分校申请学位级别学士学科类别工学学科专业名称测控技术与仪器论文提交日期论文答辩日期学位授予日期答辩委员会主席评阅人东北大学秦皇岛分校年月东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第Ⅰ页高精度液体滴注装置控制系统的设计摘要结合现代传感器技术计算机技术，依托流量计的高速发展和液压元器件的合理使用，以液体流量的高精度检测与控制为目的，设计了高精度液体滴注装置控制系统。该系统利用现代传感技术检测液体流量和管道压力，同时用显示器显示瞬时流量值，以累积流量是否达到设定值来控制电磁阀的开关，维持系统液体滴注的流量并保持在定的误差范围内。系统设计内容包括硬件器件选型，硬件电路图，程序流程图设计，源程序设计，以及基于与软件的仿真。高精度液体滴注装置控制系统采用北方华瑞公司生产的液体涡轮流量计天水华天公司生产的系列防腐压力传感器和上海乐兹系列的滚轮式行程开关作为传感器选择单片机为控制器，作为转换器，作为显示芯片执行器选择了型两位两通电磁阀，传送带控制选择了型步进电机，此外还应用到了直动式溢流阀单向阀以及泰杰优液压机泵厂生产的变量叶片泵机组等液压器件。应用软件连接电路图语言编写源程序后，对系统进行仿真，达到了系统的设计目的。关键词传感器流量控制单片机驱动电路东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第Ⅱ页东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第Ⅲ页绪论,高精度液体滴注装置系统的研究背景和意义,本文完成的主要工作和章节安排,高精度液体滴注装置控制系统设计的般考虑系统的功能和参数系统的基本功能系统的主要技术参数系统特色系统的高精度系统的经济性传感器选择流量传感器的选择压力传感器的选择系统安全本章小结高精度液体滴注装置控制系统的硬件设计,信号采集流量传感器压力传感器位置传感器信号分析与处理单片机转换数据存储器的掉电保护,系统时钟设计,显示与报警的设计,东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第Ⅳ页显示电路报警电路驱动电路设计步进电机驱动电路水泵机组的应用电磁阀驱动电路,液压器件的使用安全阀单向阀本章小结高精度液体滴注装置控制系统的软件设计,设计思路与流程图主程序流程图电机驱动程序流程图,流量采集程序流程图,显示程序流程图,中断程序流程图系统的仿真本章小结,结论,致谢参考文献附录,附录附录附录东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论高精度液体滴注装置控制系统的研究背景和意义在些精密场合对液体的容积有着严格的限制，或在些特殊领域，如工业制硫酸，医疗制药等，需要避免液体同其他介质包括操作人员的直接接触，所以需要设计种能够满足上述应用条件，又能够准确计量液体容积的装置及其控制系统。从根本上解决常规秤量方法无法满足使用要求的难题。对保证产品质量，提高经济及社会效益具有重要意义。通过对传统流量计量工作原理的研究，应用单片机技术，并结合现代传感器技术计算机技术，开发了基于单片机的高精度液体滴注装置系统。该系统的实现简化了管道的压力控制，提高了设备的自动化程度，能够避免工作人员与液体的直接接触，并具有较高的精度和可行性。由于联系液压系统的相关知识，应用部分液压元器件，减少了资金投入，使该系统具有较高的经济效益，可广泛应用于食品医药化工武器弹药等液体物料流水线的在线自动控制。本文的主要内容本文首先介绍了下高精度液体滴注装置控制系统设计的般考虑，重点讲解了下该系统的硬件设计和软件设计。本文的章节及主要内容安排如下第章中介绍高精度液体滴注装置控制系统的背景，研究意义第章中介绍高精度液体滴注装置控制系统设计的般考虑第章中介绍高精度液体滴注装置控制系统的硬件设计第章中介绍高精度液体滴注装置控制系统的软件设计最后对全文进行小结。东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页高精度液体滴注装置控制系统的般考虑系统的功能和参数系统的基本功能该系统以单片机为核心，采用相应的传感器检测管道流量压力和试管位置，送入单片机进行处理来控制步进电机电磁阀的运动和开关状态，以实现液体滴注的高精度控制，在系统执行过程中实时显示瞬时流量，并当管道压力超过系统上限时进行中断处理。系统的主要技术参数系统的管道直径为流量传感器的检测范围为流量的设定值为测量精度为检测精度为系统压力范围为系统压力上限值设定为选用溢流压力为略小于的溢流阀显示方式为显示。