鍋爐集中控制方案畢業(yè)論文

1、<p><b>　　鍋爐集中控制方案</b></p><p>　　班級(jí)：電氣08-4班</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p>

2、<p>　　本文主要設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的鍋爐液位控制系統(tǒng)，它以STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，通過STC89C52單片機(jī)，溫度傳感器、壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)碼管顯示等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)具有液位檢測(cè)報(bào)警和控制雙重功能.</p><p>　　本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中主要有水位檢測(cè)、溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)、按鍵控制、水位控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來實(shí)現(xiàn)液位控制。主要用液位傳感器檢測(cè)液位，用D

3、S18B20溫度傳感器來檢測(cè)水溫，用三個(gè)控制按鍵來實(shí)現(xiàn)按健控制，用三位7段LED顯示器來完成顯示部分，用MOC3041雙向可控硅來控制水泵的開關(guān)，用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐內(nèi)部壓力，并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。把這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要開啟水泵，來實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制,從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制液位的目的。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐液位、溫度和壓力的控制,而且有造價(jià)低、程序易于

4、調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī),液位控制，顯示，報(bào)警</p><p>　　溫度傳感器DS18B20</p><p>　　DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精

5、度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。這些特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　2.4.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖</p&

6、gt;<p>　　DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。</p><p>　　圖 2-7 DS18B20的內(nèi)部

7、結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的管腳排列如圖2-8所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。</p><p>　　該圖引自《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)》</p><p>　　圖 2-8 DS18B20的管腳排列</p><p>　　2.4.2 DS18B20技術(shù)性能描述</p>

8、<p>　　(1) 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　(2) 測(cè)溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。</p><p>　　(3) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。</p><p>　　(4) 工作

9、電源: 3～5V/D.C；在使用中不需要任何外圍元件。</p><p>　　(5) 測(cè)量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。</p><p>　　(6) 適用于DN15～25,DN40～DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫。</p><p>　　(7) PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。</p><p>

10、　　2.4.3 DS18B20的溫度處理過程</p><p>　　2.4.3.1 DS18B20的初始化</p><p>　?。?） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。</p><p>　　（2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）。</p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。</p><p>　?。?/p>

11、4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。</p><p>　　（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。</p><p>　?。?） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。</p><p>

12、　?。?） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。</p><p>　?。?） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。其時(shí)序如圖2-9所示：</p><p>　　該圖引自《單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》 </p><p>　　圖2-9 初始化時(shí)序</p>&l

13、t;p>　　2.4.3.2 DS18B20的寫操作</p><p>　　（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。</p><p>　?。?） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。</p><p>　?。?） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。</p><p>　?。?） 延時(shí)時(shí)間為45微秒。</p><p>　　（5

14、） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。</p><p>　?。?） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。</p><p>　?。?） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。DS18B20的寫操作時(shí)序圖如圖2-10所示。 </p><p>　　該圖引自《單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》 </p><p>　　圖2-10 寫時(shí)序</p>&l

15、t;p>　　2.4.3.3 DS18B20的讀操作</p><p>　?。?）將數(shù)據(jù)線拉高“1”， 延時(shí)2微秒。</p><p>　　（2）將數(shù)據(jù)線拉低“0”， 延時(shí)15微秒。</p><p>　?。?）將數(shù)據(jù)線拉高“1”， 延時(shí)15微秒。</p><p>　?。?）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p>

16、<p>　　（5）延時(shí)30微秒。DS18B20的讀操作時(shí)序圖如圖2-11所示。</p><p>　　該圖引自《單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》</p><p>　　圖 2-11讀時(shí)序</p><p>　　2.5 LED數(shù)碼管顯示</p><p>　　2.5.1 LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　L

17、ED顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖2-12（a）所示，由圖可見8段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)“ ．”等字樣。 </p><p>　　圖 2-12

18、LED數(shù)碼管顯示的結(jié)構(gòu)</p><p>　　LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接+5V,每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)不點(diǎn)亮。稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時(shí)

19、，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)不點(diǎn)亮。稱為共陰極LED顯示器。如圖2-12（b）所示。</p><p>　　2.5.2 LED數(shù)碼管顯示器的顯示段碼</p><p>　　為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-5：</p>

