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1、设 计 性 实 验 说 明 书姓 名 :蒋博学 号：2012307010613学 院 :自动化工程学院班 级:自动卓越 121题 目:储粉仓粉位高度控制系统 2015 年 5 月 6 日- 1 -目目 录录目目 录录 .- 1 -1、选题背景.- 2 -2、设计理念.- 2 -3、过程论述.- 2 -3.1 传感器.- 2 -3.2 A/D转换器.- 4 -3.3 单片机.- 6 -3.4 控制部分.- 7 -4、结果分析.- 7 -5、结论及心得体会.- 8 -6、原理图.- 9 - 2 -1、选题背景、选题背景本课题是一个基于单片机的粉位高度控制系统。根据监控对象的特征，要求实时检测煤粉的
2、粉位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制电机的运行状态进行粉位的调整，最终达到粉位的预设定值。粉仓高度 12 米，正常工作粉位在 2 米至 9 米之间，精度为10 cm，实现粉位上、下控制，有越线报警，若出现上、下粉位越线后，通过控制系统实现控制，快速回归到控制区。2、设计理念设计理念基于单片机以 AT89C51 芯片为控制核心，由传感器、AD 转换、电源和直流电机控制部分等组成。工作过程如下：煤粉粉位发生变化时，由测量粉位的传感器 FMP40 测出，并转化为 4-20mA 标准信号送入 AD 转换器，AD 转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要
3、求控制输出，检测值若高于上限设定值时，进行报警，通过单片机控制继电器断开，电机停止，则送粉器停止送粉；检测值若低于下限设定值，进行报警，通过单片机控制继电器闭合，电机运转，则送粉器开始送粉。3、过程论述、过程论述3.1 传感器传感器第一部分是传感器，根据监控对象煤粉粉位的特征，传感器的选择需要满足防尘防爆，精度是 0.1 米。经选择决定采用德国 E+H 公司的产品 FMP40 导波雷达物位测量仪，它被设计用于粉末或小固体颗粒固体及液体进行连续物位测量，而且测量不受粉尘堆积影响，适用于防爆场合。具体介绍如下：- 3 - 4 -3.2 A/D 转换器转换器第二部分是 A/D 转换器，采用 ADC0
4、809 转换器，由于在 Proteus 中ADC0809 是不可仿真的，所以用 ADC0808 代替 ADC0809 进行仿真。ADC0808 与ADC0809 有相同的引脚，功能极为相似。在 Proteus 中，可以认为：ADC0808 就是 ADC0809。ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道，8 位逐次逼近式A/D 模数转换器。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。目前仅在单片机初学应用设计中较为常见。几个关键引脚的功能：1)OE 数据输出允许信号，高电屏有效（意思就是，当
5、OE 接高电屏时才允许将转换后的结果从 ADC0808 的 OUT1OUT8 引脚输出，否则，在内部锁存）。- 5 -2)ADC0808 的 ALE 信号（22 引脚），以及 START 信号（6 引脚） ALE 称为“地址锁存允许信号”，高电屏有效。就是说：ALE=1 时，允许将ADDAADDC 的地址输入到 ADC0808 的内部译码器，经过译码后选定外部模拟量的输入通道。 START 信号，这是一个必须重点掌握的信号，向 START 送入一个高脉冲，其上升沿使 ADC0808 内部的“逐次逼近寄存器 SAR”复位，其下降沿可以启动A/D 转换，并同时使 EOC 引脚为低电平。 应注意到：
6、ALE 是高电屏有效，而 START 的有效部分只是上升沿和下降沿，所以在连接电路时可以将 ALE 信号与 START 信号连接到一起，使它们在同一个脉冲上各取所需。 3)EOC AD 转换结束的标志信号，在 AD 转换结束时成现高电屏。不能通过以下方式使 EOC 恢复低电屏：假设 EOC 连到 P1.0 口上，企图通过 CLR P1.0 使 EOC 恢复低电屏是不可行的。在 Proteus 仿真时，会出现黄色信号，表示短路。在实际当中，短路是非常可怕的事情。- 6 -3.3 单片机单片机第三部分是控制核心单片机，采用 AT89C51 芯片，AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存
7、储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统
8、提供了一种灵活性高且价廉的方案。- 7 -3.4 控制部分控制部分第四部分是控制部分，通过单片机程序控制 P2.0 的高地电平来控制继电器的闭合与断开，从而控制电机的运行状态。继电器是一种功率开关器件, 它能够实现弱电控制强电的功能。- 8 -4、结果分析结果分析根据设计要求测量范围是 0-12 米，精度为10 cm，测量的数据容量为120 位。传感器的精度满足要求后，AD 转换器也必须满足输入输出，ADC0809是一个八位 AD 转换器，也就是分辨率为 8,二的八次方显然大于 120，因此满足条件。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周
9、期(24 个振荡周期)以上，则 CPU 就可以响应并将系统复位。 Vt=V0+（V1-V0）* 1-exp(-t/RC) 或 t = RC*Ln(V1-V0)/(V1-Vt) 求充电到 90%VCC 的时间 t。 （V0=0，V1=VCC，Vt=0.9VCC） 代入上式： 0.9VCC=0+VCC*1-exp(-t/RC) 既 1-exp(-t/RC)=0.9；exp(-t/RC）=0.1 - t/RC=ln(0.1) t/RC=ln(10) ln10 约等于 2.3 也就是 t=2.3RC。 带入 R=10k，C=10uf 得。 t=2.3*10k*10uf=230ms下面是软件设计结构框图
10、：- 9 -5、结论及心得体会、结论及心得体会通过本次实验设计，加深理解了 A/D 和 D/A 转换器的特点和工作原理，了解了传感的性能选择，复习了单片机的相关知识，也又一次体会到了一点一点解决问题所收获的成功的喜悦。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，收获成功。- 10 -6、原理图、原理图
储粉仓粉位高度控制系统蒋博
