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摘 要
本论文介绍了用AT89C51单片机如何实现对水流量的自动控制。并且较为详细地叙述了系统的工作过程和基本的工作原理，还对系统硬件的组成及其软件的设计方法作了具体的描述。
整个系统首先对水流量进行检测，然后通过闸阀，压力传感器，液位传感器，流量传感器等器件对水流量实现控制。在测量过程中，保持系统内稳压场的稳定，对水流量进行调节，使其达到标准的范围之内。
系统的设计过程，首先是稳压场的建立。稳压场的建立在本设计中是通过稳压罐外接一个标准气源来实现的然后是各个器件的选择。对于器件的选择上,本着使系统成本降低,而功能全面的原则,尽可能使系统完善。
本系统只用一片微处理机实现控制键盘，并可实现实时的检测、计算、显示、打印、报警、通信以及干扰自动复位等功能。该系统对于现实生活生产有着重要意义，前景广阔。
关键词： 稳压场 AT89C51 自动控制
Stable Pressure Control System of Water Flow
Abstract
The present paper introduced how realizes with the AT89C51 monolithic integrated circuit adds water the current capacity automatic control. And in detail narrated the system work process and the basic principle of work, but also has made the concrete description on the system hardware composition and its the software design method.
The overall system first adds water the current capacity to carry on the examination, then through the gate valve, the pressure transmitter, the fluid position sensor, component and so on flow sensor adds water the current capacity realization control. In survey process, in maintenance system steady stability, adds water the current capacity to carry on the adjustment, enables it to achieve the standard in the scope.
The system design process first is the steady establishment. The steady establishment is meets a standard in this design after the surge tank outside to be mad the source realizes is each component choice. Regarding in the component choice, in line with causes system cost reduction, but the function comprehensive principle, causes the system to be perfect as far as possible.
This system only uses a piece of microprocessor realization control keyboard, and may realize the real-time examination, the computation, the demonstration, the printing, reports to the police, function and so on correspondence as well as disturbance automatic reset. This system has the vital significance regarding the real life production, the prospect is broad.
Key word: Steady Pressure field AT89C51 automatic control
目 录
第一章 引 言. 1
第二章 总体方案. 3
第三章 硬件设计. 6
3.1系统的外部扩展... 6
3.1.1 AT89C51介绍... 6
3.1.2 MCS-51扩展可编程并行I/O芯片8255A 12
3.1.3 AT89C51和8255A的接口电路 14
3.2 人机对话功能模块设计... 15
3.2.1键盘显示智能控制芯片介绍（HD7279A） 15
3.2.2 AT89C51与 HD7279A的接口电路 20
3.2.3 HD7279A与键盘、显示器的接口电路 20
3.2.4 打印机接口电路... 21
3.3 前向通道设计... 23
3.3.1 传感器概述... 23
3.3.2 模拟量输入通道... 24
3.4后向通道设计... 26
3.4.1 后向通道概述... 26
3.4.2 模拟量输出通道... 26
3.4.3 数字量输出通道... 28
3.5 报警电路的设计... 29
3.6 复位看门狗电路设计... 30
第四章 软件设计及编程. 32
4.1 系统流程图及程序... 32
4.2 PID控制算法... 42
结束语. 46
参考文献. 47
附录（硬件图）. 48
第一章 引 言
一、系统概述
随着仪表技术的快速发展，仪表的精度有了很大程度的提高。但是在实际的应用当中，由于各种因素的影响，仪表难免会产生误差。这就需要对仪表进行检测，在本设计所采用的就是最常用的一种方法：稳压法水流量仪表测试系统自动控制装置。同时这个所设计的系统对合理经济地利用水资源有着重要意义。
二、 系统设计及原则
