智能水质监控系统毕业论文

智能水位控制系统毕业设计一、水位智能检测系统设计原理�实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。本控制装置就是利用水的导电性完成的。�如图1所示，虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。为此，在水塔的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。图1 水位检测原理图其中B棒处于下限水位，C棒处于上限水位，A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。�水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升。当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵工作，不再给水塔供水。当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，b端为1状态。C端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。�二、基于单片机控制的水塔水位控制系统�1�单片机控制电路�水塔水位控制的电路如图2所示。�2�前向通道设计图2 水塔水位控制电路由于所采用的信号是频率随水位变化而变的脉冲信号（开关量），因此电路设计中省去了A/D�转换部分，这不仅降低了硬件电路的成本，而且由于采用数字脉冲信号通信，提高了系统的抗干扰能力、稳定性和精度。�输入的可变脉冲信号送到8031的P10和P11脚电平，当接收到信号时，输入脉冲使其输出高电平，而无信号输入时，无触发脉冲，此时翻转为低电平。程序控制8031周期性地对P11和P10脚电平进行采样，达到控制的目的。�3.微机控制数据处理部分�在电路设计中，充分利用8031已有端口的作用，同时也考虑扩展，做到尽可能节省元件，不仅可降低成本，而且提高可靠性。(1)使用8031单片机。水塔水位控制的电路如图3—1。接受电路得到的是频率随水位变化的调频脉冲，它反映了贮水池水位的高度，对其进行信号处理，便能实现对水位的控制及故障报警等功能。要完成此一工作，最佳的选择是采用微机控制，实验中是以MCS—51系列弹片机8031作CPU。对接受的信号进行数据处理，完成相应的水位控制、故障报警等功能。8031芯片的内部结构框图见图3所示。�由图3可大致看到：它含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器，栈区占用了片内RAM的部分单元；未见通用寄存器（工作寄存器），因单片机片内有存储器，与访问工作寄存器一样方便，所以就把一定数量的片内RAM字节划作工作寄存器区；PSW是程序状态字寄存器，简称程序状态字，相当于其他计算机的标志寄存器；DPTR是数据指针寄存器，在访问片外ROM、片外RAM、甚至扩展I/O接口时特别有用；B寄存器又称乘法寄存器，它与累加器A协同工作，可进行乘法操作和除法操作。实验中8031时钟频率为6MHz。由于8031没有内部ROM，因此需外扩展程序存储器。本系统采用2732EPROM扩展4K程序存储器，对应地址空间为0000H～0FFFH。（2）74LS373作为地址锁存器。74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器，其结构示意图见图4所示。当使能端G呈高点平时锁存器中的内容可更新，而在返回低电平瞬间实现锁存。如此时芯片的输出控制端为低，也即输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可经由三态门输出。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，但使用时接法稍有不同，由于接线稍繁、多用硬件和价格稍贵，故不如74LS373用的普遍。 图3 8031芯片内部结构框图（3）两个水位信号由P10和P11输入，这两个信号共有四种组合状态。如表3—1所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。�表3-1 水位信号状态表C(P11) B(P10) 操作 0 0 电机运转 0 1 维持原状 1 0 故障报警 1 1 电机停转 （4）控制信号由P12端输出，去控制电机。为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合。4.报警电路�本系统采用发光二极管，当控制电路出现故障状态时，P13置零，发光二极管导通，发光报警。�5.软件设计�一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用MCS—51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。这个系统程序由主控程序、延时子程序组成。其中主控程序是核心。由它控制着整个系统程序的运行和跳转。流程图如图5所示。包括系统初始化，数据处理，故障报警等。�电路具体工作情况如下：�① 当水位低于B时，由于极棒A和C、A和B之间被空气绝缘，P10和P11得到低电平，全置0，单片机控制电路使P12置零，继电器吸合，启动水泵向水塔灌水；�② 当水位高于B低于C时，P10置1，P11置0，继电器常开触电自保，因此升到B以上时，继电器并不立即释放，电极仍然供水；③ 当水位达到C时，P10 、P11均置1，单片机控制电路使P12置1，继电器释放，水泵停止工作；�④ 用水过程中，水位降到C以下，P11置0，P10置1，维持原状，电机不工作，直到降到B以下，如此循环往复。�系统出现故障时，由P13置零，输出报警信号，驱动一支发光二极管进行光报警。三、结束语�现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。现代的广义智能检测系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，智能检测系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，智能检测系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。�本课题研究的内容是“智能水位控制系统”。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所研究的就是这方面的课题。�水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本实验采用两种方法（单片机和时基集成电路）进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。�参考文献�1.丁元杰 单片微机原理及应用 机械工业出版社 2000�2.腾召胜 罗隆福 智能检测系统与数据融合 机械工业出版社 20003.孙虎章 自动控制原理 中央广播电视大学出版社 1999

