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1、水位报警器毕业论文专业 电子信息工程技术 题目 水位报警器的研究与设计 目录1 引言11.1 选题的目的意义11.2 应解决的主要问题11.3 国内外开展现状22 设计方案确实定13 硬件设计13.1 传感器的选择13.1.1 传感器的概述13.1.2 传感器类别的选择23.1.3 传感器型号的选择43.2 A/D转换器的选择63.2.1 A/D转换器的主要技术指标63.2.2 A/D转换器的类别的选择73.2.3 A/D转换器型号的选择83.3 单片机选择123.3.1 单片机的简介123.3.2 8051芯片引脚133.3.3 存储器163.4 复位电路和时钟电路的设计173.4.1 复位
2、电路设计17时钟电路选择193.5 报警电路设计203.6 控制电路的设计203.7 键盘显示电路设计213.7.1 键盘电路简介213.7.2 键盘电路的分类223.7.3 8155的结构与引脚233.7.4 矩阵式键盘电路简介243.8 显示电路设计253.8.1 显示器件的选择253.8.2 驱动芯片的选择253.8.3 MC14499芯片简介263.8.4 LED驱动芯片MC14499283.9 集成稳压器电路293.9.1 集成稳压器电路简介293.9.2 W7805芯片简介303.10 电源监控器件314 软件设计14.1 程序模块14.2 程序流程图14.2.1 主程序流程图14
3、.2.2 A/D0809转换程序流程24.2.3 键盘扫描子程序24.2.4 键盘显示子程序的设计4总结1参考文献1致 谢1附录A1附录B21 引言1.1 选题的目的意义随着计算机技术和现代通信技术的迅速开展，水位报警计已经从普通型开展到智能化，而且水位报警计的功能日益趋向于完善，然而水位报警计的许多相关理论与技术仍在不断开展。本次设计的就是针对锅炉水位报警计研究的一个课题。因锅炉里的水在高温时汽化供暖，水和汽的损耗较大，要不断地补充水，使锅炉里的水位保持一定的高度，水位过低，锅炉就有爆炸的危险。为了随时了解锅炉内的水位，在锅炉上都装有水位计，水位计和锅炉构成一个连通器。常用的有玻璃液位计、压
4、强液位计、浮标液位计、电容液位计及电阻液位计等。在高温和高压下，也可采用同位素液位计。 水位计产品多种多样，其中以玻璃管液位计和玻璃板液位计使用的最多，玻璃管液位计又因材质的不同分为普通玻璃管液位计和石英玻璃管液位计，二者是有区别的。本人之选题?水位报警计?，具有如下目的意义：通过查阅资料可以了解当前行业前沿的水位报警计技术及产品开展状况。培养自己将所学的知识与现实相联系的能力。水位报警计，它的作用是观测和控制容器内的介质多少量，通过液面的高度来掌握体积的多少，从而到达防止超装和掌握存液数量的目的。对水位报警计研究，有利于满足人们日益增长的物质需求，通过将科学技术应用到水位控制上从而使得人们真
5、正体会到科技的开展给自己的现实生活所带来的方便和舒适。1.2 应解决的主要问题本设计主要解决传感器的选择、硬件电路的设计和软件程序的设计。其所能到达的技术指标为可以对水罐水位信息进行采集。通过单片机控制，使水罐水位水位维持在正常的范围内。具有键盘显示功能。具有报警功能当水位超过上限或下限时，能及时报警。对水位进行控制的功能。对整个电路有一个专门提供电源的基准电压回路。对电源进行监控的电源监控器件。1.3 国内外开展现状2021-2021年中国容器液位报警计产业专题调查分析报告中指出?中国容器液位报警计市场分析报告?立足于容器液位报警计市场开展现状分析，通过对容器液位报警计行业环境、容器液位报警
6、计产业链、容器液位报警计市场供需、容器液位报警计价格、容器液位报警计生产企业的详尽分析，以使企业和投资者到达对容器液位报警计产品市场开展现状的全面、深入掌握；同时为使企业和投资者把握容器液位报警计未来的市场开展趋势，单位还对容器液位报警计行业未来开展趋势和市场前景进行科学、严谨的分析与预测；另外在投资分析局部，针对企业投资决策依据进行了重点分析，并综合给出投资建议。目前国内外液位计的种类很多，有雷达液位计、磁性浮子液位计、石英管液位计、智能雷达液位计、彩色石英管液位计和超声波液位计等等。而生产液位计的公司有美国罗斯蒙特ROSEMOUNT、德国E+H、日本横河YOKOGAWA、德国西门子SIEM
7、ENS、瑞士ABB、德国VEGA 。这些只是常用而较热门的品牌。2 总体设计方案确实定数据采集系统主要是指这样的系统，它具有将模拟量例如 温度、压力、位移、语音、图像等变为数字量，然后经计算机进行适当的处理后，再配以显示、记录等功能。典型的数据采集系统框图如图2.1所示，图中各单元的功能如下：被测物理量传感器放大，整形，滤波A/D转换器单片机控制设备显示设备报警设备变送器2.1 典型的数据采集系统框图被测物理量：主要是指非电的物理量，例如工业控制中的温度、压力、流量、水位等。传感器：将输入的物理量转换成相应的电信号输出，实现非电量到电量的变换。传感器的精度直接影响到整个系统的性能，所以是系统中