20、;<p>　　表2-5 段碼位的對(duì)應(yīng)表</p><p>　　用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼如表2-6所示。</p><p>　　表2-6 十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼</p><p>　　共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。8

21、個(gè)筆劃段dpgfedcba對(duì)應(yīng)于1B（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰極LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極dpgfedcba各段為01110011時(shí)，顯示器顯示“P”字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是0×73。如果是共陽極LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（0x8C）

22、。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的方法去對(duì)應(yīng)字段與位的關(guān)系，這時(shí)字形碼就必須根據(jù)接線自行設(shè)計(jì)了。 </p><p>　　2.5.3 LED顯示器的參數(shù) </p><p>　　由于LED顯示器是以LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于LED顯示器內(nèi)含多個(gè)發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)：　　</p><p>

23、　　(1) 發(fā)光強(qiáng)度比 </p><p>　　由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強(qiáng)度不同。所有段的發(fā)光強(qiáng)度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強(qiáng)度比。比值可以在1.5～2.3間，最大不能超過2.5。 </p><p>　　(2) 脈沖正向電流 </p><p>　　若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流為IF，則在脈沖下，正向電流可以遠(yuǎn)大于IF

24、。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。</p><p>　　第三章．鍋爐液位控制的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的總體方案及框圖</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體方案</p><p>　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括：STC89C52RC、4個(gè)液位傳感器、1個(gè)溫度傳感器DS18B20、逐次逼近式A/D換器ADC08

25、09、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路MOC3041和雙向晶閘管Z0409MF等。此外，還有鍵盤／顯示電路、報(bào)警輸出電路等。（由于資金原因及市場(chǎng)上很難買到，4個(gè)液位傳感器用一個(gè)10K的電位器模擬，水泵的狀態(tài)用3個(gè)發(fā)光二極管模擬。）它的工作流程如下：</p><p>　　開始，由電位器每隔5s對(duì)水位進(jìn)行采樣，并輸出0-5V模擬信號(hào)，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，送入STC89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后,與設(shè)定的

26、液位值(下限液位H1、上限液位H2、下下限液位H3、上上限液位H4)依次進(jìn)行比較：</p><p>　　若H1<HX<H2：則表示正常液位，水位指示燈亮，呈紅色，水泵工作開度最小，其指示燈有一個(gè)亮，呈紅色；</p><p>　　若H3<=HX<=H1：則表示處于下下限與下限液位之間，水泵處于正常開度狀態(tài)，有倆個(gè)工作指示燈亮，呈紅色；</p><p

27、>　　若H2<=HX<=H4：則表示處于上限與上上限液位之間，停止水泵供水，水泵工作指示燈全滅；液位正常指示燈滅；</p><p>　　若HX<=H3：則表示達(dá)至下下限液位，水泵處于最大開度狀態(tài)加水，三個(gè)工作指示燈全亮，并啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警；</p><p>　　若HX>=H4：則表示達(dá)至上上限液位，水泵處于全關(guān)狀態(tài)，三個(gè)工作指示燈全滅，并啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警；<

28、/p><p>　　同時(shí)數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度值送到單片機(jī)中經(jīng)處理后，通過74LS164驅(qū)動(dòng)的靜態(tài)數(shù)碼管顯示其采集到的溫度值。壓力傳感器把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)A/D0809轉(zhuǎn)換之后送到單片機(jī)經(jīng)過處理后，也通過數(shù)碼管顯示其壓力值。在設(shè)計(jì)中有一個(gè)溫度與壓力值交替顯示的按鍵，它可以按人們的意愿去選擇顯示溫度值還是壓力值。</p><p>　　如果報(bào)警器啟動(dòng)后，設(shè)有報(bào)警消除按鈕，消除報(bào)警；

29、有溫度和壓力轉(zhuǎn)換按鈕，可以輪流顯示溫度和壓力值。</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖</p><p>　　在實(shí)際的硬件電路中，用3個(gè)發(fā)光二極管來模擬水泵的全開，半開，全關(guān)三種狀態(tài)。4個(gè)液位傳感器用一個(gè)電位器來模擬，通過調(diào)節(jié)電位器的電壓值大小，來模擬液位的幾種狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為MOC3041雙向可控硅來驅(qū)動(dòng)水泵的工作，報(bào)警器件選擇壓電蜂鳴器。</p><p&

