基于51单片机液体混合控制系统的设计
基于51单片机液体混合控制系统的设计[20200406110728]
摘 要
随着现代科学技术的的快速发展，单片机的应用在我们生活中越来越广泛。采用单片机、继电器等构成的控制系统具有准确性、快速性等优点，对加大生产和管理自动水平有很大的提升效用。
本文用keil软件编程，以STC89C52单片机为核心设计了一套液体的混合控制装置，用步进电机的精确步进角特点来控制流入液体种类，用电磁阀开启时间与固定口径来控制液体流入的体积，用按键的状态模拟了液位过高和过低的信号指示，同时用LCD1602液晶显示屏作为人机交互界面，使结果更加清楚直观。本设计达到了一般的液体混合装置的要求，而且精度要求高，操作简洁明了。
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关键字:单片机步进电机液体混合
目录
1.绪论 1
1.1 本课题研究背景 1
1.2 研究的目的和意义 2
1.3 本课题研究内容 2
2．设计要求方案论证 3
2.1 设计要求 3
2.2 设计方案 3
2.3 器件介绍 4
3.硬件电路设计 10
3.1 数据处理模块 10
3.2 按键控制电路 13
3.3 LCD1602显示电路 13
3.4 步进电机的驱动电路 14
4.软件设计 16
4.1 软件设计的方法 16
4.2 主循环程序设计图 17
4.3 定时器0的中断服务子程序 18
4.4 定时器1的中断服务子程序 20
4.5 外部中断0和外部中断1的中断服务子程序 21
4.6 1602LCD液晶显示子程序 22
4.7 矩阵键盘程序 23
5．测试结果及误差分析 25
5.1 测试结果 25
5.2 误差分析 25
结 语 26
参考文献 27
致 谢 28
1.绪论
1.1本课题研究背景
自动化液体混合系统大体可分为三种：第一种是使用PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器，传感器信号通过援助模块，之后再进入到PLC主机里，他们之中，使用DUDQ模块来处理那些其他的信号；在人机交互方面，使用的一般选择LED数码显示和触屏等。这种方法优点是具有较高的可靠性，易于处理算法丰富的开关，而缺点主要在于是数据储存和处理的能力相比以下的二种方法低，他们的共同点是都使用PLC编写。第二是使用一台或多台称重控制器和称重传感器组成配料系统。利用特殊的称重控制器的研制。这种方法控制程序，成本低廉，设备好和操作方便。缺点是兼容性、能力不足。另外这种方法更合适用于单一设备，系统复杂的话就捉襟见肘了。第三种是利用工业计算机配合A / D数据采集卡，然后由DI / DO卡等一起处理相关信号;通过使用显示器，薄膜面板以及LED显示屏等来做人机交互界面。VB或VC是这种方法的控制程序语言。他得特点是具有种类繁多的称重算法、数据库强大、交互性不错等等。缺点在于控制软件方面，在这方面提供给各个生产商的专门开发的兼容性不太好，计算机的稳定性和可靠性都不太令人满意。
在自动化程序控制中我们应该做到生产最佳化和安排生产计划的自由度并重，当然里面也包含在以后工厂以及流程的扩展性与现有设备的重新整合。因此，电脑设备的选择，对未来的生产程序发展非常重要，我们以后必须要把经由中央电脑来施行自动化这块考虑进去，或者也可以由多部微机与一大型PC连线施行自动化。现在人们认为，不管是在新的有设备的工厂，还是在程序已经运行的后溪加装工厂，如果使用一台电脑来控制所有的程序同时运行，这些都是非常危险的，下面会说到几点可能出现的问题：安装周期。工厂较易因一点小问题而停止运行。 工厂在扩大时也会出现这样的情况。容错率低下。这就是1台中央PC控制全局的缺点。选择中央PC与几个微机来控制一些系统，其好处是是制造的人完全可以选择他自己想要的中央系统设备。一直以来我都觉得，以1台中央PC与几部微机来做程序控制，还是目前和近将来最可靠的方法。而这种控制系统在应用在液体混合控制方面来说他具有的提高生产率，成本控制。以及多种液体混合时的比率准确率提高上都是有明显优势的。其中，51单片机优势明显，所以在本实验已51单片机为核心。
