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【內(nèi)容摘要】過程控制是自動控制技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在實(shí)際生產(chǎn)中，液位控制的準(zhǔn)確程度和控制效果直接影響到工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益甚至設(shè)備的安全系數(shù)。在水位自動控制中，為了提高現(xiàn)有水位監(jiān)測控制系統(tǒng)的可靠性和自動化程度，設(shè)計(jì)本方案。

【關(guān)鍵詞】自動控制;液位控制;實(shí)時(shí)監(jiān)控

一、引言

在科技不斷發(fā)展的今天，自動控制技術(shù)日新月異，電器控制系統(tǒng)已跟不上時(shí)代的發(fā)展要求，而需要一種新型的可編程控制器取代。單片機(jī)微信處理器是二十世紀(jì)七十年展起來的控制設(shè)備，是微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與終端于一體的器件，是在傳統(tǒng)控制器的基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。本文以單片機(jī)為主體構(gòu)成。系統(tǒng)的組成部分分為硬件和軟件，其中硬件部分包括下面所說的一系列模塊，系統(tǒng)的軟件部分是在keil開發(fā)環(huán)境下用C語言編程實(shí)現(xiàn)，來完成液位控制。

二、系統(tǒng)方案設(shè)定

本設(shè)計(jì)為單閉環(huán)控制，利用PID算法在軟件上加以實(shí)現(xiàn);水泵為12V直流電機(jī)控制，可采用PWM方式，而PWM控制信號可由單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

(一)液位控制系統(tǒng)的水位。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)液位控制是利用超聲波液位檢測系統(tǒng)檢測到的液位狀態(tài)，通過STC12C5A60S2把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制、輸出數(shù)字信號、通過LED實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警和鍵盤的顯示與控制，更好地監(jiān)控實(shí)時(shí)水位。通過STC12C5A60S2單片機(jī)的運(yùn)算控制，再通過對閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對水體液位的調(diào)節(jié)控制，閥門的驅(qū)動設(shè)備是電動機(jī)。系統(tǒng)設(shè)置液位上下限A、B，液位在此范圍之內(nèi)變化，當(dāng)液位過高可以和設(shè)定值比較進(jìn)而達(dá)到降低水位的效果，反之達(dá)到升高液位的效果。其中，A在下限水位，B在上限水位。利用STC12C5A60S2單片機(jī)控制電機(jī)帶動水泵供水，隨著供水，水位會逐漸上升，當(dāng)水位上升到B的時(shí)候，控制系統(tǒng)控制電機(jī)和水泵停止工作，不在供水;當(dāng)水位處于A、B之間時(shí)，使水泵在上下限范圍之內(nèi)運(yùn)動，直到達(dá)到需求的高度，此刻水泵停止工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了液位的一個(gè)控制效果，當(dāng)水位在A的位置之下時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動水泵供水，但應(yīng)控制在上下限范圍之內(nèi)。

(二)按鍵設(shè)計(jì)。在單片機(jī)的應(yīng)用與管理中有一個(gè)很重要的元件就是鍵盤，考慮到本設(shè)計(jì)在使用鍵盤時(shí)應(yīng)用的按鍵不多，因此可以把獨(dú)立式的按鍵接口電路應(yīng)用于此。它的原理是將每一個(gè)獨(dú)立的按鈕按照一一對應(yīng)的關(guān)系接到單片機(jī)的輸入輸出接口上的，當(dāng)然完成與單片機(jī)系統(tǒng)交互是通過程序?yàn)g覽掃描的查詢方式。在程序掃描的方式下，通過輸入輸出端口讀取鍵盤按下與否的狀態(tài)，在按鍵被按下的時(shí)候，相應(yīng)的接口就會被置“0”，而沒有被按的鍵盤被置為“1”，這樣就實(shí)現(xiàn)了讀取輸入輸出端口的狀態(tài)來判斷是否按下按鍵。