30、gt;　　示方法有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。</p><p><b>　　3.4.1靜態(tài)顯示</b></p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小。</p>

31、;<p>　　3.4.2 動(dòng)態(tài)顯示</p><p>　　如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。因此只能利用人眼視覺的殘留效應(yīng)，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法，逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，是人眼看起來就好像在同時(shí)顯示不同的字符一樣。 </p><p>　　在進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，往往事先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容，這樣也就可以選擇被顯示字符的顯示段碼。為此，

32、一般采用查表的方法，由待顯示的字符通過查表得到其對(duì)應(yīng)的顯示段碼。</p><p>　　3.4.3 該設(shè)計(jì)中顯示電路的選擇</p><p>　　可以提供單獨(dú)鎖存的I/O接口電路很多，且靜態(tài)顯示的軟件設(shè)計(jì)比較容易。所以在設(shè)計(jì)中選擇常用的串并轉(zhuǎn)換電路74LS164靜態(tài)顯示電路。STC89C52單片機(jī)串行口方式0為移位寄存器方式，外接3片74LS164作為3位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把STC8

33、9C52的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時(shí)鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。T（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只

34、有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hg···a各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，再來一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出。該電路中3片7LS164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個(gè)</p><p>　　圖 3-6 顯示電路圖</p>&l

35、t;p>　　3.5 液位控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 液位控制電路的工作原理及液位控制狀態(tài)圖</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，液位的幾種狀態(tài)是通過電位器的不同電壓來模擬的，采用的電位器電壓范圍為0—5V。加水裝置水泵的各種狀態(tài)由三個(gè)發(fā)光二極管模擬，由于設(shè)計(jì)只是模擬系統(tǒng)，壓力傳感器不易買到，所以壓力的顯示直接采用軟件賦值的方式。</p><p>

36、　　設(shè)定電位器的電壓值為1V表示下下限，2V表示下限，3V表示上限，4V表示上上限。當(dāng)電位器電壓值0≦X<1時(shí)，說明液位處于下下限以下，此時(shí)水泵加水開度最大，水泵工作指示燈P2.4亮,且三個(gè)發(fā)光二極管全亮（P1.3—P1.5），同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)操作人員聽到報(bào)警聲時(shí)，可以按下消除報(bào)警按鈕(P1.0)停止報(bào)警，并對(duì)系統(tǒng)做相應(yīng)的處理；當(dāng)電位器的電壓值1≦X<2時(shí)，說明液位處于下限與下下限之間，此時(shí)水泵依然加水（P2.4

37、依然亮），開度處于正常流量，有倆個(gè)二極管亮(P1.3和P1.4)；當(dāng)電位器的電壓值2≦X<3時(shí)，說明液位處于下限與上限之間，此時(shí)液位處于正常狀態(tài)，液位正常指示燈P2.3亮，此時(shí)水泵依然加水（P2.4依然亮），開度最小，有一個(gè)二極管亮(P1.3) ，用于維持正常的液位；當(dāng)電位器的電壓值3≦X<4時(shí)，說明液位處于上限限與上上限之間，此時(shí)停止水泵加水（水泵工作指示燈P2.4滅），正常液位指示燈P2.3同時(shí)熄滅；當(dāng)電位器的電壓值4≦

38、X時(shí)，說明液位超過上上限，啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警，此時(shí)水泵依然不工作（水泵工作指示燈P2.4滅）。其液位狀態(tài)表示電路圖如圖3-7所示(其中圖（a）所示是水</p><p>　　(a) 水泵開度大小的模擬電路</p><p>　　（b） 液位正常與不正常時(shí)的指示燈電路</p><p>　　(c) 液位報(bào)警電路</p><p>　　圖 3-7

