锅炉水位控制器.doc

单片机原理与应用技术课程设计报告（论文）题目：基于单片机的锅炉水位控制器专业班级：电气工程及其自动化093姓名： 时 间：2012.03.312012.04.20指导教师：_邵锋 徐君鹏_陈艳峰_ 2012年04月20日 基于单片机控制的锅炉水位控制器设计任务书一. 设计要求(一) 基本功能 1.具有手动和自动两种操作模式 2.能够实现多点水位数据采集，并实时进行水位状态显示 3.具有多种连锁保护和报警功能 具体工作过程如下： 控制器上电后，首先处于自动工作模式，程序开始扫描当前锅炉的水位和压力状态，如果水位低于正常水位，发出报警信后，同时启动水泵上水，经过一定时间后，如水位到达正常水位，报警将自动解除，同时如果压力为低压状态则马上启动鼓风机和引风机，否则控制器自动关闭鼓风机和引风机。如果水位达到最高水位和压力超过设定压力时自动报警，同时关闭水泵和风机。系统时刻跟踪显示水位和压力状态。如果你想手动操作，你可以通过手动/自动转换键把系统置为手动工作模式，此时可由人工控制水泵和风机的运行，水位和压力检测由控制器自动完成，且当水位过低时不能手动停止水泵，过高时不能启动水泵，压力过低不能停止风机，过高不能启动风机，从而实现安全联锁保护控制。 （二）扩展功能 1.系统具备一定的硬件抗干扰能力 2.系统增加软件看门狗功能二计划完成时间 三周 1.第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2.第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3.第三周完成软件和硬件的联合调试。 目录1引言1 2总体设计方案1 2.1设计思路 1 2.2设计方框图 23设计组成及原理分析 2 3.1水位检测电路设计 23.2驱动电路设计 33.3报警电路设计 43.4水位指示电路设计 53.5压力自动控制模拟和手动操作控制电路设计53.6整体电路设计及工作原理 63.7 振荡电路 73.8 整体电路设计及工作原理84结束语 8参考文献 9附录1 10 附录211附录313基于单片机控制的锅炉水位控制器 电气093 摘要：该设计是由单片机AT89S51控制的锅炉水位控制器，它主要有硬件和软件部分共同完成控制系统功能。其中硬件部分主要由水位检测电路、驱动电路、水位指示电路以及压力自动控制模拟和手动控制等部分组成；软件部分主要由汇编语言所编写的程序组成。本系统可实现液位报警、控制和压力控制等功能，并对液位进行数字显示。关键字：单片机、锅炉、水位控制、水位数字显示、压力控制、压力显示、数码管1. 引言 锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1)直观而集中的显示锅炉各运行参数,能显示液位、压力、温度状态。2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位、压力、温度的上限、下限。3)作为锅炉控制系统装置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减少劳动人员的劳动强度。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。目前我国燃烧过路的数量众多，现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的四分之一目前大多数工业锅炉仍处于能耗大、浪费大、环境污染严重的生产状态。锅炉微机控制是近年来新开发的一项新技术。它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制。由于被控对象和过程的非线性、是变性，多参数间的强耦合、随机干扰等因素，使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难。在这些复杂的系统面前，传统的控制方法无法满足控制精度，而且系统稳定性差。更好地对锅炉进行自动化控制，并利用单片机及外围芯片实现锅炉液位控制应经成为可能。另一方面，在现代社会中，随着工业的发展，居民生活区的集中热力供应量的需求量越来越大，蒸汽锅炉的容量不断高，对操作过程的要求更加严格，锅炉的液位控制直接影响人们自身和设备的安全。液位过低可能使锅炉出现干烧现象，液位过高又会使锅炉蒸汽压力过高发生危险。传统的液位控制自动化程度低，调节精度差等缺点，且单靠人工操作已不能适应控制系统改造的必要性。随着科学技术的不断进步，被控对象越来越复杂，人们对控制精度的要求越来越高。随着单片机技术和自动控制技术的发展，利用单片机及外围芯片实现锅炉液位控制已经成为一种趋势，单片机体积小，安装方便，功能齐全，性价比好，应用前景广，本系统即是基于单片机AT89S51单片机设计的，有着较高的实用价值和优越性。本系统若用于高级工业控制，可进行相应功能扩展改进和性能提高，又有很广的优化空间，为人们提供更多的工业自动化控制便利。2. 总体设计方案 2.1设计思路：电路主要实现功能是水位检测和报警，然后控制水泵的启停。水位控制主要的控制的对象是水泵，容器是锅炉，水位的检测可根据探测器探测得到。水位正常情况下控制在一定测量点距离段之间，当水位低于或高于正常水位段下限和上限是进行光报警，若水位在正常水位时，则解除报警。当水位低于水位下限时，水泵一直注水，而高于上限实则关闭水泵，并且当水位处于不同探测电时，可显示相应数字来显示水位。压力检测主要由一个开关来模拟压力的高低，并用指示灯的亮灭来模拟风机的运行和停止，另设手动操作按钮，用以人为启动水泵和风机。