基于MCGS的液位监控系统设计
2008年第 4期
(总第 201期 )
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING
No．4 2O08
(Totally 201)
基于 MCGS的液位监控 系统设计
金秀慧
(德州学院机 电工程系 ，山东 德州 253023)
摘要：随着控制系统的发展，系统越来越复杂，需要监控的系统参数也越来越多 同时为了减少现场环境对人身的
伤害，要求控制人 员最好 能远 离现 场 由此产生了一 系列组 态软件 ，编写上位机监控软件，进行远程监控。介绍 了基
于 MCGS和单 片机的远程液位监控 系统的硬件和软件设计。此 系统采 用主从式结构 ．上位机采用 MCGS组 态软件
实现监控软件 ，对液位信 息进行 实时监控 ；下位机 以单片机为核心 ，进行液位信 息的采集和转换 ，并与上位机进行信
息交 互 ：上 位机 和 下位 机 通过 串 口方 式进 行 通信 。
关键词：液位监控 ；远程控制；AT89C51单片机
中图分类号 ：TP311．52 文献标识码 ：B 文章编号 ：1673—3142(2008)04—0054—03
The Design of the Long-distance Fluid Position System Based on AT89C51 Microcomputer
JIN Xiu—hui
(Mechanical and Electronic Engineering Department，Dezhou University，Dezhou 253023，China)
Abstract：Along with the controlling system development，systems are more and more complicated．More and more system parameters
need to be monitored To reduce the hurt from scene environment，the system requires the workman far from the scene environment．
In this way a series of configuration software are produced to exploit monitoring software of upper PC．This article introduced with
emphasis the hardware and software design in the long-distance fluid position system based on the single chip and MCGS．Th is
system uses principal and subordinate structure， the MCGS software carries on the real-time monitoring to the fluid position
information；the lower position machine takes the single chip as a core，gathering and transform ing the fluid position inform ation Th e
upper position machine and the lower position machine communicate through the serial port．
Key W ords： monitoring to the fluid position；long-distance control；AT89C5 1 microcomputer
引言
目前许多领域都需要对液位进行监控 ，如水位
的检测 、油罐液位的检测 、锅炉液位检测等等 ，有很
多领域人可能无法靠近或现场无需人力来监控。我
们就可以通过远程监控 。坐在办公室里对现场进行
监控 ，又方便又节省人 力。而单片机以其功能强 、体
积小 、可靠性高 、造价低和开发周期短等优点 ，成为
自动化和各个测控领域 中广泛应用 的器件 ，并越来
越受到人们的青睐 ．尤其是在液位控制系统中，单片
机更是起到了不可替代的核心作用 。本文设计了一
种基于 AT89C5l单片机的远程液位数据采集监控
系统 ，采用 AT89C5l单 片机作为控制核心 ，上位机
采用 MCGS编写的监控软件 ，整个监控 系统可以完
成液位信号的采集与转换 、数据传送和显示 、控制等
功能 。
1 远程液位监控 系统硬件结构 设计
本系统总体结构如图 l所示 。由上位机的监控
软件 和下位机 AT89C51单片机配合来完成液位信
号的监测和控制。上位机采用组态软件 MCGS设计
监控 软件 ，配合 下位 机 的开发工 作 ，下 位机 以
AT89C51单片机为核心 ，负责液位数据的采集 、读
取和与上位机的通信。并将采集的数据传送到上位
机 。上位机接收 AT89C5l单片机传送来的数据 ，并
对数据进行显示(实时显示和历史显示 )。来 自液位
传感器一压力变送器的信号进入 A／D转换器后读人
单片机 ，再 由单片机输出相应的控制信号来完成控
制任务 ，也可以传送到上位机 ，由上位机发出控制信
号 ，完成控制任务。
收稿 日期 ：2008一Ol一25
作者简介：金秀~(1962一)，女，山东德州人．硕士，教授，主要从事控制 图 1系统硬件结构框图
工程及楼宇 自动化方面的研究。
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金秀慧 ：基于 MCGS的液位监控系统设计 2008年 4月
本系统 的工作过程是 ：液位传感器一压力变送
器将被测信号的物理量转换成标准电信号，经过 A／
D转换器，将信号的采样值转化为数字信号 ，再通过
I／0接口电路将数据送到单片机 中进行处理 ．单片
机根据检测到的数据调整 D／A转换器 的输 出．改变
调节阀的开度 ，使液位逐渐达到给定值 。或者通过
串口与上位机进行通信 ，上位机在对液位信号进行