来自《计算机工程应用技术》污水处理自动控制系统的设计何宇锋( 西南科技大学国有资产管理处, 四川绵阳621010)摘要: 介绍了一个污水处理自动控制系统的设计, 首先介绍了污水处理工艺流程, 然后对污水处理自动控制系统进行设计, 最后对控制系统的软件进行了开发。关键词: 污水处理系统; 自动控制; PLC中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1009- 3044(2008)10- 20180- 03The Design of Automatic Controlling System in Wastewater Tr eatmentHE Yu- feng(Southwest University of Science and Technology,Management Section of State Assets,Mianyang 621010,China)Abstr act:This paper designed a Automatic Controlling System in Wastewater , it introduced the sewage treatment technique'selection, Secondly, it analyzed detailedly the design of Automatic Controlling System in Wastewater Treatment, in the end it discussedon the software of sewage treatment control system .Key words:sewage treatment control system;Automatic Controlling;PLC随着现代工业和城市建设的发展, 我国水污染问题日趋严重; 同时我国是一个水资源极其匾乏的国家, 水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、影响人民生活和身体健康的突出问题。因此建设污水处理自动控制系统对改善环境、建立可持续发展社会、繁荣经济都具有重要意义。1 污水处理工艺流程按处理程度, 污水处理一般可划分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理及处置。其中, 预处理主要包括: 粗格栅、细格栅、沉砂池; 一级处理主要包括: 初沉池; 二级处理主要包括: 生物滤池、曝气池和二沉池; 深度处理: 常用的工艺有混凝沉淀和过滤。污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。通过对需求进行详细的调研, 决定污水处理工艺流程应包括粗格栅、沉砂池、细格栅、初沉池、生物滤池、提升泵房、曝气池、二沉池等, 结构图如图1 所示:图1 污水处理工艺流程图2 控制系统设计污水处理系统控制对象既有开关量又有模拟量, 既有开环控制又有闭环控制; 在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制, 通过综合考虑, 决定采用图2 所示的控制系统。系统包括两套CPU412 控制器, 三条通讯链路, 即主系统与从站通讯链路( PROFIBUS1) 、备用系统与从站通讯链路( PROFIBUS2) 、主系统与备用系统的数据同步通讯链路(MPI 或PROFIBUS 或Ethernet) 。三个ET200M 从站, 每个从站包括两个IM153- 2 接口模块和若干个I/O 模块。工程师站通过上位机监控软件实现对全厂设备的监控、水质数据记录、生产报表等功能; 自动控制柜是整个自动控制系统的核心部分, 整个污水厂设备的工艺控制、逻辑判断、在线检测仪表数据的采集以及控制站之间的通信都是通过自动控制柜来完成, 自动控制柜中最重要的设备是PLC; 工程师站所需要的数据主要由自动控制柜中的PLC 通过工业以太网传递过来, 而工程师站完成对现场设备的控制也是通过对PLC 中相应设备的程序地址写值来实现。工程师站要完成控制功能只能向PLC 发送相应的命令, 然后由PLC 判断此时是否应该执行此控制, 条件成立则执行, 否则向工程师站发出拒绝。自动控制系统的功能主要是由PLC 来完成,即使网络发生故障, PLC 也可以按照实现编好的程序进行控制。 PLC 控制系统硬件介绍可编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller, PLC) 是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计, 它采用了可编程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字式和模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。收稿日期: 2008- 02- 28作者简介: 何宇锋( 1977- ) , 男, 四川绵阳人, 助教, 工学学士, 主要研究方向: 计算机应用。180本栏目责任编辑: 贾薇薇计算机工程应用技术根据对控制系统工艺特点和现场生产的条件, 本系统采用了S7- 400 PLC 作为主站, 从站采用有源底板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来, 每块信号模块都带有总线连接器。安装时先将有源底板装入导轨, 然后依次将各模块插入, 最后将这组模块固定在导轨上。 中央处理器CPU412- 2DPS7- 400 有7 种不同类型的CPU, 分别适用于不同等级的控制要求。本系统考虑可靠性以及项目成本, 使用了CPU412- 2DP, 该CPU 模块集成了MPI 和PROFIBUS- DP 接口, MPI 可以连接计算机、操作面板和其他的S7- 400 或者300 控制器。 通讯模块CP443- 1用于将SIMATIC S7- 400 连接到以太网上, 是工业以太网总线系统的通讯处理器, 具有独立处理经过工业以太网的数据业务。它有自己的微处理器, 因而能减轻CPU 的通讯任务和进一步的连续扩展。 ET200M 通讯模块ET200M 是多通道模块化的分布式I/O, 采用S7- 300 全系列模块, 最多可扩展8 个模块, 可以连接256 个I/O 通道。 32 路开关量输入模块SM321 DI×32 DC12V数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器, 例如二线式光电开关和接近开关等。 数字量输出模块SM322 DO×32 DC24VSM322 数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电机、电动机启动器等负载。 模拟量输入模块模拟量输入模块用于将模拟量信号转换CPU 内部处理用的数字信号, 其主要组成部分是A/D 转换器。 模拟量输出模块模拟量输出模块用于将CPU 送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或者电压信号, 对执行机构进行调节或控制, 其主要组成部分是D/A 转换器。 