(三)水泵驅(qū)動單元硬件設(shè)計(jì)。LM7805在如今應(yīng)用的十分廣泛，并且它是三端穩(wěn)壓的集成電路設(shè)備。在各種電子產(chǎn)品中，三端穩(wěn)壓電路的種類數(shù)不勝數(shù)，其中比較廣泛的是LM78，它是正電壓的輸出系列。可見三端的IC分別是輸入、輸出和接地端。為了后期的方便可以選擇三端固定集成穩(wěn)壓電路，且三端固定集成穩(wěn)壓電路在電子制作中也經(jīng)常被采用。為了散熱更加的良好，應(yīng)該在三端集成穩(wěn)壓電路上面安裝一個(gè)足夠大的散熱器，安裝散熱器的好處是當(dāng)穩(wěn)壓管有過高的溫度時(shí)，它的穩(wěn)壓性能不會下降，不會嚴(yán)重到損壞。L298N在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的非常廣泛，它是一塊雙H橋電機(jī)驅(qū)動的芯片，每一個(gè)H橋都可以分別供給2安培的電流，其中功率部分供電電壓范圍很重要，它的供電的電壓范圍在2.5V至48V之間，而邏輯部分供電電壓5V即可，接收5VTTL的電平。通常，為了使芯片正常工作，功率部分的電壓必須在6V以上。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件程序的設(shè)計(jì)完全是根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)而形成的，事實(shí)上是對系統(tǒng)程序控制和程序管理的設(shè)計(jì)，但是由于程序的代碼比較多，為了方便增刪改查，所以采用多個(gè)模塊組合的方式進(jìn)行，即整個(gè)程序由多個(gè)小模塊組成，它們之間通過接口連接。主控程序是由判斷程序和子類調(diào)用父類的方法實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)采用的高級編程語言是C++，用這種語言的好處是，它要比匯編語言運(yùn)算簡單，當(dāng)然可移植性也是非常高的，但是它沒有匯編語言效率高。在這里我們使用keil編程軟件，單片機(jī)用它進(jìn)行編譯，它的優(yōu)點(diǎn)非常明顯:一是功能比較強(qiáng)大，二是界面的操作也比較簡單，三是可以進(jìn)行軟件的仿真。

(一)數(shù)模轉(zhuǎn)換程序部分。軟件部分可以實(shí)現(xiàn)的功能有很多，在這里主要有數(shù)模轉(zhuǎn)換，顯示部分與1602的通訊以及鍵盤電路對程序的控制。由于本設(shè)計(jì)使用的A/D轉(zhuǎn)換部分為8位精度，數(shù)字量為255，而設(shè)計(jì)中所使用的轉(zhuǎn)換量程為0至3000厘米，對應(yīng)的輸出電壓值為1V至5V，對應(yīng)的數(shù)字量范圍為256/5至256/256，因此測量值轉(zhuǎn)換關(guān)系式。

(二)按鍵程序部分。按鍵模塊的軟件程序采用的是掃描按鍵方式，它的優(yōu)點(diǎn)是占用的輸入/輸出接口相對較少，而且靈敏又可靠，有8個(gè)鍵位，用6個(gè)I/O接口，這6個(gè)接口是采用兩行和四列的接口方式。

(三)顯示程序部分。LCD1602液晶是一種點(diǎn)陣型液晶模塊，這個(gè)點(diǎn)陣類似于矩陣，其中點(diǎn)陣的作用是，每個(gè)點(diǎn)陣都可以顯示一個(gè)字符。每位字符之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每個(gè)圖形都是一一對應(yīng)的，當(dāng)然每一行中都有間隔，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，所以才不能顯示漢文以及圖片。

五、結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的水位測量系統(tǒng)性能穩(wěn)定、精度高、應(yīng)用范圍廣，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境。超聲波液位測控系統(tǒng)由于應(yīng)用了先進(jìn)的超聲波測距和單片機(jī)控制技術(shù)，按照實(shí)驗(yàn)操作流程把液位調(diào)整到需恢復(fù)液位后，觀察一分鐘看其液位是否穩(wěn)定，如果穩(wěn)定或者偏差很少，就驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是合理的液位檢測自動控制系統(tǒng)，保證了超聲波液位測控系統(tǒng)的可靠性，也保證了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)自動控制的可操作性。

【參考文獻(xiàn)】

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［3］吳再群．基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)［J］．電子科技，2013，6

作者：林森