实时监控的同时输出相应 的控制信号给单片机。
1．1 液位 采集
采用压力变送器作为液位信号的检测元件，选用
CYG型扩散硅压力变送器 ，安装在储液罐的底部。正
常情况下 ，扩散硅压力变送器测量的是压力信号．根
据压力参数与液位参数之间的关系 P=pgh可知，容器
中液体的液位参数 h和压力参数 P之间存在着线性
关系。因此可以根据测量的压力信号得到液位信号，
从而将液位测量转换为压力i贝4量 ．实现了信号的间接
测量。测量所得的液位模拟信号经压力变送器转换成
4—20 mA直流信号后 ，再经 250 Q 电阻转换成直流
l～5 V标准信号 ，送人 A／if)转换器。
1．2 A／D转换 器
A／D转换器 ADC0809是一个 8位 转换器 ．采
用 8位 8输入逐次逼近方式 ，有 8通道开关控制 ，可
以直接接人 8个单端模拟量 ．可将放大电路输入的
电压模拟信号转换成 8位数码信号。此 A／D转换器
可 以同时接 人 8路 模拟 量 的测量 。其 与单 片机
AT89C51的连接 如 图 2所示 。
W R
OE IN
0
A F89C5 I
B ，～P ADC0809 {NN4
ADDA I
ADDB IN7
ADDC
一
AI — — — CL0CK
1NT i E()C
^ 一
图 2 ADC0809连接 电路
1．3 D／A转换 器
D／A转换器 DAC0832是 一个 8位 D／A转 换
器。它是 电流输出型 ，需外接 电路把输出电流转换
成电压信号。它可以工作在单缓冲也可以工作在双
缓冲方式 ，输 出可以为单极性和双极性 。图 3为
DAC0832与单片机 AT89C5 1的连接电路图 ，其采
用双缓冲方式 ，采用双极性输出。
DAC0832输 出的电压信号可 以经过两个三极
管变换成输出电流 ，再加上输出电阻 ，输出 4-20mA
W R
AI"89C51
AI E
DAC0832
图 3 DAC0832连接 电路
的标准电信号 ，以便执行机构动作。
1．4 单片机 与上位 机通 信 电路
单 片 机 与 PC机 的通 信 电 路 如 图 4所 示 。
AT89C51单片机本身提供 了一组全双工串行传输
接 口，由TXD引脚来传送串行数据而由 RXD引脚
来接收数据 ．但 因其工作逻辑 电平 皆为 rrrL电平
(0V，5v)，所 以，单片机与上位机之间的数据通信必
须经过 RS一232信号 (+l2V，一12V)电平的转换 。本
系统使用 MAX202电平转换芯片 ．只要加 5只电容
就能完成接口电平的转换。
图 4 电平转换 电路
2 液位监控 系统软件设计
本系统软件 由单片机程序和上位机监控软件两
部分组成。
单片机程序采用 C语 言编写 ，主要由数据采
集 、数据传输两大部分组成 ，其主程序流程图如图 5
所示 。
上位机监控软件由全中文工控组态软件 MCGS
fMonitor and Control Generated System)作为软件 开
发平 台。MCGS是一套用于快速构造和生成计算机
监控系统的组态软件。MCGS组态软件系统由组态
环境和运行环境两个部分组成。
本监控 系统应用 MCGS的组态环境设计 了监
控系统主界面 ，其中包括实时数据显示 、实时曲线显
示 、通讯状态设置 、数据记 录等内容 ，同时还可 以通
过设置 PID参数对液位进行 PID控制 。工艺流程进
行动画显示 ，可以直观地看出液位的变化和水流的
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2008年第4期 农业 装备与车辆工程
图 5 主程 序 流 程 图
走向：为了形象地表示参数实时值 ，使用曲线图和棒
图来显示参数的变化 ；实时显示故障报警画面 、查询
历史报警 ，并可以设置报警的极限值；可以进行实时
曲线监测和历史曲线查询 ；可生成系统实时报表和
历史报表 (包括 日报表和月报表 )，可对实时数据库
和历史数据库进行方便的管理 。
3 结束语
AT89C51单片机控制简单 ，接 口方便 ，实时性
强 ：而 MCGS组态软件具有 良好 的人机界面功能。
基于这些优势 ，设计 MCGS与单片机串口通信建立
实时数据采集处理系统 ，在传感器接受外界信号的
同时，对信号进行转换 、采集通信和显示输出 ，实时
地反映传感器的信号变化和理解被测 目标的特性 。
是现场监控 、信息预报的重要方法，在远程液位监控
及其应用方面有很现实的意义。
参考文献
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件科技有限公 司．
(上接 第 44页)
9．00+oo2
7．50+002
譬
6．00+(102
4．50+002
较
3．00+002
：
1．50+002
O
＼
较
：
0 3．50+0130 7．00+伽0 1．o5+001 1，40+001 1 75+001 2．1o+001
齿宽(mm)
图 8 主动轮接触应力
图 9从动轮接触应力
于齿轮为渐开线曲面接触 ，而赫兹应力计算公式为
柱面或球面接触 。
b．国标公式 中采用载荷系数 、齿形 系数等对应
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力值进行修正 ，而有限元分析则取平均载荷且啮合
情况更接近理论状态。
C．两者所计算的啮合位置不同。
在工程应用 中，可通过实验修正有限元计算的
最大应力值， 考虑齿轮的制造、装配和传动中产生
的误 差 。
6 结 论
(1)在齿轮整个啮合过程中，由于重合度问题 ，
使齿面上存在特殊的啮合点，本文分析了在主动齿
轮单齿啮合 的最高点时 ，主从动轮的应力分布 。
(2)有限元分析获得的信息比传统 的强度计算
更丰富、更真实，可以减少试验费用 ，对优化齿轮结
构 有很积极 的意义 。
参考文献
[1]孙桓，机械 原理 [M]．北京 ：高等教 育出版社 ，I996，
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[4]杨 生华 齿轮 接 触有 限元 分析 [J]计算 力学 学报 ，2003，20(2)：
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