工产品中），而利用传统的控制方法很难做到精确控制。因而采用计算机控制，可以有效地解决这些问题。二、模型的

3、假设图11.在本论文中的计算机液位控制系统控制的是单水箱的液位，水H箱的最高液位为max=15mm。2.因为水箱的液位H直接受到流入量Q1和流出量Q2的影响。而3本科课程设计论文影响流量Q的参数有温度、内外压强差、流速、阀的开度、水管的管径等。为了简化模型，我们做出部分假设。3.假设的条件：（1）温度、内外压强均是定常参数。且在整个控制系统中，温度是一个恒值，一般视为环境温度T；（2）流体的密度是定值，设为ρ；（3）水管的管径为d1和d2，水箱的直径为D，如图1所示；（4）为了进一步简化模型，假定流入量Q1是一个常值，即Q1=co

4、nst，如图2.且当K2开到最大时，即流出量Q2达到最大时，有Q1≤Q2，即d1≤d2；（3）水管的管壁是刚体，不会发生变形；图24.求解图2所示的水箱的传递函数水箱中流量的变化∆Q=∆Q2−∆Q1（式1—1）因为Q1为常量，所以∆Q1=0；4本科课程设计论文∆Q=∆Q2则有(式1—2)假设，阀K2的开度K，与Q2的大小成正比，并且当开度K=0KQ2时，Q2=0；K最大时，Q2最大，即K=max时，Q2=max。那么则有KQ2=K•maxQ2max（式1—3）则有K∆Q2=∆K•maxQ2max(式1—4)同时对水箱有dh∆Q=A

5、dt（式1-5）2⎛D⎞A=π⎜⎟其中A为水箱的截面积，⎝2⎠由式1—2、式1—4、式1—5得到：H(S)Kmax=K(S)Q2ASmax（式1—6）三、系统原理计算机液位测控系统中，整个系统由AD转换模块（包括放大、滤波等调理电路），控制模块，DA转换模块（包括驱动电路），执行机构（比例阀），控制对象（水箱）和测量传感器六大部分组成，如5本科课程设计论文图3所示。图31、液位h的测量——超声波测距原理及超声波传感器（1）超声波测距原理超声波具有束射特性，吸收特性，高功率等特征。超声波的特点是它能在各种媒质中传播；波长短，因而分辨

6、率很好；声束尖锐，声能集中；在不同物质界面上会有反射、折射、散射等现象；可获得较高声强。因此可以利用超声波脉冲反射回波法实现测距。已知超声波在当地空气中的传播速度V，测出超声波在空气张传播的时间，就能计算出传播的距离。超声波测距就是通过测定超声波传播的时间间隔来测出声波传送的距离，这就是所谓的时间差测距法。超声波测距方法有如下两种：�直接式超声波测距方法：直接式超声波测距方法的原理是，测量发送器发射超声波到接收器并接收到超声波的时间t，已知超声波在空气中的传播速度V,则超声波发送器到对象物的距离为：S=Vt�反射式超声波测距方法：

7、6本科课程设计论文反射式超声波测距方法的原理是，发送器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播途中遇到对象物就立即返回来，接收器接收到反射波就立即停止计时，这时计时器就计下了超声波从发射到对象物间的来回传播时间t，从而发送器到对象物的距离可用下式计算出来：S=Vt/2（2）超声波传感器在超声波测距系统中利用超声波传感器产生和接收超声波，利用超声波的特性进行数据测量。市场上的超声波传感器大致可以分为通用型，宽频带型，封闭型，高频型等，它们各有优缺点，也就各有用途。通用型频带窄，但灵敏度高，抗干扰性强，在多通

8、道，且通道间频率较近的应用中最好使用它；宽频带型能在工作频带内有两个共振点，因而加宽了频带，它兼做发送和接收传感器；封闭型适用于室外环境，有较好的奈风雨特性，用于汽车后的监测等装置上；高频型的中心频率可以达到200KHz，方向性强，可以进行高分辨率