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1、江西冶金职业技术学院(南昌钢铁责任有限公司职工大学）10级毕业设计（论文）江西冶金职业技术学院电气自动化技术专业毕业设计（论文）题 目: 系 (部)： 机电工程系 专业名称： 电气自动化技术 姓 名： 吴远超 准考证号： 班 级： 指导老师： 提交时间： 摘 要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 本系统以Atmel89C52单片机为核心，辅以步进电机驱动、键盘、LCD
2、 显示、LED 显示、光电传感器数据采集等外围电路组成，实现了一个主站控制多个从站的有线液体点滴速度监控系统。电机控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的减小超调量和静态误差，缩短调节时间。主站使用LCD 显示，用户界面友好。关键字：单片机；驱动；键盘；光电传感器目 录 第1章单片机及多单片机应用系统. 11.1单片机的概述. 11.2单片机的特点与应用. 11.3MCS-51单片机的基本组成. 31.3.1MCS-51单片机的内部结构及管脚功能. 31.3.2 单片机最小系统构成. 51.4多单片机控制系统的概述. 71.5单片机在输液点滴的研究现状. 8第2章系统方案确定. 112.1系统
3、设计要求. 112.2系统设计总体方案. 122.3系统各模块方案选择. 122.3.1单片机型号的选择. 122.3.2点滴速度检测和液面检测方案的论证与比较. 132.3.3滴速控制方案的论证与比较. 132.3.4电机控制算法的选择. 142.3.5键盘、显示及声光报警部分. 152.3.6主从站协议部分. 15第3章硬件设计. 163.1系统硬件设计. 163.2主站及通信网络的设计. 173.2.1主站硬件电路设计. 173.2.2通信网络设计. 203.3从站电路设计. 213.3.1滴速检测与液面检测电路设计. 213.3.2键盘显示电路设计. 223.3.3步进电机驱动电路设计
4、. 243.3.4报警电路和通讯网络设计. 26第4章软件设计. 274.1主站软件设计. 274.1.1主站总体流程设计. 274.1.2键盘显示程序设计. 274.1.3 报警程序设计. 284.1.4与从站通讯. 294.2从站软件设计. 304.2.1系统定义和总体流程. 304.2.2滴速和液面判断及报警. 324.2.3滴速控制程序设计. 334.2.4键盘及显示程序设计. 344.2.5与主站通信. 35结束语. 38谢辞参考文献. 39附 录. 41附录A主站程序. 41附录B从站程序. 48附录C主站硬件电路总图. 58附录D从站硬件电路总图. 59第1章单片机及多单片机应用
5、系统1.1单片机的概述单片机，也称单片微型计算机，是微型计算机家族中的一员，它以独特的结构和超群的优点，深得各个领域的青睐，应用十分之泛，近年来发展极其迅速。世界上的各个半导体厂商都抓住这个机会，推出自己的产品，一时间单片机如雨后春笋般蓬勃发展和流行起来。在近30年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小大体集成电路到大规模集成电路四个阶段，尤其是随着大规模集成电路技术的飞跃发展，20世纪70年代初诞生的单片机微型计算机，使得计算机应用日益广泛。而单片机的问世，更进一步推动了计算机应用技术的发展，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。1.2单片机的特点与应用一、单
6、片机的特点：（）重量轻、耗电少、价格低、电源单一。（）抗干扰能力强、可靠性高。芯片本身是按工业测控环境设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中，不易被破坏；许多信号通道均在一块芯片内。（）集成度限制，片内存储器容量较小。一般ROM小于8KB，RAM小于256个字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64KB。（）面向控制，控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。指令系统中均有极其丰富的条件转移指令，I/O口的逻辑操作及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的其它微处理器。（）开发应用方便，研
7、制周期短。片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线以及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各规模的计算机应用系统。二、单片机的应用单片机具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的条件下工作等特点。特别是它强大的面向控制的能力、使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到广泛应用。（1）单片机在智能仪表中的应用在各类仪器仪表中，引入单片机使得仪器仪表数字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密数字温度计、智能电度表、微机多功能PH测试等等。（2） 单片机在工业测控中的应用。用单片机可以构成各种工业测控系统、自适应控