1.2研究的目的和意义
本课题目的：使用单片机来实现他在液体搅拌中的控制功能，是本文的难点。如果要更具体使用单片机，是难点中的难点。这类研究，在现实生活中较少。所以要通过其具体情况，来正确选用合适的参数进行操作很难，也就不能达到提高质量和效率、控制成本的要求，本文的初衷也是在想在这方面进行一次摸索。
意义：在一个控制系统中，我们选择并使用了具有准确性和快速性等优点的单片机。对加大生产和管理自动水平有很大的提升效用，在此同时对生产流水线的效率、使用期以及质量波动上都有帮助，因此我认为在市场上是会被认可的。关于单片机在现实中的应用其实很多，纺织、轻工、化工、铁路、冶金、机械、等都会涉及到一些，特别在一些光照、机电、食品加工、印刷机、电梯、液体混合系统、生产线等方面具有显著的功效。本文将使用单片机，继电器等控制系统作用于两种液体混合灌装的控制探讨，不管对于学习还是在我们现实中的运用，都是一次非常好的研讨。
1.3本课题研究内容
本课题主要研究内容如下
第一章绪论：介绍本课题的来源背景，并且结合国内外的现状与趋势分析液体混合控制系统的社会生产实际中的重要作用。
第二章硬件软件介绍：详细介绍了本课题中需要用到的硬件和软件的详细参数和作用等。
第三章硬件设计：1介绍整个液体混合控制系统的系统框图。
2 显示模块的显示电路、显示方法和芯片的主要的控制字。
3 与上位机进行通行的通信协议以及和通信相关的硬件电路。
第四章软件设计：和硬件模块相类似，介绍了整个系统的程序流程和各个模块的流程图和程序的设计思路。
第五章测试结果及误差分析：确定测量结果，对测量的数据进行分析。
2．设计要求方案论证
2.1 设计要求
本次设计的核心是51单片机，完成如下功能：
1.液体搅拌：步进电机控制的液体搅拌。
2.液晶显示：选择合适的液晶型号显示液体流动时间。
3.按键控制：按键主要由启动键和复位键和选择按键三个按键组成。启动键用来启动和控制液体体积比，选择键用来选择控制口。
图2.1 基本功能框架图
上面是一套建议的液体混合控制系统实现液体混合控制系统的基本功能，和市场上各种混合系统相比，更具有精度高，操作简单明了等优点。
2.2设计方案
由于现在的搅拌机越来越多样化，在功能多样化的同时，也给用户带来高难度的操作需求，对此我们可以根据需求设计出操作简洁明了的操作方式。
本设计以51单片机为核心，结合C语言编写程序来设计液体混合控制系统。整个系统由两个部分组成，硬件部分主要由51单片机，LED显示，继电器，电磁阀，和搅拌棒等组成。软件部分由数据处理模块和显示模块等组成。
整个系统一51单片机为核心，通过继电器控制电磁阀来控制液体流动，步进电机带动搅拌棒搅拌，使用keil软件编写的程序控制整个系统的运行。通过1602LED显示通电时间。
图2.2 总方案设计框图
2.3 器件介绍
2.3.1 STC89C52单片机
1.可以选择6时钟一个机器周期或者12时钟一个周期的8051单片机，代码和指令与传统单片机完全兼容。
2.5V的单片机的工作电压在3.3V到5.5V之间，而3V单片机的工作电压在2.0V到3.8V之间
3. 用户应用程序空间为8K字节
4. 片上集成512字节RAM
5.一共有32个输入输出口，在复位后，P0口试漏极开路输出，P0到P3口都是双向拉口，其中P0口在当作输入输出口使用时，不需要加上上拉电阻，而被作为拓展是使用的总线时，需要加上上拉电阻。
