智能输水器控制系统软件设计报告.doc

智能输水器监控系统软件设计报告 （南通职业大学电子系） 一、智能输水器监控系统的设计要求 智能输水器监控系统要求设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，示意图如图1所示。 （1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。 （2）通过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围为设定值10%1滴。 （3）调整时间≤3分钟（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。 （4）当h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。 除实现上述基本功能外本产品要求设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。 （1）主站功能： a．具有定点和巡回检测两种方式。 b．可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。 c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的点滴速度。 d．收到从站发来的报警信号后，声光报警并显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。 （2）从站功能： a．能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。 b．接收主站设定的点滴速度信息并显示。 c．对异常情况进行报警。 （3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。 二、系统的总体设计方案 系统总体设计框图如下图2所示，该系统中包括单片机最小系统、检测模块、键盘及显示模块、存储模块。 （1）单片机最小系统的确定： 因89C52有较多的输出口线、8K的存储程序空间以及256字节的RAM空间、三个定时器，完全能满足本系统的要求。所以本系统采用89C52作为核心系统。 （2）检测模块 水滴检测模块：由于大赛时间短，很难在市场上找到合适的传感器，所以我们决定自己动手组装传感器，经过反复实验比较，得出对于滴速在20～150滴/分之间时，三条红外发射二极管可检测到点滴。用三枚红外发射二极管和一枚红外接收管组成的传感器如图3所示。 将组装的传感器套在输液器的漏斗上。实际测量有水滴通过和没有水滴时的电压差为0.4-0.6伏左右，经电容耦合二极管钳位比较电路处理后送单片机，可被单片机分辨。所组装的传感器优点是：结构简单，易于购买和操作。 液位检测模块：储液瓶里的水位是无色透明的，这给液位检测带来了很大的困难。开始考虑由红外发射管发射，红外接收管接收或者利用湿度传感器伸入瓶中都不符合要求。最后采用了折射返回原理，折射反回型的传感器的探测距离为4～5cm之间恰能满足要求。 键盘及显示模块：由于主站处理的信息量都很大，所使用的按键较多，并行接口芯片也较多，因此采用并行显示接口8279，单片8279可驱动8只数码管显示，外接键盘，缺点是需段选和位选驱动才能工作。从站控制线较多，为了节省硬件布线，简化硬件设计，提高可靠性，所以从站使用7219芯片。 存储模块：采用并行存储器。其优点是存储速度快；缺点是与单片机的接线较多，价格稍高。采用串行存储器其优点是与单片机接线少，价格低。缺点是速度低。由于本系统对存储速度的要求不高，同时考虑到掉电保护功能，所以选用串行存储芯片24C02。利用时钟＋RAM＋带电池的芯片DS12887来另存数据。 控制模块：由于滴斗里水滴的速度不是线性的，控制方法的选择有一定的难度，经过理论分析和多种方法的实验验证，决定采用模糊控制技术。电机控制的两大基本要求就是快速性和稳定性。我们的所有努力都是围绕这两大要求去做的。 在稳定性方面，稳态偏差E(N)＝|G(N)－H(N)|,其中G(N)为给定输入；H(N)为实测值。 a.当偏差大于1/2的设定值时，控制速度为16。 b.当偏差在1/2至1/4设定值之间时，控制速度为8。 c.当偏差在1/4至1/8设定值之间时，控制速度为4。 d.当偏差在1/8至1/16设定值之间时，控制速度为2。 e.当偏差小于1/16设定值时，调整速度为0，即电机停止转动。 照顾到高水位设定值，当偏差大于20滴/分时，以控制速度为16处理，总的来说，偏差大时，快速到达预定区域，到达后，进行微调，最后定位。电机采用PWM恒流控制，具有振动小，噪音低，扭矩大。驱动电流及细分数分档可调，自动半流锁定功能，输入信号全部采用光耦隔离。以此来达到快速性和稳定性的要求。实验结果是控制用时少于一分钟即能达到控制指标所规定的要求。这种控制方法在东南大学的实际演示过程中收到了众多专家的一致称好，为我们能够拿到大赛的一等奖奠定了基础。 三、智能输水器监控系统的实现 水滴采样：水滴采