基于单片机的液体点滴速度监控装置设计

摘要：本设计为一个自动控制系统，它集合电子、机械、自动化等方面的知识为一体。在完成设计要求的同时，我们对电路设计进行了技术改进和创新。为提高系统的性能与智能，我们使用了单片机89C52作为控制核心器件，并采用比例控制器，使得电动机控制较为精确。在输出点滴速度与从站号的显示上，打破了传统的设计模式，大胆地采用了液晶显示模块。在利用它完成站号显示和点滴速度显示的要求同时，增加了计时、报警和友好界面显示。

关键词：单片机 液体点滴 速度监控

一、方案论证与比较

本设计一个自动控制系统，它集合电子、机械、自动化等方面的知识为一体。经分析，控制系统由以下几部分组成：执行机构、控制方式、传感器、控制对象。

（一）控制方式

方案一：根据管径与液体流速的关系，采用改变管径粗细的方法来控制液体流速从而控制液滴速度，即通过执行机构控制输液软管夹头的松紧来控制点滴速度。从理论上讲，这种控制方式下的系统结构相对简单。

方案二：根据液位高度与液体流速的关系，采用改变液体液位高度的方法来控制液滴速度，即改变漏斗高度h2来控制点滴速度。受控对象的放大倍数较小，控制灵敏度适中，系统稳定性比较好，可以达到题目要求。

（二）储液瓶液位和液滴速度检测传感器选择

方案一：采用微波传感器。该传感器利用微波多普勒技术，在有效空间内建立电场，当移动物体进入电场后，微波传感器能够检测出该移动物体，输出检测信号。可以实现非接触测量，检测速度快，灵敏度高，可以进行动态检测与实时处理，便于自动控制。

方案二：采用光电传感器。该传感器从原理上讲是利用光电效应把一切影响光学量的非电量转换成电信号。光电传感器响应快，易于实现非接触测量，性能可靠，故选此方案。

采用神视光电传感器CX-24检测液滴，该传感器是近距离扩散反射型红外光电传感器，反应时间1ms以下，可以有效检测液滴。

（三）执行机构

方案一：采用直流电动机。直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，并且直流电动机的主磁通与电枢电流相互独立，可以分别对它们进行控制，容易得到满意的动、静态性能。但其不能定位，就是采用变速齿轮箱锁定，定位也不会精确，而且转子发热多，电机效率低。

方案二：采用步进电动机。步进电动机可以用数字信号直接进行开环控制，易于起动、停止、正反转及变速，响应性也好。

（四）显示界面模块

这是决定系统使用是否方便的关键。

方案一：采用LED显示。显然这只能显示非常有限的符号和数码字。对于本设计功能是不相适应的。

方案二：采用点阵式LCD显示。这是最为复杂的实现，需要完成大量的显示工作，但其功能也是最强大的。采用点阵式LCD，配合Flash ROM中的汉字库，可以实现汉字显示，并将点滴速度显示明确，使用户自定义非常方便。

权衡之后，我们决定选用方案二，它实现了用户设定的实时显示和全中文界面，使界面非常之亲切，增强了人机交互性。

（五）系统方案框图

主站、从站控制系统均采用单片机89C52为核心，系统框图如图1。由于单片机、电动机、滴液传感器形成了闭环系统，反馈环节不断的进行补偿，系统可以达到很高的精度。考虑到从站功能全部一致，只画出一路。

二、硬件部分

（一）脉冲整形与滤波电路

系统的精度与传感器采集的脉冲信号的波形有很大关系。图2，这里采用电阻和电容组成的无源一阶低通滤波器滤除高次谐波，用单稳态触发反相器4148进行脉冲整形。

（二）显示模块

本设计中采用OCML（奥可拉中文集成模块）128×64液晶点阵模块，这样不但能显示数字信息，而且能显示中文信息，界面友好，增强了人机对话的功能，模块脚17、脚18接辉度调节电位器（20K左右），以便调节辉度，以保证人的最佳视觉效果。

（三）RS-485接口电路

RS-485最小型由两条信号电路线组成。每条连接电路有接大地参考点，这电缆能支持32个发送/接收器对。为了避免地面路电流，每个设备都要接地。这电缆包括连至每个设备电缆地的第三信号参考线。

三、软件部分

（一）串行通信波特率选择与设定

为了灵活地设置通讯波特率，我们选择定时器方式3，设定9600波特率，串行工作方式3为11位为一帧的串行通信方式，即一个起始位、9个数据位、1个停止位。

（二）步进电机步数的确定

步进电机速率控制的方法就是改变每个脉冲的时间间隔，也就是改变程序中的延时时间。步进电机转动10圈需要2秒钟，则每步进一步所需要时间为

所以，只要频率在2KHz，即可达到上述目的。

系统测试

（一）调试方法和过程

采用先分别调试个单元模块，调试通过后再进行整机调试的方法，很好的提高了调试效率。

（二）测试仪器

仿真器EasyPack 8052F/EII MAS-345型数字万用表

3040A型数字存储示波器（40MHz） DF1731SL3A直流稳压电源

XD1B型低频信号发生器 TOP852

（三）测试数据

参考文献

[1]吴金戌，沈庆阳等.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社，2002.

[2]刘畅生，于建国等.传感器简明手册及应用电路—温度传感器分册（上册）[M].西安电子科技大学出版社，2006.

[3]刘畅生，于建国等.传感器简明手册及应用电路—温度传感器分册（下册）[M].西安电子科技大学出版社，2006.

作者简介

贾倩，出生于1981年09月，女，讲师，研究方向：计算机应用技术。

（作者单位：1青岛科技大学；2青岛黄海学院）