《基于单片机的水位控制专业综合实验》课程设计报告

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1、武汉大学课程设计报告《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31武汉大学课程设计报告目录目录21引言42系统分析42.1实验目的42.2实验任务42.3实验要求42.4实验分析53STC12C5A16S2系列单片机63.1STC12C5A16S2系列单片机的简介63.2STC12C5A16S2系列单片机的内部结构63.4STC12C5A16S2系列单片机特点63.5STC12C5A16S2系列单片机的定时器/计数器73.6STC12系列单片机EEPROM的应用73.7STC12C5A16S2系列单片机的串行口通信8

2、3.8STC12C5A16S2系列单片机的A/D转换器83.9STC12C5A16S2系列单片机的PWM应用94系统硬件设计94.1原理图的绘制94.1.1Protel简介94.1.2原理图的组成104.1.3原理图元件的组成104.1.4原理图元件的制作过程104.1.6原理图的设计流程114.2具体硬件电路设计分析114.2.1单片机的晶振电路和复位电路114.2.2按键输入电路124.2.3输出显示电路124.2.4A/D转换外围电路134.2.5D/A转换外围电路144.2.6报警电路144.2.7串口通信电路1531武汉大学课程设计报告4.2.8电源开关电路154.2.9

3、电压变换电路164.2.10单片机的数字量输出外围电路164.3PCB板的制作165系统软件设计165.1PID控制算法和编程软件介绍175.1.1模拟PID调节器原理175.1.2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185.1.3KeiluVision3简介205.2系统控制软件设计205.2.1控制系统总体分析205.2.2控制系统具体设计215.3系统监控软件设计245.3.1监控软件King

4、view简介245.3.2应用程序项目的建立255.3.3组态王软件与单片机之间的通讯265.3.4应用组态王建立系统控制平台276总结28参考文献2931武汉大学课程设计报告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

5、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

6、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监控软件,使此系统具有良好的人机交互画面。2.3实验要求1.根据现场设

7、备实际运行情况自行构建单容水箱的液位控制系统,开发PID调节器,实现对水箱液位的控制,并画出控制系统的流程图。2.在“组态王”31武汉大学课程设计报告中组态,对水箱水位控制系统进行有效的监控,实现报警、实时趋势、参数修改、手/自动切换等功能。2.4实验分析本实验所要设计的系统,其被控对象为单容水箱,被调量为单容水箱的水位,测量变送器为CY3011A型水位传感器,用于测量水位;DV707型交流变频器和水泵作为执行机构,控制器是STC12C5A16S2单片机。此外,系统的

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1、武汉大学课程设计报告《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31武汉大学课程设计报告目录目录21引言42系统分析42.1实验目的42.2实验任务42.3实验要求42.4实验分析53STC12C5A16S2系列单片机63.1STC12C5A16S2系列单片机的简介63.2STC12C5A16S2系列单片机的内部结构63.4STC12C5A16S2系列单片机特点63.5STC12C5A16S2系列单片机的定时器/计数器73.6STC12系列单片机EEPROM的应用73.7STC12C5A16S2系列单片机的串行口通信8

2、3.8STC12C5A16S2系列单片机的A/D转换器83.9STC12C5A16S2系列单片机的PWM应用94系统硬件设计94.1原理图的绘制94.1.1Protel简介94.1.2原理图的组成104.1.3原理图元件的组成104.1.4原理图元件的制作过程104.1.6原理图的设计流程114.2具体硬件电路设计分析114.2.1单片机的晶振电路和复位电路114.2.2按键输入电路124.2.3输出显示电路124.2.4A/D转换外围电路134.2.5D/A转换外围电路144.2.6报警电路144.2.7串口通信电路1531武汉大学课程设计报告4.2.8电源开关电路154.2.9

3、电压变换电路164.2.10单片机的数字量输出外围电路164.3PCB板的制作165系统软件设计165.1PID控制算法和编程软件介绍175.1.1模拟PID调节器原理175.1.2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185.1.3KeiluVision3简介205.2系统控制软件设计205.2.1控制系统总体分析205.2.2控制系统具体设计215.3系统监控软件设计245.3.1监控软件King

4、view简介245.3.2应用程序项目的建立255.3.3组态王软件与单片机之间的通讯265.3.4应用组态王建立系统控制平台276总结28参考文献2931武汉大学课程设计报告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

5、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

6、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监控软件,使此系统具有良好的人机交互画面。2.3实验要求1.根据现场设

7、备实际运行情况自行构建单容水箱的液位控制系统,开发PID调节器,实现对水箱液位的控制,并画出控制系统的流程图。2.在“组态王”31武汉大学课程设计报告中组态,对水箱水位控制系统进行有效的监控,实现报警、实时趋势、参数修改、手/自动切换等功能。2.4实验分析本实验所要设计的系统,其被控对象为单容水箱,被调量为单容水箱的水位,测量变送器为CY3011A型水位传感器,用于测量水位;DV707型交流变频器和水泵作为执行机构,控制器是STC12C5A16S2单片机。此外,系统的

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