39、液位控制狀態(tài)電路圖</p><p>　　3.5.2 液位控制的控制電路</p><p>　　在設(shè)計(jì)中采用了雙向可控硅MOC3041驅(qū)動(dòng)電路控制水泵的啟停的。MOC304l芯片是一種集成的帶有光耦的雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路。它內(nèi)部集成了發(fā)光二極管、雙向可控硅和過零觸發(fā)電路等器件，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳如圖3-8所示。</p><p>　　圖 3-8 MOC3041 的內(nèi)

40、部結(jié)構(gòu)</p><p>　　從圖中可以看出，它由輸入和輸出兩部分組成。輸入部分是一個(gè)砷化鎵發(fā)光二極管，在5-15mA正向電流的作用下，發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，去觸發(fā)輸出部分。輸出部分包括一個(gè)硅光敏雙向可控硅和過零觸發(fā)器。在紅外線的作用下，雙向可控硅可雙向?qū)?，與過零觸發(fā)器一起輸出同步觸發(fā)脈沖，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)一外部的雙向可控硅。由MOC304l組成的過零觸發(fā)雙向可控硅電路簡(jiǎn)單可靠，液位控制電路圖如圖3-9所示。<

41、;/p><p>　　圖 3-9 液位控制電路圖</p><p>　　該部分的工作過程是：當(dāng)單片機(jī)的P2.5輸出為低電平時(shí)，圖3-9所示的MOC3041構(gòu)成的輸出通道圖MOC3041內(nèi)部導(dǎo)通，G端出現(xiàn)同步觸發(fā)脈沖，控制可控硅導(dǎo)通，打開水泵；當(dāng)P2.5為高電平時(shí)，MOC3041內(nèi)部截止，可控硅斷開，關(guān)閉水泵。（設(shè)計(jì)中用一個(gè)二極管來模擬水泵的開與關(guān)。）</p><p>　　

42、3.5.3 液位控制中的“虛假水位”</p><p>　　影響汽包液位的因素除了加熱汽化這一正常因素外,還有蒸汽負(fù)荷和給水流量的波動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷突然增大,汽包壓力突然降低,水就會(huì)急劇汽化,出現(xiàn)大量氣泡,形成了“虛假液位”。    如果使用簡(jiǎn)單的鍋爐汽包液位的單沖量控制系統(tǒng)(如圖3-10所示) ,一旦負(fù)荷急劇變化,虛假液位的出現(xiàn),調(diào)節(jié)器就會(huì)誤以為液位升高而關(guān)小供水閥門

43、。影響了生產(chǎn)甚至造成危險(xiǎn)。 圖 3-10 鍋爐汽包液位的單沖量控制圖    為此,圖3-11采取了鍋爐汽包液位的雙沖量控制,它在單沖量的基礎(chǔ)上,再加一個(gè)蒸汽沖量,以克服“虛假液位”。其中調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥,液位調(diào)節(jié)器采用正作用,調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)在加法器內(nèi)與蒸汽流量信號(hào)相減。雙沖量實(shí)際上是前饋與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷突然變化時(shí),蒸

44、汽的流量信號(hào)通過加法器,使它的作用與水位信號(hào)的作用相反;假液位出現(xiàn)時(shí),液位信號(hào)a 要關(guān)小給水閥, 而蒸汽信號(hào)b是開大給水閥,這就能克服“虛假液位”的影響。但是如果給水壓力本身有波動(dòng)時(shí),雙沖量控制也不能克服給水量波動(dòng)的影響。</p><p>　　圖 3-11 鍋爐汽包液位的雙沖量控制圖    這就要用如圖3-12 所示的鍋爐汽包液位的三沖量調(diào)

45、節(jié)系統(tǒng)。即再加一個(gè)給水流量的沖量c ,使它與液位信號(hào)的作用方向一致,這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于引進(jìn)了液位、給水流量及蒸汽流量三個(gè)參數(shù),叫做三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)三個(gè)沖量在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入位置不同,三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有多種方案,下面討論一種常見的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng):蒸汽流量和給水流量前饋與汽包液位反饋所組成的三沖量系統(tǒng)。圖3-12 中所示的三沖量系統(tǒng),汽包液位是被控變量,是主沖量信號(hào),蒸汽流量和給水流量是輔助沖量信號(hào)。系統(tǒng)將蒸汽流量和給水流