8、一个重要的部件。放大，整形，滤波：传感器的输出信号一般不适合直接去转换数字量，通常要进行放大，特性补偿，滤波等环节的预处理来完成。A/D转换器：实现将模拟量转换成数字量，常用的是并行比拟型、逐次逼近式、积分式等。单片机：目前的数据采集系统功能和性能日趋完善，因此主控局部一般都采用单片机。显示设备：常用的显示器有发光二极管、7段数码管等。控制设备：一般有按键控制，具有设定，确定等功能。报警设备：当所测的信号超出了设定值，应该通知工作人员进行处理的设备，一般有声光报警等。综上所述，设计数据采集系统时在硬件方面的工作主要是根据系统要求，合理选好个单元器件及互相连接，以及完成输入、输出的设计。而数据采
9、集系统的软件设计是根据系统要实现的功能，经接口对各个局部进行控制；对模拟多路输入通道的选择以保证选择正确的通道；在正确的时刻取样和保持以使ADC能正确完成转换；对输入的数字信息进行运算处理以及显示、记录和传输，对信息格式可能还要做变换工作，这些根本上都是通过编程来实现。基于上述的考虑本设计的整体思路如下:以MCS-51系列单片机为核心开始设计，选用适宜的液位传感器对水罐中的液位参数进行报警把检测到的模拟信号转换成电信号。本次设计采用的是变送器，它可以直接把液位信号转化成标准的电信号，而不需要放大、整形、滤波等。对该电信号通过模数转换把模拟信号转换成数字信号。模数转换器A/D与单片机相连，由I/
10、O端口输入到单片机，由单片机对其进行监测和控制。在控制电路的控制下，最后经过输出端口单片机与显示电路相连通过所编的程序完成显示功能。设计方法从整体上把它分成两块：第一块为硬件电路的设计，对传感器的选型，A/D转换器，接口芯片的选型。为显示的驱动电路、数码管的选型。第二块为软件的设计，采用汇编语言编程，这里面包含定时对检测电路数据采集，输出信号驱动数码管显示等。3 硬件设计硬件设计大体可以分为5步：用传感器将非电量信号转换成电量信号，而在设计中选用什么类型的传感器，从经济性，可靠性和准确性的方面考虑。用模/数转换器将模拟信号转换成数字信号，然后传送到单片机里。是控制电路的设计，即键盘、按钮等对水
11、位报警系统的控制。显示、监控电路的设计。对电压基准电路和电源监控电路的设计。硬件系统的设计框图如图3.1所示。单片机液位变送器时钟电路复位电路操作键盘LED显示驱动电路报警电路电压基准回路电源监控电路LED显示电路A/D转换器水位控制电路3.1 硬件系统的设计框图3.1 传感器的选择 传感器的概述传感器是一种能将与待报警的能量形式，转化成另一种可供处理查询的能量形式的装置。信号处理电路用于处理信息，而输出器件是一种利用已处理过的信号的装置、显示或动作。传感器不但对被测信号敏感，而且具有把它对被测变量的响应送出去的功能。也就是说，传感器不是一般的敏感元件，它的输出响应还必须易于传送的物理量。例如
12、弹性膜盒的输出响应是形变，是微小的几何量位移不便于远距离传送。如果把膜盒中心的位移转变为电容极板的间隙变化，就称为输出响应是电容量的压力传感器。倘假设，再通过适当的电路使电容量的大小为振荡频率的上下，就演变成输出响应是频率值的压力传感器。某些敏感元件的输出响应本来就能够传送到别处报警，例如，铂电阻应变电阻的阻值，热电偶的电动势等，把这些敏感元件称为传感器也未尝不可。由于电信号便于远距离传送，所以绝大多数传感器的输出是电量的形式，如电压、电流、电阻、电感、电容、频率等。也有利用压缩空气的压力大小传送信息的这种方法在抗电磁干扰和防报平安方面比电传送要优越，但气源和线路上的投资较大，而且传送速度较低
13、。近年来利用光纤传送信号信息的传感器正在开展，其抗干扰、防爆、快速性都有突出的优点。总之，传感器的输出物理量不拘一格，其数值范围也没有一定的范围限制。 传感器类别的选择常用于报警液位的液位计有连通器式、吹泡式、差压式、电容式等，报警物位的有超声波物位计和放射性物位计等。其报警原理和特点如下：连通器式就是应用最普通的玻璃液位计，它的特点是结构简单、价廉、直观，适于现场使用，但易破损，内外表沾污，造成读数困难，不便于远传和调节。 浮力式液位计包括恒浮力式和变浮力式两类。1恒浮力式液位计。恒浮力式液位计是依靠浮标或浮子浮在液体中随液面变化而升降，它的特点是结构简单、价格较低，适于各种贮罐的报警；2变
14、浮力式液位计。变浮力式亦称沉筒式液位计，当液面不同时，沉筒浸泡于液体内的体积不同，因而所受浮力不同而产生位移，通过机械传动转换为角位移来报警液位。此类仪表能实现远传和自动调节。 吹泡式液位计是应用静压原理报警敞口容器液位。压缩空气经过过滤减压阀后，再经定值器输出一定的压力，经节流元件后分两路：1一路进到安装在容器内的导管，由容器底部吹出；2另一路进入压力计进行指示。当液位最低时，气泡吹出没有阻力，背压力零，压力计指零；当液位增高时，气泡吹出要克服液柱的静压力，背压增加，压力指示增大。因此，背压即压力计指示的压力大小，就反映了液面的上下。吹泡式液位计结构简单、价廉，适用于报警具有腐蚀性、粘度大和
15、含有悬浮颗粒的敞口容器的液位，但精度较低。差压式液位计有气相和液相两个取压口。气相取压点处压力为设备内气相压力；液相取压点处压力除受气相压力作用外，还受液柱静压力的作用，液相和气相压力之差，就是液柱所产生的静压力。这类仪表包括气动、电动差压变送器及法兰式液位变送器，安装方便，容易实现远传和自动调节，工业上应用较多。电容式液位计是采用报警电容的变化来报警液面的上下的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数1和液面上的介电常数2不同，比方：12，那么当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，值减小