2.2设计方框图89C51检测电路 水位指示电路驱动电路执行电路压力自动控制模拟光报警电路声报警电路手动操作复位电路晶振电路 图13 设计原理分析 3.1 水位检测电路设计如图2所示，S1、S2、S3、S4为四个开关，用来传递水位变化的情况，其中S4表示下限水位，S2表示上限水位，S3表示处于正常水位，S1表示上限水位，在这里四个开关表示的是四个传感器，而水位的情况将通过数码管显示出来，当水位为下限时，数码管显示为4，当水位为上限时数码管显示为2，当水位为正常水位时数码管显示为3，当水位为上上限水位时，数码管显示为4，从而根据不同的关系来控制输出电路其具体逻辑关系如下表1所示。表1P1、0P1、1P1、2P1、3光报警（P1.5）声报警(P1.7)数码管显示(P2)上上限0111报警报警4上限0011报警报警3正常0001不报警不报警2下限0000报警报警1 图232驱动电路设计驱动电路用开关来模拟实现，当开关按下时电动机开始工作即水泵开始抽水，当开关不按下时，电动机不工作。图333报警电路设计本系统用到两个报警电路如图4。图4为光报警电路通过89C51输出端口的报警信号驱动一只红色的发光二极管进行光报警它使用低电平驱动。图4图5为声报警电路它是用一个晶体三极管驱动P1.7接晶体基极输入端当P1.7输出高电平1时晶体管导通压电蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫;当P1.7输出低电平0时三极管截止蜂鸣器停止发声。 图534水位指示电路设计如图6主要是使用输出端口的信号驱动数码管显示，根据信号的不同将显示不同的数字 图63.5压力自动控制模拟和手动操作控制电路设计 如图7可用开关S6、S8分别模拟高低压和过高过低压而风机用黄色指示灯P1.6代替手动操作部分设置一控制按钮图。 图736复位电路设计本设计还设计了复位键，是次电路具有复位功能，当开关S9按下时所有的原数据将不再显示一切回到初始状态。图83.7振荡电路设计本设计设计了振荡电路，可稳定频率并对振荡频率进行微调使信号更加稳定。如图9图93.8 整体电路设计及工作原理 当通电后系统开始工作当水位在下下时这时水位太低都为“0”于是红色报警指示灯亮水泵开始启动抽水同时声报警蜂鸣器也鸣叫。当水位上升至正常限时P1.3为“1”其他皆为“0”水位继续升高到上限时P1.3，P1.2为“1”其它的为“0”这时处于不正常水位，光报警声报警都报警，水泵还继续工作。 水位上升至上上限时之间时除P1.0外其他点都处于水位之下因此端口值变为“1”P.10为“0”这时水位超过了正常水位水泵停止工作同时启动报警灯当水位超过了上上限则同时开启声报警蜂鸣器开始鸣叫。就这样当水位处于不同状态时会根据逻辑关系来使水泵启动和光声报警同时控制P0.0至P0.3使P1.1、P1.2、P1.3分别为“1”。按复位按钮时系统会自动复位。见附录1.4.结束语本系统主要介绍了锅炉的液位检测控制，还介绍了对压力的检测控制，介绍了8051单片机和其它一些单片机在锅炉控制系统中的应用，介绍了它们的引脚和在系统中的电路图，本设计还采用了多种传感器来对液位和压力的信号采集，利用数码管来进行信号的输出显示,我设计的硬件系统的结构简化,系统精度高，具有良好的人机交互功能,并设有液位报警、高压、低压和阀门失灵等故障报警，有问题立即就能发现。通过自动调节控制液位并实现锅炉内温度和水位的报警。液位控制在设定值上正常运行不需要人工干预，操作人员劳动强度小。 采用单片机设计出的工业锅炉控制器,能够针对水位的不同状态和不同外界条件进行控制,水位运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业锅炉的稳定运行。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好等优点,且系统硬、软件维护简单方便,尤其适用于工业控制现场,具有良好的应用前景。 本系统所采用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机单片机技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高 1都会产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用。 在这次设计中，我获得的不仅仅只是这个系统的实现，在更多的方面我有了进一步的学习。如今，这个课题已经有了比较成熟的研究成果及系统的理论知识，因此，这个课题的研究目的是为了使我们对学过的计算机控制技术、过程控制系统、单片机应用等相关专业知识进行更深层的理解和掌握。而整个设计的过程，不仅仅是对所学知识的一次回顾和串连，更多的是锻炼了我解决一个实际课题、实践的能力。作为硬件设计部分，从硬件电路设计方案的确定，到元件的选择就需要考虑到电路的可行性、可靠性、器件成本以及与软件配合等因素。参考文献 1 朱勇. 单片机原理与应用技术. 北京：清华大学出版社 2006 2 李群芳. 单片微型计算机与接口技术. 北京： 电子工业出版社 2002 3 张洪润、张亚凡. 单片机原理与应用技术. 北京：清华大学出版社 2005 4 李朝青. 单片机原理与接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社 20065杨欣.刘湘黔电路设计与仿真 .北京：清华大学出版社 20066李玉梅.单片机原理的应用设计. 北京：国防工业出版社 20067李广弟.单片机基础. 北京：北京航空航天大学出版社 1999附录一附录二ORG 0030HMAIN:MOV P1,#0FFH MOV P2,#0C0HLOOP:JNB P1.0,LOOP2 JNB P1.1,LOOP3 JNB P1.2,LOOP4 JNB P1.3,LOOP5 SJMP LOOPLOOP2:CLR P1.5 SETB P1.7 MOV P2,#99H SJMP LOOP6LOOP3:CLR P1.5 SETB P1.7 MOV P2,#0B0H 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