46、量前饋到汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中去,一旦蒸汽流量或給水流量發(fā)生波動(dòng),不是等到影響到液位才進(jìn)行調(diào)節(jié),而是在這兩個(gè)流量改變之時(shí)就能通過加法器立即去改變調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行校正,故大大提高了液位這個(gè)被調(diào)參數(shù)的調(diào)節(jié)精度。</p><p>　　圖 3-12 鍋爐汽包液位的三沖量控制圖    在穩(wěn)定狀態(tài)下,液位測(cè)量信號(hào)等于給定值,液位調(diào)節(jié)器的輸出,蒸汽流量及給水流量等三個(gè)信號(hào),通過加法器得到的

47、輸出電流為:I0 = K1I1-K2I2+K3I3式中,I1為液位調(diào)節(jié)器的輸出電流；I2為蒸汽流量變送器的電流；I3為給水流量變送器的電流；K1、K2、K3分別為加法器各通道的衰減系數(shù)。設(shè)計(jì)K2I2=K3I3此時(shí)I0正是調(diào)節(jié)閥處于正常開度時(shí)所需要的電流信號(hào)(為了安全調(diào)節(jié)閥必須用氣關(guān)閥) 。假定在某一時(shí)刻,蒸汽負(fù)荷突然增加,蒸汽流量變送器的輸出電流I2 相應(yīng)增加,加法器的輸出電流I0 就減

48、少,從而開大給水調(diào)節(jié)閥。但是與此同時(shí)出現(xiàn)了假液位現(xiàn)象,液位調(diào)節(jié)器輸出電流I1 將增大。由于進(jìn)入加法器的兩個(gè)信號(hào)相反, 蒸汽流量變送器的輸出電流I2會(huì)抵消一部分假液位輸出電流I1,所以,假液位所帶來的影響將局部或全部被克服。待假液位過去,水位開始下降,液位調(diào)節(jié)器輸出電流I1開始減小,此時(shí),它與蒸汽流量信號(hào)變化的方向相反,因此加法器的輸出電I0 減小,意味著要求增加給水量,以適應(yīng)新的負(fù)荷需要并補(bǔ)充液位的不足。調(diào)

49、節(jié)過程進(jìn)行到液面重新穩(wěn)定在給定值,給水量和蒸發(fā)</p><p>　　圖 3-13 為三沖量液位調(diào)節(jié)方案圖</p><p>　　從上面分析可以看出三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時(shí)克服負(fù)荷(蒸汽量)和給水流量的干擾作用,調(diào)節(jié)精度高,適用于汽包容積較小、負(fù)荷和給水干擾較大的場(chǎng)合。單沖量適合在汽包容積較大、負(fù)荷變化比較小的場(chǎng)合。雙沖量調(diào)節(jié)適合于鍋爐容積較小,給水壓力波動(dòng)不大的場(chǎng)合。鍋爐汽包液位采用三

50、沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng),實(shí)踐證明效果良好。 </p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中，“虛假水位”只做理論參考，實(shí)際設(shè)計(jì)也不會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”，故沒有這部分的處理。</p><p>　　3.6 測(cè)溫電路及溫度傳感器的選擇</p><p>　　3.6.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　目前我們可選擇許多類型的IC溫度傳感器與多種多

51、樣的應(yīng)用相匹配。從簡(jiǎn)單的模擬輸出溫度傳感器到數(shù)字輸出的本地傳感器再到具有遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)功能和復(fù)雜風(fēng)扇控制算法的高度集成的溫度監(jiān)視系統(tǒng)。</p><p><b>　　模擬溫度傳感器</b></p><p>　　初期的IC溫度傳感器是提供一個(gè)與溫度成比例的輸出電壓或電流。通過改變熱敏電阻，使其為電阻隨溫度呈非線性關(guān)系變化的特性?，F(xiàn)在的模擬溫度傳感器無需附加線性化電路來校準(zhǔn)熱