摘 要
随着现代科学技术的的快速发展，单片机的应用在我们生活中越来越广泛。采用单片机、继电器等构成的控制系统具有准确性、快速性等优点，对加大生产和管理自动水平有很大的提升效用。
本文用keil软件编程，以STC89C52单片机为核心设计了一套液体的混合控制装置，用步进电机的精确步进角特点来控制流入液体种类，用电磁阀开启时间与固定口径来控制液体流入的体积，用按键的状态模拟了液位过高和过低的信号指示，同时用LCD1602液晶显示屏作为人机交互界面，使结果更加清楚直观。本设计达到了一般的液体混合装置的要求，而且精度要求高，操作简洁明了。
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关键字:单片机步进电机液体混合
目录
1.绪论 1
1.1 本课题研究背景 1
1.2 研究的目的和意义 2
1.3 本课题研究内容 2
2．设计要求方案论证 3
2.1 设计要求 3
2.2 设计方案 3
2.3 器件介绍 4
3.硬件电路设计 10
3.1 数据处理模块 10
3.2 按键控制电路 13
3.3 LCD1602显示电路 13
3.4 步进电机的驱动电路 14
4.软件设计 16
4.1 软件设计的方法 16
4.2 主循环程序设计图 17
4.3 定时器0的中断服务子程序 18
4.4 定时器1的中断服务子程序 20
4.5 外部中断0和外部中断1的中断服务子程序 21
4.6 1602LCD液晶显示子程序 22
4.7 矩阵键盘程序 23
5．测试结果及误差分析 25
5.1 测试结果 25
5.2 误差分析 25
结 语 26
参考文献 27
致 谢 28
1.绪论
1.1本课题研究背景
自动化液体混合系统大体可分为三种：第一种是使用PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器，传感器信号通过援助模块，之后再进入到PLC主机里，他们之中，使用DUDQ模块来处理那些其他的信号；在人机交互方面，使用的一般选择LED数码显示和触屏等。这种方法优点是具有较高的可靠性，易于处理算法丰富的开关，而缺点主要在于是数据储存和处理的能力相比以下的二种方法低，他们的共同点是都使用PLC编写。第二是使用一台或多台称重控制器和称重传感器组成配料系统。利用特殊的称重控制器的研制。这种方法控制程序，成本低廉，设备好和操作方便。缺点是兼容性、能力不足。另外这种方法更合适用于单一设备，系统复杂的话就捉襟见肘了。第三种是利用工业计算机配合A / D数据采集卡，然后由DI / DO卡等一起处理相关信号;通过使用显示器，薄膜面板以及LED显示屏等来做人机交互界面。VB或VC是这种方法的控制程序语言。他得特点是具有种类繁多的称重算法、数据库强大、交互性不错等等。缺点在于控制软件方面，在这方面提供给各个生产商的专门开发的兼容性不太好，计算机的稳定性和可靠性都不太令人满意。
在自动化程序控制中我们应该做到生产最佳化和安排生产计划的自由度并重，当然里面也包含在以后工厂以及流程的扩展性与现有设备的重新整合。因此，电脑设备的选择，对未来的生产程序发展非常重要，我们以后必须要把经由中央电脑来施行自动化这块考虑进去，或者也可以由多部微机与一大型PC连线施行自动化。现在人们认为，不管是在新的有设备的工厂，还是在程序已经运行的后溪加装工厂，如果使用一台电脑来控制所有的程序同时运行，这些都是非常危险的，下面会说到几点可能出现的问题：安装周期。工厂较易因一点小问题而停止运行。 工厂在扩大时也会出现这样的情况。容错率低下。这就是1台中央PC控制全局的缺点。选择中央PC与几个微机来控制一些系统，其好处是是制造的人完全可以选择他自己想要的中央系统设备。一直以来我都觉得，以1台中央PC与几部微机来做程序控制，还是目前和近将来最可靠的方法。而这种控制系统在应用在液体混合控制方面来说他具有的提高生产率，成本控制。以及多种液体混合时的比率准确率提高上都是有明显优势的。其中，51单片机优势明显，所以在本实验已51单片机为核心。