本设计是用仪表测量技术，对水流量进行测控。采用高位水塔的压源技术，这样可以控制整个系统的水压量。而且综合自动化以计算机监控为主，常规控制为辅的指导思想进行总体的设计和系统的配置，使计算机在整个系统达到一个新的水平。且从安全性和经济性的角度实现系统各个部分的功能。全开放式系统，便于功能和硬件的扩充，分布式数据库及软件模块化，结构化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。及时性好，人机接口功能强，操作方便。
三、系统结构及配置说明：
主计算机——对整个系统的运行进行控制。即水塔内的压力控制，流量的调节，阀门的控制，换向器的控制，自动电压的控制，历史数据的保存，数据报表的打印等等。
高位水塔——高位水塔作为压源，可以保持压源头的稳定，且流量稳定性好。
输入/输出设备——键盘，鼠标，打印机，绘图仪，数码管，磁盘等等，是计算机与外部联系，交换信息的设备。
传感器——液位传感器，温度传感器等等。
技术人员——进行人机对话，设置各种实验参数。
四、系统的基本要求：
开放系统——开放环境使用的原因，是因为近年计算机系统更新换代速度很快，价格不变的情况下，计算机性能和速度成倍提高。硬件设备的质量也已各有所长。几年前还是非常先进的设备，现在就要被淘汰了。换言之，现在所选的机器过几年也要被淘汰。而淘汰将意味着，过去的设备元器件，设备将难以买到，对计算机上的巨大应用投资会丢失，在监控系统上多年积累的使用经验将会丢失。系统全部硬件/软件的状况不复存在。因此，IEEE（国际电子及电机工程协会）负责制订可移植操作系统接口（POSIX）标准的P1003工作组，把开放系统定义为：“按照开放的接口，服务和支持格式规范而实现的系统，使应用软件能以最少修改，实现在不同系统中的移植，并能同本地的或远程系统中的应用实现互操作，能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。”
可靠性和时效性——提高元器件的可靠性，提高印刷电路板的质量，对供电电源采用抗干扰措施，输入/输出通道采取抗干扰措施。
自诊断功能——当系统正常运行时，定时对各模块进行自诊断，并对外界出现的异常情况做出快速应变处理，对于出现无法解决的情况，应能及时切换后备装置投入工作，或及时报警，以提醒人工干预。
分布式——系统上的每个节点都可安装与本节点应用的数据库以及有关的控制和执行程序。对系统而言，节点功能，资源相对独立而且有便于共享，同时为了便于分期投运，为今后扩充提供了较大的方便。完全满足式的三个特征即自治性，模块性，并行性。上一代监控系统常用的分层分布模式，一般都有一个主计算机（或称上位机），系统的全部数据集中在主计算机中，数据库不分布，自治性不好。这样的缺点是一旦上位机出现故障，系统数据库全部丢失，系统功能如监视，控制功能也只有丢失。所谓全分布是指数据库，控制功能分布。图形工作站不依赖于任何一台机器，可直接读写数据库，直接实现全系统监视和控制。
五、系统技术指标：
流量范围：20kg—200kg/h
装置流量的稳定度优于2%
装置精度优于2%
第二章 总体方案
一、稳压法水流量仪表检定方法
在本设计中，稳压法水流量仪表检定的过程为：水泵将水从水池中抽到输水管线中，经稳压罐滤除高频脉动分量后，水进入检定管线中，经整流器，被检水表以及同步导相阀后，流入非工作量器B中，待稳压罐水位稳定后，由换向器将水流由非工作量B中突然切换到工作量器A中。经过时间T后，再将水流同换向器从A切换到B中，测出这段时间内工作量器A中的水体积V，可求得流量Q=V/T。重复此操作十余次，即可求出流量Q的平均值，将此值与被测仪表值乡比较，即可确定被检表的精度等级。
二、方案论证
本次设计中,通过微型计算机来实现自动控制。所选用的单片机为性价比高的AT89C51。之所以选用AT89C51单片机而不选用常用的Intel生产的MCS-51单片机是因为：8031片内不带程序存储器ROM，在使用时用户需外扩EPROM芯片。用户若到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。8051在8031基础上，片内又集成4k ROM，无须外扩EPROM芯片。但是编写的程序用户无法将其写入其ROM中，只有将程序交芯片厂代为烧写，并是一次性的，今后芯片厂都不能改写其内容。8751在8031基础上，片内增加了4k的EPROM，它可构成一个程序小于4KB的小系统，并且用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用。但是8751的价格相对于8031来说较贵，8031外扩一片4K的EPROM就相当于8751，同样它的片内EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。
相对于Intel公司的51系列单片机来说，AT89C51单片机就没有上述的种种顾虑。AT89C51单片机具有损耗低、性能高的特点，而且片内还有4K字节可重复编程快擦快写的程序存储器，能重复写入擦除1000次,数据可保存10年时间。它与51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不只能完全替代51系列单片机，还有许多其没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，对于简化本系统、为系统增加可靠性是别的单片机无法替代的。这种单片机对开发设备要求不高，开发的周期也有了减少，对于写入其内的程序还可进行三级加密。在价格上，AT89C51比同类单片机要便宜得多，市场供应也很充足。
因此，在本次设计中将选用AT89C51作为系统的主芯片。
对于系统的显示部分，我选用的是一种新型的键盘显示智能控制芯片HD7279A。HD7279A具有串行接口，可直接接在主芯片上，并且它与单片机的接口简单，可同时驱动8位数码管(或64位独立的LED管)，还可同时驱动64键的键盘距阵，单片即可完成LED、显示键盘接口的全部功能，用它设计独立的显示模板能完成一般的显示功能，实现交好的人机接口。并且该模板体积小但功能全，
在实际应用中可大大缩短产品开发周期，具有很好的应用价值。HD7279A的价格低，适合普通用户的购买。在本系统中应用，减少了系统的成本，还节省了系统设计的空间，又简化了电路，因此选用了HD7279A。