52、敏電阻的非線性，當(dāng)要求電壓與溫度之間呈線性關(guān)系時(shí)，它是良好的選擇。</p><p>　　雖然新的數(shù)字輸出溫度傳感器已經(jīng)在許多應(yīng)用中取代了模擬輸出溫度傳感器，但是模擬輸出溫度傳感器仍然有用武之地。例如，AD590電流輸出溫度傳感器。該器件經(jīng)常用于遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)，因?yàn)楦咦杩闺娏鬏敵鍪蛊鋵?duì)長(zhǎng)線路傳輸?shù)碾妷航挡幻舾校⑶疫€能用于多種多樣的溫度檢測(cè)器應(yīng)用，具有+4 V ～ +30 V寬工作電壓范圍。</p>&

53、lt;p><b>　　數(shù)字輸出溫度傳感器</b></p><p>　　在許多應(yīng)用中，最終需要以數(shù)字形式提供溫度數(shù)據(jù)。這可以通過將一個(gè)模擬溫度傳感器的輸出接到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來實(shí)現(xiàn)。然而，隨著IC產(chǎn)品制造技術(shù)的進(jìn)步，將這種ADC和許多其它功能一起集成到溫度傳感器的管芯上已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)有效的方法。它能降低成本、印制電路板（PCB）面積和功耗，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的任務(wù)。</p

54、><p>　　數(shù)字溫度傳感器類似于模擬溫度傳感器，但是它的輸出不是以電流或電壓形式而是將其轉(zhuǎn)換為1或0形式的數(shù)字量。因此，數(shù)字輸出溫度傳感器適合于連接到一個(gè)MCU。</p><p>　　3.6.2 溫度檢測(cè)電路</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中溫度的測(cè)量是采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20為一線式數(shù)字溫度傳感器，它只有3個(gè)引腳，體積小，分辨率高，與單片機(jī)連

55、線只需要一個(gè)I/O口就可以，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，硬件電路簡(jiǎn)單且價(jià)格也不貴。故采用此傳感器來實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)。（關(guān)于DS18B20的具體介紹在第二章的芯片資料）</p><p>　　圖3-14 溫度測(cè)試電路圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]高鋒． 單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]． 北京

56、：科學(xué)出版社.2003．</p><p>　　[2]鄭風(fēng)翼． 電工儀表與測(cè)量[M]一E 北京：人民郵電出版社.1999．</p><p>　　[3]房小翠，王金鳳． 單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M]． 北京：國(guó)防工業(yè)出版社.1999．</p><p>　　[4]肖洪兵.李朝暉．吳新峰等． 單片機(jī)控制的自來水節(jié)能加熱裝置[J]．自動(dòng)化博覽，199

57、9(3)：20-22．</p><p>　　[5]王化祥，張淑英．傳感器原理及應(yīng)用[M]． 天津：天津大學(xué)出版社．2004． (編輯明濤)</p><p>　　[6] 于鳳明主編. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社.1998年9月版</p><p>　　[7] 趙佩華主編.　 單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].　　 機(jī)械工業(yè)出版社.　2003年1

58、月版. </p><p>　　[8] 王福瑞主編. 單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]. 北京航天航空大學(xué)出版社.</p><p>　　[9] 潘新民,王艷芳. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]. 高等教育出版社.</p><p>　　[10]李廣第編著. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1998.</p>&l

59、t;p>　　[11]劉光武等編著.單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:人民郵電出版社.2003.</p><p>　　[12]張良儀等編著. 工業(yè)鍋爐微機(jī)控制[M].上海:上海交通大學(xué)出版社.1999.</p><p>　　[13]高文煥等編著.模擬電路的分析與設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社.2002.</p><p>　　[14]彭軍編著.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].

60、西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2002.</p><p>　　[15]楊小川編著.ProtelDXP設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社.2003.</p><p>　　[16]肖玲妮等主編.Poretl99SE印刷電路板設(shè)計(jì)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社.</p><p><b>　　2003.</b></p><p

61、>　　[17]張毅剛編著.MCS一51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.</p><p>　　[18]孫傳友等編著.測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2002</p><p>　　[19]龔尚福主編.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2003.</p><p>　　[20]孫玉芳等譯.嵌入式計(jì)算機(jī)系