8、制系统、数据采集系统等，例如MCS-51单片机控制电镀生产线、温度人工气候控制、报警系统控制、IBM-PC/XT和单片机组成的二级计算机控制系统等。（3） 单片机在计算机网络与通信技术中的应用MCS-51系列单片机具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件，例如MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51单片机无线遥控系统等。（4） 单片机在日常生活及家电中的应用单片机越来越广泛应用于日常生活的智能电器产品以及家电中。例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护控制、彩色电视机、电冰箱控制、洗衣机控制等等。（5） 单片机与Inte
9、rnet随着网络技术的发展，Internet已经成为信息社会的重要组成部分，Internet技术已经深入到日常生活中和工作中。Internet技术得以迅速发展，其主要推动力之一是标准成熟的PC工业。无论是PC机的硬件平台，还是软件操作系统，都要求高度标准化，上网方式也大同小异。而对于各类家用电器和智能装置，情况就不同了，它们的心脏多是单片机，但由于单片机芯片品种繁多，其结构和指令系统也各不相同，因此，它不能像PC机那样通过标准的硬件接口和接口软件直接接到Internet，如果能够将各类智能装置或家用电器与Internet连接起来，一方面可充分利用Internet资源，另一方面还可获得一些电子设
10、备信息。由此可见，单片机与Internet的紧密结合将为单片机应用系统的发展开创另一片天地。机电一体化是机械工业发展的方向。它是通过机械技术与微电子技术、信息技术紧密结合而成的一个新的学科领域。这种结合形成一种技术趋势，涌现了崭新的产品及先进的制造技术，因而使整个机械、仪表、控制的产品结构发生根本变化。机电一体化产品是指机械微电子技术、机电转换技术、自动控制技术与计算机于一体，具有智能化特征的机电产品。采用单片机作为机电产品的控制器，可充分发挥其体积小、功能强、可靠性高、价格低、安装灵活方便等优点，提高产品的自动化、智能化水平。1.5单片机在输液点滴的研究现状随着科学技术的发展，MCS-51为
11、核心的单片机控制系统，已经渗透到日常生活的各个方面。相对其他领域来说，速度控制是单片机系统最典型，最广泛的应用领域之一。单片机输液滴速控制是医院中常见的问题。输液滴速控制针对不同的病人情况采用不同的点滴速度进行输液控制，比如对成人输液滴速一般设在6080滴/分钟，而对儿童输液滴速一般设在3040滴为宜。医院中常见的输液管虽然能进行速度调节，但调节不准确，不易控制，而且常因为疏忽大意发生血液回流现象，有时速度过快还会对病人造成不良反应，另外作为医疗过程，医务人员也需要对每个病人的输液过程进行监控和记录完善病人档案，为此研究点滴速度控制就显得非常必要。且单片机的控制容易实现，控制过程也比较简单，更
12、能够满足输液滴速的高要求控制。目前市场上常见的点滴速度控制产品主要是输液泵，此种设备控制精度高，功能也比较强大，但价格不菲，适用于输液要求较高的场合，而且使用前后都要进行清洗，不太方便。针对以上情况我们对系统进行改进设计了一种方便实用、低成本的滴速速测控系统。在输液点滴速度控制系统中，广泛应用与8051系列兼容的单片机，滴速检测和液面检测可用光电传感器或者电容式传感器，显示部分可选择液晶显示和数码管显示。键盘可采用8279 扩展键盘或者直接利用I/O 扩展而成。通讯协议采用串行通信方式RS232。滴速控制采用步进电机提高输液瓶高度来控制滴速的快慢，步进电动机控制采用模糊控制或者PI控制或者两者
13、结合控制，报警电路同时采用蜂鸣器和发光二极管。一、要求本课题是以单片机为核心，设计一个液体点滴速度监测与控制装置，能检测点滴速度，控制点滴速度，并能发出报警信号。系统采用主站控制从站的有线监控系统方式实现医疗输液过程的群控。设计的主要内容是完成群控系统控制装置的软、硬件设计及调试。二、内容 1）、总体方案的确定；2）、单片机的选择；3）、各模块电路的设计；4）、软件设计；5）、各模块调试；6）、撰写设计说明书。1.6.2 课题的发展现状与前景展望随着电子技术的发展，我们在生活中的各方面大部分都采用了人工智能代替人，特别在一些工业应用场合。应用技术的飞速发展，使得单片机应用系统已经逐渐成熟，应用
14、也越来越广泛，目前，单片机已经成为IP库中的重要成员。我个人认为，单片机输液点滴速度控制的发展在今和未来将成为医疗设施发展的趋势，毕竟，单片机凭着优越的性价比，与以往的点滴滴速控制系统相比，其单片机价格便宜，操作易于实现，而且对滴速的控制要求精度也较高。再者，单片机操作多机控制系统，还可减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。在人为控制下有时候如不小心将会为安全设施带来很大的麻烦，而且人工控制滴速精度也很难掌握，而使用单片机设计只要在设计时考虑周到，运行起来就不会带来这种问题了，因此，单片机滴速控制系统将在医疗中得到广泛应用。医疗事业的发展是顺应科学技术而发展的，医疗的安全问题更离不开科学，把高科技应用到医疗事业中来是对医疗事业的一大促进与补充。随着现代信息和电子技术应用领域的不断拓宽，越来越多的应用领域提出了各种特殊要求。例如，航空航天领域要求的小体积大系统，信息应用领域提出的个性化等要求，都使得一般固件技术难以胜任。特别是在民用领域，重视个性化的产品设计概念使应用电子产品的更新速度极快，而且小批量多
