基于单片机的锅炉液位控制系统设计1Word格式.docx
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基于单片机的锅炉液位控制系统设计1Word格式.docx
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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0~5V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;
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。
图2系统电路图
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,将信号输入到此接口,如图3所示;
图3串行输出口扩展结构框图
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0~5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,任何一个按键按下时通过门电路都会向CPU申请中断,在中断服务程序中,读入P1口的值,从而判断是哪一个按键被按下;
另外六路为查询方式,在平时,所有的数据输入线都通过上拉电阻被连接成高电平,当任何一个按键被按下时与之连接的数据输入线将被拉成低电平,要判断是否有键被按下,只要用位处理指令即可。
对按键是否被按下,需采用软件消抖的办法,以消除按键在闭合和断开瞬间所伴随有一连串抖动所带来的不利影响。
这种键盘的优点是结构简单、使用方便,但随着键数增加所占用的I/O口线增加。
在使用键数不多的单片机系统中,使用这种键盘非常方便。
3.3输出通道设计
在输出通道中,有显示电路、报警输出电路,驱动电路等,但最重要的是控制水泵启停的双向可控硅驱动电路,我们着重介绍双向可控硅驱动电路MOC3041电路。
过去,在我们设计输出控制通道时往往选用继电器,但由于其噪声大和机械性能方面的原因,现在已很少见。
随之而来的是无触点开关—双向可控硅的使用,但在实际设计工作中,需要采用同步过零触发电路进行同步触发。
由于这部分电路包括比较器、单稳态电路和光电隔离器等器件,芯片多,结构较复杂,在实际应用中容易出故障,给用户带来很多不便。
在设计当中,我们充分总结了过去的经验和教训,在原有电路的基础上采纳了MOTOROLA公司推出的单片集成可控硅驱动器MOC3041,从而顺利地解决了这一问题。
MOC3041芯片是一种集成的带有光耦的双向可控硅驱动电路。
它内部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路等器件,它的内部结构和外部引脚如图4所示。
图4MOC3041内部结构和外部引脚
从图中可以看出,它由输入和输出两部分组成。
输入部分是一个砷化镓发光二极管,在5~15mA正向电流的作用下,发出足够强度的红外光,去触发输出部分。
输出部分包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器。
在红外线的作用下,双向可控硅可双向导通,与过零触发器一起输出同步触发脉冲,去控制执行机构—外部的双向可控硅。
由MOC3041组成的过零触发双向可控硅电路简单可靠,电路如图5所示。
图5由MOC3041构成的输出通道图
其中:
R1:
限流电阻,控制LED的触发电流;
Rg:
门极电阻,提高控制极的抗干扰能力;
R:
控制回路限流电阻,保护3041中的双向可控硅;
Cp:
构成吸收回路,承受反向电压。
该部分的工作过程是:
当单片机的P3.l输出为低电平时,3041内部导通,G端出现同步触发脉冲,控制可控硅导通,打开水泵;
当P3.1为高电平时,3041内部截止,可控硅断开,关闭水泵;
4软件设计
4.1工作流程
本装置的软件包括主程序、液位设定子程序以及有关8255芯片的程序(初始化子程序、写程序和读程序),键盘设定子程序,报警输出子程序等。
这里主要介绍主程序,工作流程如图6所示。
主程序完成的功能是:
启动传感器采集信号,输入转换器进行转换,输入单片机进行数据处理,将处理结果与给定值比较,比较结果进入输出通道:
若Hx=H1,则表示达至低液位,置P3.1为低电平,可控硅导通,启动水泵供水;
此时,进入供水阶段。
在该过程中继续对液位进行监测。
当Hx=H2,则表示达至高液位,置P3.1为高电平,断开可控硅,停止水泵供水。
等待下一次的启动命令。
4.2程序设计
本控制系统程序见附录。
图6主程序流程图
5结束语
经过两年来的应用和改进,目前该装置运行可靠,效果良好。
它的特点是:
·
实时显示液位所处位置,水泵、电源等工作状态;
以智能化控制对锅炉液位进行控制,在Hx=H1时,启动水泵供水;
到Hx=H2,自动停止水泵供水;
可采用PID算法和开关控制等方法进行控制;
可随时通过按键修改低水位与高水位;
通过报警器件输出报警。
参考文献
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科学出版社,2003
[2]郑风翼.电工仪表与测量.北京:
人民邮电出版社,1999
[3]房小翠,王金凤.单片机实用系统设计技术.北京:
国防工业出版社,1999
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[6]尹明,闫可银.锅炉补水控制系统的研制.高师理科学刊,2003,3:
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[7]张津,陈惠明,张文建等.8098单片机控制的自动加氨装置.电测与仪表,1994,2:
29~31
[8]王化祥,张淑英.传感器原理及应用.天津:
天津大学出版社,2004
谢词
经过了两个多月的努力,终于完成了毕业设计。
在这次毕业设计中,感谢院系领导给我们创造良好的环境和机会,让我们能够将所学得的知识学以所用;
更感谢这次设计的指导老师刘法治的不倦教导和大力帮助,也感谢我的同学对我的帮助,让我顺利完成毕业设计。
通过这次设计也使我了解和学得了许多专业的前沿知识,最终得以圆满地完成了毕业设计任务,在此表示最衷心的感谢!