1.2研究的目的和意义
本课题目的：使用单片机来实现他在液体搅拌中的控制功能，是本文的难点。如果要更具体使用单片机，是难点中的难点。这类研究，在现实生活中较少。所以要通过其具体情况，来正确选用合适的参数进行操作很难，也就不能达到提高质量和效率、控制成本的要求，本文的初衷也是在想在这方面进行一次摸索。
意义：在一个控制系统中，我们选择并使用了具有准确性和快速性等优点的单片机。对加大生产和管理自动水平有很大的提升效用，在此同时对生产流水线的效率、使用期以及质量波动上都有帮助，因此我认为在市场上是会被认可的。关于单片机在现实中的应用其实很多，纺织、轻工、化工、铁路、冶金、机械、等都会涉及到一些，特别在一些光照、机电、食品加工、印刷机、电梯、液体混合系统、生产线等方面具有显著的功效。本文将使用单片机，继电器等控制系统作用于两种液体混合灌装的控制探讨，不管对于学习还是在我们现实中的运用，都是一次非常好的研讨。
1.3本课题研究内容
本课题主要研究内容如下
第一章绪论：介绍本课题的来源背景，并且结合国内外的现状与趋势分析液体混合控制系统的社会生产实际中的重要作用。
第二章硬件软件介绍：详细介绍了本课题中需要用到的硬件和软件的详细参数和作用等。
第三章硬件设计：1介绍整个液体混合控制系统的系统框图。
2 显示模块的显示电路、显示方法和芯片的主要的控制字。
3 与上位机进行通行的通信协议以及和通信相关的硬件电路。
第四章软件设计：和硬件模块相类似，介绍了整个系统的程序流程和各个模块的流程图和程序的设计思路。
第五章测试结果及误差分析：确定测量结果，对测量的数据进行分析。
2．设计要求方案论证
2.1 设计要求
本次设计的核心是51单片机，完成如下功能：
1.液体搅拌：步进电机控制的液体搅拌。
2.液晶显示：选择合适的液晶型号显示液体流动时间。
3.按键控制：按键主要由启动键和复位键和选择按键三个按键组成。启动键用来启动和控制液体体积比，选择键用来选择控制口。
图2.1 基本功能框架图
上面是一套建议的液体混合控制系统实现液体混合控制系统的基本功能，和市场上各种混合系统相比，更具有精度高，操作简单明了等优点。
2.2设计方案
由于现在的搅拌机越来越多样化，在功能多样化的同时，也给用户带来高难度的操作需求，对此我们可以根据需求设计出操作简洁明了的操作方式。
本设计以51单片机为核心，结合C语言编写程序来设计液体混合控制系统。整个系统由两个部分组成，硬件部分主要由51单片机，LED显示，继电器，电磁阀，和搅拌棒等组成。软件部分由数据处理模块和显示模块等组成。
整个系统一51单片机为核心，通过继电器控制电磁阀来控制液体流动，步进电机带动搅拌棒搅拌，使用keil软件编写的程序控制整个系统的运行。通过1602LED显示通电时间。
图2.2 总方案设计框图
2.3 器件介绍
2.3.1 STC89C52单片机
1.可以选择6时钟一个机器周期或者12时钟一个周期的8051单片机，代码和指令与传统单片机完全兼容。
2.5V的单片机的工作电压在3.3V到5.5V之间，而3V单片机的工作电压在2.0V到3.8V之间
3. 用户应用程序空间为8K字节
4. 片上集成512字节RAM
5.一共有32个输入输出口，在复位后，P0口试漏极开路输出，P0到P3口都是双向拉口，其中P0口在当作输入输出口使用时，不需要加上上拉电阻，而被作为拓展是使用的总线时，需要加上上拉电阻。
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