系统特色任何个控制系统，在其设计过程中，都有自身的优缺点以及其他系统所不具备的特色。本系统以单片机为控制核心，以管道压力和液体流量为检测量，以电磁阀接收的电信号为被控量，以电磁阀为被控对象，实现液体滴注的高精度控制。系统的检测特性应用涡轮流量计，流量检测范围在到之间，测量精度为，应用力敏应变片式压力传感器，检测范围在到之间。控制特性应用单片机，对来自管道的流量信号及时进行分析和处理，以控制电磁阀，实现系统功能。本文所介绍的高精度液体滴注装置控制系统的特色主要在于控制简单安全，对流量的高精度控制以及器件选择上的经济合理性。系统的高精度对于液体滴注装置控制系统，其精度的高低主要取决于液体流量的测量。由于流量检测条件的多样性和复杂性，流量检测方法非常多，是工业生产过程中检测方法最多的。目前工业上常用的测量方法可分为容积式速度式质量式类，应用最广的是速度式东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页测量方法中的压差测量法。这类方法控制简单，容易实现，技术成熟，广泛应用于各个领域的流量测量。当前较为先进的测量方法有插入式流量测量以及基于面积流测量原理的新型流量测量。经过多方面的论证与实验，综合考虑精度，价格，与系统其他器件的配合后，该系统选择了涡轮流量传感器。涡轮流量传感器属于速度式流量计，具有测量精度高动态特性好，寿命长操作简单等特点，可广泛用于测量瞬变或脉动流量，适合于洁净流体的流量测量，广泛应用于石油化工冶金造纸等行业。该系统应用了涡轮流量传感器具有相对于其他传感器更高的测量精度，使液体的滴注误差能够满足系统对精度的要求，即每次滴注的液体误差为滴左右。系统的经济性在多数传统液体滴注控制系统中，所选的传感器器件具有高度的智能特性，这种传感器检测原理简单，集成高，单片机对输入信号的处理也相对简单，但其造价很高，般为同类非智能器件的数倍，甚至数十倍。本论文所介绍的控制系统在器件选择上，优先考虑了能完成测量要求并且价格适中的传感器，减少了系统资金投入。在控制器的选择上，由于系统所涉及的检测和控制部分都相对简单，所以选择了能够满足控制要求且价格低廉的单片机。除此之外，更在多处利用了液压系统的相关知识，并选择了安全阀，单向阀等液压系统元件，这部分器件的使用，不但使系统的控制给为简单，并且由于其机械结构特性，能够及时响应电磁阀的开关控制液体的滴注，进步提高了系统的稳定性以及精度。在驱动电机的选取上，也结合系统精度高流量小管道细等特点选取了最适合的步进电机及水泵机组，节省了系统成本。综上所述，该系统具有其他同类系统所不具备的低成本特性，更加适用于资金投入少的小工厂，小企业及批量生产。传感器选择当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的检查也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。流量传感器的选择方案采用电磁流量计。电磁流量计是种利用电磁感应原理进行测量的仪表。作为种常用的测量导电介质体积流量的计量仪表，它本身具有测量精度高量程比宽管道压力损失小等特点，使它成为应用广泛的类流量计，在流量仪表中的占有率不断上升，在工农业生产中发挥着重要作用。电磁流量计原理上的优点是当导电性流体在磁场下流动时，测量电极间的流体感应电势通过仪表系数与流体平均流速具有对应关系。在与磁场强度管道直径和信号放大器输入阻抗参数相关的仪表系数不变的假设条件下，具有可由感应电势值直接度量流量值的特点。方案二采用涡轮流量计。涡轮流量计由导流器涡轮磁电转速传感器组成。测量时，流体从流量计入口流经导流器后，沿平衡于轴线方向，以定的速度推动涡轮旋转，涡轮的转速与流量成正比，磁电转换传感器把涡轮的转速转换为电脉冲信号，测定电脉冲数，就可确定流体的流量。将脉冲信号送入单位换算与流量累积电路可得到累计流量值若脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量。进而可指示瞬时流量值。经过比较，综合考虑精度，价格等方面，方案二更为适合于本设计系统对于流量计的选择。压力传感器的选择方案力敏应变片式压力传感器。力敏应变片式压力传感器是利用粘贴在弹性元件上的应变片，感受压力后发生应变，使电阻的阻值发生变化，从而测得流体的压力。该类传感器具有精度高体积小质量轻，测试范围宽耐振动和冲击性能良好等优点。其测试精度受温度的影响较大，且温度补偿较为重要。方案二压阻式压力传感器。利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻式传感器用于压力拉力压力差和可以转变为力的变化的其他物理量的测量和控制。具有高精度高频响高灵