附录:
参考程序清单
DIR显示子程序清单如下:
DIR:
MOVR0,#7EH ;
显示缓冲区末地址→R0
MOVR2,#01H
MOVA,R2
DIR1:
MOVDPTR,#7F01H ;
8255PB口地址→DPTR
MOV@DPTR,A
INCDPTR;
数据指针指向8255PC口
MOVA,@R0;
取显示数据
ADDA,#0DH;
加上偏移量
MOVCA,@A+PC;
取出字型码
MOVX@DPTR,A;
送出显示
ACALLYS11;
调出延时子程序
DECR0;
数据缓冲区地址减1
MOVA,R2
JBACC.5,LD1;
扫描到最左边的显示器吗?
RLA;
没有到,左移一位
MOVR2,A
AJMPDIR1
LD1:
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH
DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH
DB39H,5EH,79H,71H,73H,3EH
DB31H,6EH,1CH,23H,40H,03H
DB18H,00H,00H,00H,
YS11:
MOVR7,#02H;
延时1ms子程序
YS:
MOVR6,#0FFH
YS1:
DJNZR6,DL1
DJNZR7,DL
RET
键盘扫描子程序清单:
KD1:
MOVA,#00000011H
MOVDPTR,#7F00H
MOVX@DPTR,A
KEY1:
ACALLKS1
JNZLK1
ACALLDIS
AJMPKEY1
LK1:
ACALLDIS
ACALLKS1
JNZLK2
LK2:
MOVR2,#0FEH
MOVR4,#00H
LK4:
MOVDPTR,#7F01H
MOVA,R2
INCDPTR
INCDPTR
MOVXA,@DPTR
JBACC.0,LONE
MOVA,#00H
AJMPLKP
LONE:
JBACC.1,LTWO
MOVA,#08H
AJMPLKP
LTWO:
JBACC.2,LTHR
MOVA,#10H
AJMPLKP
LTHR:
JBACC.3,NEXT
MOVA,#18H
LKP:
ADDA,R4
PUSHACC
LK3:
JNZLK3
POPACC
RET
NEXT:
INCR4
MOVA,R2
JNBACC.7,KND
RLA
MOVR2,A
AJMPLK4
KND:
AJMPKEY1
KS1:
MOVDPTR,#7F01H
MOVA,#00H
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
MOVXA,@DPTR
CPLA
ANLA,#0FH
报警子程序:
ORG4000H
ALARM:
MOVDPTR,#SAMP;
采样存放首地址
MOVXA,@DPTR
MOV20H,#00H ;
清“0”报警标志单元
ALAPM0:
CJNEA,30H,AA;
水位>
上限吗?
ALARM1:
CJNEA,31H,BB;
水位<
DONZ:
MOVA,#00H
CJNEA,20H,FF;
有报警应转FF
SETB05H;
若无报警,05H置“1”,置绿灯
标志
MOVA,20H;
MOVP1,A;
置绿灯亮
FF:
SETB07H;
置电笛标志位
MOVA,20H
MOVP1,A;
输出报警
AA:
JNCAOUT1;
X1>
MAX1转AOUT1
AJMPALARM1
BB:
JCAOUT2;
X1<
MIN1转AOUT1
AJMPALARM2
AOUT1:
SETB00H;
水位上限报警
MOVP1,A
LCALLFF
AJMPFF
AOUT2:
SETB01H;
水位下限报警
AJMPDONE
INT0中断服务程序
INT0:
CLREA
PUSHPSW
SETBEA
MOV@R0,A
CLREA
POPPSW
POPACC
SETBEA
RETI
数据采集子程序:
ORG0013H
START:
MOVR0,#0A00H
MOVR2,#08H
SETBINT1
SETBEX1
MOVDPTR,#0FEF8H
READ1:
HERE:
SJMPHERE
DJNZR2,READ1
中断服务程序如下:
ORG0025H
INT1:
MOVX@R0,A
INCR0
主程序清单:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
LJMPKD1
ORG00BH
LJMPDIR
ORG0013H
LJMPSTART
ORG0025H
LJMPINT1
ORG0040H
LJMPALARM
MAIN:
MOVP2,#00H
MOVR0,#30H
MOVR4,#08H
MOVR2,#00H
SETBEX1
SETBIT1
MOVR1,#0013H;
ADC0809地址
MOVX@R1,A
SJMP$
END
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