液位显示仪的设计与应用-开题报告-文献综述-参考文献

随着我国的经济与国民生活水平的发展和提高，各行各业对自动化的需求也日益增加，使得基于单片机的智能仪在生活中的应用变得越发迅速而广泛。水是人们生活中不可或缺的资源，而水资源的使用又离不开水箱，水箱的使用又涉及到水位的控制，传统的通过人力来控制水位的方法已经不再适应社会发展的需要，大部分原因是水箱内部水位没有及时的反馈信息到操作员，从而使控制上有一定的延迟，造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况，可以很好的节约资源、有效的降低成本、快速地提高控制效率及控制精度，因此基于单片机的液位控制系统就得到了广泛应用。

（一）国内外研究现状：

基于单片机的智能仪的诞生使得众多自动化控制系统得以实现，以AT89S52为例，它功能强大，设计简单，制造廉价，支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中，因此，基于AT89S52单片机的水箱水位控制系统的研究有着重要的意义。对水位进行调节，达到控制精度，实现水位的自动控制就必须涉及到对液位的测量，目前存在多种液位测量方式，大致分为接触式与非接触式两种，随着科技的发展，光纤测量法也得到了相关的应用。

接触式测量：法接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。接触式测量方法通常采用将水箱设置成电容器的形式，当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同，由此便可以将液位转变成可以测量的电压、相移、频率、脉宽等物理量，它的优点是：通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本低；缺点是：电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。

非接触式测量法：非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。非接触式测量法液位传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染性强，易结晶的介质。

光纤测量法：光纤液位检测是近年来出现的一种新技术。根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。光纤液位测量有以下优点：精度高、灵敏度好、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、检测现场无电、光路有抗扰性以及便于与计算机连接，便于与光纤传输系统组成网络等。

我国仍然处于生产型发展中国家，所有几乎在能源相关的所有领域中，水箱是比不可少的部件，即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展，我国控制系统技术已经达到国际水平，但是在中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟，以及单片机生产成本的下降，基于单片机的智能仪表水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员，将控制系统成为水箱设计的一部分，以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。

（二）国内外研究进展：

基于水箱水位控制器的重要性，因此社会各方面都在大力发展。由于水位变化的非线性，因此传统的手动和机械式控制器将会慢慢被淘汰，各种全自动式控制器将会得到大力发展。

基于智能仪表的水箱水位控制器已得到一定的发展，但就其理论深度，我认为它还有相当大的发展空间。它的主要技术就是包含C51单片机的PID算法。

    基于智能仪表实现的液位控制器是以单片机为核心,由键盘、数码显示、A/D转换、传感器,电源和控制部分等组成。工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时,引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化,气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后,即把变化量转化成电压信号;该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号,送入A/D转换器,A/D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,根据设定要求控制输出,同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度,可任意控制水位高度。

但PID算法也有一定的缺陷，在PID增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理的积分储存单元，如果给定值发生突变时，由算法的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大，如果该值超过了执行元件所允许的最大限度，那么实际上执行的控制增量将时受到限制时的值，多余的部分将丢失，将使系统的动态过程变长，因此，需要采取一定的措施改善这种情况。

（2）基于智能仪表水箱基于单片机的水位控制系统 

水箱水位自动控制系统由智能仪表（核心控制部件）、高低位水箱的水位检测电路（高低水位信号传送给仪表）、 水泵电动机控制电路（仪表控制启停及主备切换）、 设备监控台（BAS监控中心）四部分组成。随着微处理器技术及计算机技术的发展" 生产上正在越来越多地采用以微处理器为核心的各种数字化智能仪表和装置。 在此基础上发展起来的PLC （可编程控制器）综合了计算机技术、 自动控制技术和通信技术，具有控制、 自诊断、报警、监控等功能。

（3）水箱水位模糊控制系统

在现代工业生产及日常生活中, 有很多方面都会涉及到水位控制这个问题。而在绝大多数情况下,我们是很难或是不可能得到被控对象的精确数学模型的, 而模糊逻辑控制则作为一种新颖的智能控制方式越来越受到人们的重视。

根据输出信号的误差大小分别利用两个模糊控制器进行控制, 控制结果传递给调节器, 以实现水箱水位不变。从仿真结果来看, 双模糊控制器有效地减小了系统稳态误差, 响应时间、超调量、稳定时间等性能优于传统的PID 控制。

（4）云模型控制理论

云模型控制理论是智能控制学科的新兴领域，但是该理论从提出至今，以理论研究和仿真实验为主。采用上位机作为控制平台，组态王采集数据和数据显示，Matlab 处理数据，数据传输采用DDE 方式。集工控组态技术、DDE 通信技术和智能控制技术于一体。应用设计的云模型控制器成功地对水箱进行了实时的水位定位控制。实际结果表明，一维云模型控制器可以保证水箱基于单片机的水位控制系统 有良好的控制性能。

二、^范文提纲

1绪论

1.1课题背景与研究意义

1.2国内外研究现状及发展

1.3本课题主要研究内容

2系统设计方案

2.1系统设计方案比较

2.2系统设计总框图

2.3硬件设计方案

2.3.1工作原理

2.3.2主控模块设计方案

2.3.3键盘显示模块设计方案

2.3.4 A/D转换模块设计方案

2.3.5 电机控制模块设计方案

3硬件电路设计

3. 1 单片机硬件设计

3. 2按键设计

3. 3显示单元硬件设计

3. 4存储单元硬件设计

3. 5时间单元硬件设计

3. 6 A/D转换单元硬件设计

3. 7通信单元硬件设计

3. 8其他外围电路的设计

4 软件程序设计

4.1系统主程序流程图

4.2显示与A/D转换的数据处理

4.3系统主程序

三、参考文献

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