摘要：本設(shè)計為一個自動控制系統(tǒng)，它集合電子、機械、自動化等方面的知識為一體。在完成設(shè)計要求的同時，我們對電路設(shè)計進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。為提高系統(tǒng)的性能與智能，我們使用了單片機89C52作為控制核心器件，并采用比例控制器，使得電動機控制較為精確。在輸出點滴速度與從站號的顯示上，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計模式，大膽地采用了液晶顯示模塊。在利用它完成站號顯示和點滴速度顯示的要求同時，增加了計時、報警和友好界面顯示。

關(guān)鍵詞：單片機 液體點滴 速度監(jiān)控

一、方案論證與比較

本設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)，它集合電子、機械、自動化等方面的知識為一體。經(jīng)分析，控制系統(tǒng)由以下幾部分組成：執(zhí)行機構(gòu)、控制方式、傳感器、控制對象。

（一）控制方式

方案一：根據(jù)管徑與液體流速的關(guān)系，采用改變管徑粗細(xì)的方法來控制液體流速從而控制液滴速度，即通過執(zhí)行機構(gòu)控制輸液軟管夾頭的松緊來控制點滴速度。從理論上講，這種控制方式下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單。

方案二：根據(jù)液位高度與液體流速的關(guān)系，采用改變液體液位高度的方法來控制液滴速度，即改變漏斗高度h2來控制點滴速度。受控對象的放大倍數(shù)較小，控制靈敏度適中，系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好，可以達(dá)到題目要求。

（二）儲液瓶液位和液滴速度檢測傳感器選擇

方案一：采用微波傳感器。該傳感器利用微波多普勒技術(shù)，在有效空間內(nèi)建立電場，當(dāng)移動物體進(jìn)入電場后，微波傳感器能夠檢測出該移動物體，輸出檢測信號?？梢詫崿F(xiàn)非接觸測量，檢測速度快，靈敏度高，可以進(jìn)行動態(tài)檢測與實時處理，便于自動控制。

方案二：采用光電傳感器。該傳感器從原理上講是利用光電效應(yīng)把一切影響光學(xué)量的非電量轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器響應(yīng)快，易于實現(xiàn)非接觸測量，性能可靠，故選此方案。

采用神視光電傳感器CX-24檢測液滴，該傳感器是近距離擴散反射型紅外光電傳感器，反應(yīng)時間1ms以下，可以有效檢測液滴。

（三）執(zhí)行機構(gòu)

方案一：采用直流電動機。直流電動機具有良好的起、制動性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，并且直流電動機的主磁通與電樞電流相互獨立，可以分別對它們進(jìn)行控制，容易得到滿意的動、靜態(tài)性能。但其不能定位，就是采用變速齒輪箱鎖定，定位也不會精確，而且轉(zhuǎn)子發(fā)熱多，電機效率低。

方案二：采用步進(jìn)電動機。步進(jìn)電動機可以用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好。

（四）顯示界面模塊

這是決定系統(tǒng)使用是否方便的關(guān)鍵。

方案一：采用LED顯示。顯然這只能顯示非常有限的符號和數(shù)碼字。對于本設(shè)計功能是不相適應(yīng)的。

方案二：采用點陣式LCD顯示。這是最為復(fù)雜的實現(xiàn)，需要完成大量的顯示工作，但其功能也是最強大的。采用點陣式LCD，配合Flash ROM中的漢字庫，可以實現(xiàn)漢字顯示，并將點滴速度顯示明確，使用戶自定義非常方便。

權(quán)衡之后，我們決定選用方案二，它實現(xiàn)了用戶設(shè)定的實時顯示和全中文界面，使界面非常之親切，增強了人機交互性。

（五）系統(tǒng)方案框圖

主站、從站控制系統(tǒng)均采用單片機89C52為核心，系統(tǒng)框圖如圖1。由于單片機、電動機、滴液傳感器形成了閉環(huán)系統(tǒng)，反饋環(huán)節(jié)不斷的進(jìn)行補償，系統(tǒng)可以達(dá)到很高的精度?？紤]到從站功能全部一致，只畫出一路。

二、硬件部分

（一）脈沖整形與濾波電路

系統(tǒng)的精度與傳感器采集的脈沖信號的波形有很大關(guān)系。圖2，這里采用電阻和電容組成的無源一階低通濾波器濾除高次諧波，用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)反相器4148進(jìn)行脈沖整形。

（二）顯示模塊

本設(shè)計中采用OCML（奧可拉中文集成模塊）128×64液晶點陣模塊，這樣不但能顯示數(shù)字信息，而且能顯示中文信息，界面友好，增強了人機對話的功能，模塊腳17、腳18接輝度調(diào)節(jié)電位器（20K左右），以便調(diào)節(jié)輝度，以保證人的最佳視覺效果。

（三）RS-485接口電路

RS-485最小型由兩條信號電路線組成。每條連接電路有接大地參考點，這電纜能支持32個發(fā)送/接收器對。為了避免地面路電流，每個設(shè)備都要接地。這電纜包括連至每個設(shè)備電纜地的第三信號參考線。

三、軟件部分

（一）串行通信波特率選擇與設(shè)定

為了靈活地設(shè)置通訊波特率，我們選擇定時器方式3，設(shè)定9600波特率，串行工作方式3為11位為一幀的串行通信方式，即一個起始位、9個數(shù)據(jù)位、1個停止位。

（二）步進(jìn)電機步數(shù)的確定

步進(jìn)電機速率控制的方法就是改變每個脈沖的時間間隔，也就是改變程序中的延時時間。步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動10圈需要2秒鐘，則每步進(jìn)一步所需要時間為

所以，只要頻率在2KHz，即可達(dá)到上述目的。

系統(tǒng)測試

（一）調(diào)試方法和過程

采用先分別調(diào)試個單元模塊，調(diào)試通過后再進(jìn)行整機調(diào)試的方法，很好的提高了調(diào)試效率。

（二）測試儀器

仿真器EasyPack 8052F/EII MAS-345型數(shù)字萬用表

3040A型數(shù)字存儲示波器（40MHz） DF1731SL3A直流穩(wěn)壓電源

XD1B型低頻信號發(fā)生器 TOP852

（三）測試數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)

[1]吳金戌，沈慶陽等.8051單片機實踐與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路—溫度傳感器分冊（上冊）[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[3]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路—溫度傳感器分冊（下冊）[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

作者簡介

賈倩，出生于1981年09月，女，講師，研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)。

（作者單位：1青島科技大學(xué)；2青島黃海學(xué)院）