计算机控制技术部课程设计-储水罐液位控制系统设计 - 图文

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隔爆型：Ex d ⅡBT4 外壳防爆等级：IP65

连接形式：URS-100型-法兰安装：DN50 PN1.0凸面 法兰标准：HG20598-97 支架安装，卫生快装卡箍：DN50 URS-100S型-螺纹安装：G3/4〞

4.2水泵选型

根据设计要求控制系统调节时间ts≤2分钟，水泵的选型要考虑调节时间的限制。 由于储水槽到达液位高度时水槽中水的容量为1000L. 查阅相关资料选择WKA1300型水泵，参数如下：

表4-1

电压 电流 流量 最大抽处于最大抽水高度时泵水高度 3m 3m 的抽水速率（L/min） >500 >500 12V <400mA 1.3L/min

24V <240mA 1.3L/min

图4-1水泵实物图

5控制器与硬件电路的设计

5.1控制器总体方案设计

本液位控制系统采用以MCS51单片机为主控芯片的控制器，外扩A/D传感器采集液位传感器数据，通过数码管显示电路显示液位高度，采用一定的控制算法与标准液位高度进行比较，利用PWM波对水泵电机进行转速控制从而调节液位高度。

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控制器结构结构图如图5-1所示：

振荡电路 复位电路 P0 单 片 机 数码管显示电路 P2.0 -P2.2 液位传感器 A/D传感器 P1 电机驱动电路 图5-1 注：1单片机的P0口控制数码管显示液位高度； 2单片机得P1口用于采集A/D信号；

3单片机的P2.0-P2.2口用于控制电机驱动电路；

5.2硬件电路的设计

5.2.1振荡电路

单片机时钟信号有两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。引脚XTAL1 和XTAL2引脚上外接晶振构成了内部振荡方式单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，本控制器采用12MHZ的晶振其电路图如图5-2：

图5-2

5.2.2复位电路

单片机复位电路有上电复位和开关复位两种方式，本控制器采用开关复位，其电路图如图5-3所示：

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图5-3

如图按下复位开关K后由于电容C1的充电和反相门的作用，使REST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使REST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

5.2.3数码管显示电路

数码管显示电路用来显示液位高度，本控制器的设计方法是用两片74HC573锁存芯片接单片机的P0口控制数码管的位选和断选，这样做可以节省单片机的I/O口，其电路图如图5-4所示：

图5-4

5.2.4A/D转换电路

A/D转换电路主要是用来采集传感器的信号，将传感器采集的液位高度模拟信号转换为数字信号传送给单片机做相关处理。本控制器采用ADC0804芯片，其连接电路如图5-5：

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图5-5

根据ADC0804的数据手册连接电路，引脚VIN+,VIN-作为模拟信号的输入端，DB0-DB7将转换后的数字信号输入单片机的P1口对数据做相关处理。

5.2.5电机驱动电路

本课程设计所选水泵为WKA1300型微型水泵，此水泵为直流控制，相当于一个直流电机；用单片机控制直流电路通常是通过I/O口输出PWM波来控制直流电机的转速，正转，反转。目前流行的直流电机驱动电路是H型全桥式电路，这种驱动电路可以 很方便实现直流电机的四象限运行，分 别对应正转、正转制动、反转、反转制动。 它的基本原理图如图5-6所示。

全桥式驱动电路的4只开关管都工 作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、 S4关断，电机两端加正向电压，可以实 现电机的正转或反转制动；当S3、S4导 通时，S1、S2关断，电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。

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