电源模块PS407 4A 和电源模块PS307 5A电源模块通过背板总线向S7- 300/400 模块提供DC5V 和DC24V 电源。3 软件设计控制系统的软件开发包括下位机PLC 程序设计和上位机监控界面的开发。PLC 程序设计与开发是在编程软件STEP7 环境下实现的, 主要完成系统工艺的控制要求。 PLC 控制程序的开发 PLC 的工作原理PLC 的工作过程可分为建立I/0 映像区、循环扫描。I/O 映像区的大小由用户程序确定, 对于系统的每一个输入或输出点总有输入或输出映像区的某一位与之对应, PLC 在执行用户程序时所需要的外部信息取自于I/O 映像区, 而不直接与外部设备发生关系。I/O 映像区的建立, 使PLC 工作时只和有关地址单元内所存信息状态发生关系, 系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。PLC 上电后在系统程序的监控下, 周而复始地按规定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行, 用户程序执行、输入/输出信息处理。 PLC 控制程序开发下位机是整个控制系统的核心部分, 负责完成所有的控制功能和现场数据采集功能。控制器控制程序编制的好坏, 直接影响到控制速度和控制效果, 也同时将影响到以后的维护工作。按照污水处理的工艺流程, 将程序分成若干个子程序模块和公用子程序模块, 各个工艺段之间的控制程序互相不影响, 独立运行, 各模块相互独立, 分别控制着某一操作单元, 各操作单元有自动与手动两种运行方式, 当某一操作单元选用手动时, 相应的程序模块不予运行, 这样, 当某一单元操作出现故障时, 可及时从整个系统中脱离,增加了系统的可靠性。PLC 控制程序的算法如下:(1)首先, 判断粗格栅是否自动控制, 若为自动控制, 则执行粗格栅自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(2)判断沉砂池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行沉砂池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;图2 控制系统硬件结构图181电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑: 贾薇薇( 上接第172 页)示波器的红线接在VGA 发射口的1 脚, 黑线既接地线接在VGA 口的10 脚, 把SW[17]置1 状态, SW[1], SW[0]最好置0 态, 下载POF 文件后, 就可用示波器观察波形, 出来的应该是1M左右的调制波形。可能由于信息采集过快, 眼睛无法看到采集的趋势。实验还做了个400HZ 的信号, 用1M的载波来进行调制, 来验证该试验能否成功, 400HZ 的载波产生类似1M载波的产生方法, 然后两者进行调制, 调制公式为: VGA_R=(SINE*((MOD_OUT+256)<>10;SINE 是1M载波输出口, MOD_OUT 是400HZ 的要调制信号,用示波器观察输出的波形即可。该观察到的调制波形如下:图2 调制波形参考文献:[1] 夏宇闻.Verilog 数字系统设计教程[M].北京: 北京航空航天大学出版社,2003.[2] 王冠,黄熙,王鹰.Verilog HDL 与数字电路设计[M].北京:机械工业出版社,2005.[3] Michael John Sebastian Specific Integrated Circuits[M].电子工业出版社,2004.[4] 谢永瑞.VLSI 概论[M].北京:清华大学出版社,2002.[5] 阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2002.[6] 褚振勇,翁木云.FPGA 设计与应用[M].西安: 西安电子科技大学出版社,2002.[7] 徐欣.基于FPGA的嵌入式系统设计[M].北京: 清华大学出版社,2004.(3)判断细格栅是否自动控制, 若为自动控制, 则执行细格栅自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(4)判断初沉池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行初沉池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(5)判断生物滤池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行生物滤池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(6)判断提升泵房是否自动控制, 若为自动控制, 则执行提升泵房自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(7)判断曝气池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行曝气池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(8)判断二沉池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行二沉池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制; 上位机监控软件开发上位机监控界面采用组态软件WinCC 进行开发, 完成对系统现场数据的采集以及控制工艺流程的实时监控。西门子视窗控制中心SIEMENS WinCC 是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统。WinCC 提供各种PLC 驱动程序, 因此使PLC 与上位机联接变得非常容易。由于监控系统要求覆盖几乎整个工艺流程, 因此在结构规划时紧紧围绕合理地安排信息反映形式, 既要实现所有的功能模块又要保证监控系统的安全可靠运行。根据污水处理厂的自身工艺和控制系统对上位机软件的要求, 上位机监控软件主要由登录管理模块、预测模块、监控界面、趋势、报警、报表、数据库、系统帮助等模块组成。4 结语污水处理是一项紧迫性的任务, 它可以避免环境恶化和更大的经济与资源损失, 污水处理自动控制系统是保证水资源长期不受污染和水资源持续再生的重要保证。因此, 对污水处理自动控制技术的研究具有极其重要的现实意义。参考文献:[1] 徐新阳,等.污水处理工程设计[M].北京:化学工业出版社,2003.[2] 廖常初.57- 300/400 PLC 应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.[3] 苏昆哲,等.深入浅出西门子WinCC V6[M].北

物联网是通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。下面我给大家带来2021好写的物联网专业论文题目写作参考，希望能帮助到大家!

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