基于单片机的锅炉液位控制系统设计毕业论文.doc

-1-基于单片机的锅炉液位控制系统设计摘要：介绍了用单片机进行锅炉液位控制工作原理、硬件设计和软件设计。装置主要由80C51、四片电位器式传感器、逐次逼近式A/D转换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A等组成；能够可靠地完成锅炉液位自动控制。关键词：液位传感器单片机可控硅驱动电路Abstract:Inthispaper,theprinciplesanddesignofhardwareandsoftwareofcontrollingautomaticallyliquidlevelofboilerbytheSingle-ChipMicrocomputer80C51aredescribed.ItchieflyconsistsoftheSingle-ChipMicrocomputer80C51,fourpiecesofelectricpotentialtrasducer,analog/digitalconverterofsuccessiveapproach,two-waySCRTLC336Aandtwo-waySCRdrivecircuitMOC3041.Thisapparatuscanaccomplishreliablythecontrollingautomaticallyliquidlevelofboiler.Keyword:LiquidLeveltrasducerSingle-ChipMicrocomputerSCR(SiliconControlRectifier)SCRdrivecircuit1引言锅炉液位控制的稳定与否，是关系到生产安全的重要因素之一。液位太高，易使供出的蒸汽带水，高温高速的蒸汽水珠会损坏后工段的工艺设备；而液位太低，有造成锅炉烧干的危险。怎样把锅炉液位较好地稳定在一个波动较小的位置上，笔者认为这关系到锅炉液位控制方案的选择上。本文介绍的基于单片机的锅炉液位控制系统设计，确保水位自动控制装置可靠动作，能够可靠地为用户提供日用水，而且具有保护设备、自动化程度高、造价低等优点。国内外比较先进的控制方法是可编程控制器(简称PLC)，不仅造价高，而且功能单一；而本系统结构紧凑、性能可靠、抗干扰能力强、运行效果良好，加之成本不高，非常适用于大量的工业和日用水的锅炉供水，具有广阔的市场前景。2系统的工作原理2.1系统组成-2-本装置主要由80C51、四片电位器式传感器、逐次逼近式A/D转换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A等组成。此外，还有键盘/显示电路、报警输出电路等。它们的原理方框图如图1所示。2.2装置说明本装置主要设计液位控制，在锅炉整个工作过程中，还有温度、压力等需要，只需再安装一个温度传感器和压力传感器即可，所以在此不再详述。四片电位器式传感器分别安装在锅炉的四个水位处（分别为低水位、高水位、极低水位、极高水位），来采集液位信号。2.3工作原理本装置的功能是：当液位低至给定的液位时，启动水泵对锅炉进行加水，同时水泵正常工作指示灯亮，呈绿色，表明水泵正常工作；当液位高至给定的液位时，停止水泵对锅炉进行加水，水泵正常工作指示灯不亮，表明水泵停止工作；一旦由于某种原因，液位低于低水位时，仍没有启动水泵进行加水，则达至极低水位时，再次启动水泵进行加水，并进行报警；同理，达至极高水位，停止水泵进行加水，并进行报警；操作人员听到报警，消除报警，急停锅炉工作，并对锅炉进行维修；极高水位与极低水位对锅炉起到了保护作用。它的工作原理是:首先，由电位器式传感器每隔5秒钟对水位进行采样，并输出05V模拟信号，再经A/D转换变成相应的数字信号，送入80C51单片机进行数据处理。单片机经运算后，与设定的液位值（低液位H1、高液位H2、极低液位H3、极高液位H4）四值依次进行比较：若H1<Hx<H2，则表示正常液位，水位指示灯亮，呈绿色；若Hx=H1，则表示达至低液位，启动水泵供水，水泵工作指示灯亮，呈绿色；图1原理方框图-3-若Hx=H2，则表示达至高液位，停止水泵供水，水泵工作指示灯不亮；若Hx=H3，则表示达至极低液位，启动报警器报警；若Hx=H4，则表示达至极高液位，启动报警器报警；如果报警器启动后，设有报警消除按钮，消除报警；有手动和自动转换按钮；有急停按钮，在任何情况下，可以停止锅炉工作。3硬件设计3.1硬件总体说明单片机系统的硬件电路图，可参见图2。本系统以80C51单片机为核心，它有4KEPROM，所以不需外扩EPROM，这样可利用P1口作为按键输入口，输入口接有中断式独立式按键电路，向单片机输入命令、功能切换，可以对单片机进行人工干预；另对串行输入口P3.0扩展接口，使用移位寄存器作为锁存或输入信号的接口，可以方便地扩展并行输入口，这种方法不占用片外地址，简单易行，便于操作适合于速度较慢、适时性要求不高的场合，它是利用一片74LS165与80C51的3根端口线相连，可扩展8根并行输入口线，在电位器式传感器采集信号，A/D转换器转换信号后，将信号图2系统电路图-4-输入到此接口，如图3所示；80C5174LS165P3.0P1.0P3.1S/LCLKSERQHD0D1D2D3D6D7D4D5ADC四路传感器接驱动电路0809由于输出接口比较多，可扩展一片8255可编程接口芯片，利用指令设置各口的工作方式，8255内部有3个并行的8位I/O接口，分别为A口、B口、C口，8255是8位芯片，有8位数据线，数据线接于80C51的P0接口，可以用于实现8255与80C51之间的数据传输。需要注意一点，使用8255芯片时，首先要对它初始化，也就是对8255的3个端口的工作方式预先设置。扩展口接有4位74LS164驱动显示器，并有一个报警器（用来极低水位、极高水位报警），和三个发光二极管指示灯（用来电源显示、水泵上水显示、水位显示）；并行输出口接有双向可控硅驱动器电路，来控制电机启停。3.2输入通道设计该部分主要完成对液位信号的采集、转换工作，分别由电位器式传感器和A/D转换器ADC0809完成。电位器式传感器结构简单，价格便宜，但缺点是精度不高，动态响应差，不宜作精密测量或快速变化量的测量；但用在此要求不太精密的场合，也有它非常大的优势。A/D转换器ADC0809，它是采用CMOS工艺制成的8位8通道逐次逼近式模数转换器，可实现8路模拟信号的分时进行转换，可用单一电源供电，此时模拟电压输入范围为05伏，无需调零和满刻度调整；三态锁存输出，低功耗型。经过采集、转换信号，将转换器输出的8位数字信号输入到扩展的并行输入口线。在过程控制和智能化仪表中通常是用微控制器进行适时控制和数据处理的，为实现人机对话，键盘是个必不可少的功能装置，所以输入通道接有独立式按键电路，向单片机输入数据、传送命令、功能切换，可以对单片机进行人工干预；如图2所示电路中的键盘电路，这是最简单的键盘电路，各个键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线相连接，其中两路是中断方式，任何一个按键按下图3串行输出口扩展结构框图