【正文】 ,及其相關(guān)硬件來實(shí)現(xiàn)的鍋爐液位控制系統(tǒng) ,在用液位傳感器測液位的同時(shí) ,又用光電式隔離器和壓力傳感器對鍋爐的溫度和壓力進(jìn)行檢測， CPU循 環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài) ,并用 3位七段 LED顯示示液位高度 ,檢測液位、溫度和壓力等數(shù)據(jù) ,實(shí)施報(bào)警安全提示 ,當(dāng)鍋爐液位低于用戶設(shè)定的值時(shí) ,系統(tǒng)自動(dòng)打開泵上水 ,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí) ,系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵。采用高亮二極管和光敏三級管所組成的液位傳感器測量水位，可有 效保證水位的自動(dòng)控制，保證水質(zhì)無污染，能更好地對鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制 ,測量溫度時(shí)采取光電耦合器 ,實(shí)現(xiàn)光電隔離 ,避免了工作人員在現(xiàn)場進(jìn)行檢測操控 ,方便了人員對液位系統(tǒng)的控制 ,控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；采用壓力傳感器對壓力進(jìn)行測控，東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 3 采取 壓電陶瓷傳感器 ,可大大簡化設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)性能也更穩(wěn)定；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性價(jià)比，應(yīng)用前景廣，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)蒸汽與給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供暖，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。深圳在研制新型的測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就 ,盡管與其他國家比較尚有差距 ,但是 ,深圳的高校、研究院所的最大的特點(diǎn)就是實(shí)際 ,與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本不去考慮 ,主要考慮選取什么材料 ,測控什么物理量 ,優(yōu)點(diǎn)是什么 ,與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。一般 ,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差 ,干擾強(qiáng) ,利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn) ,因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 ,使用單片機(jī)控制鍋爐是很好的選擇。采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐系統(tǒng)有十分周到的安全機(jī)制 ,可以置多點(diǎn)的聲光報(bào)警和自動(dòng)連鎖停爐 ,杜絕 人為疏忽造成的重大事故。 3)提高鍋爐的熱效率 ,采用計(jì)算機(jī)控制后熱效率可以比以前提高百分之 5 到百分之 10,據(jù)統(tǒng)計(jì) ,120 噸的鍋爐 ,全年平均負(fù)荷為百分之 70 左右 ,以平均熱效率提高百分之 5 計(jì)算 ,全年節(jié)約 800 噸。如小型鏈條式工業(yè)鍋爐用的是新型測控裝置。東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 1 1 前 言 課題背景 目前我國的燃燒鍋爐的數(shù)量眾多 ,我國現(xiàn)有中、小型鍋爐 30 多萬臺(tái) ,每年耗媒量占我國原煤產(chǎn)量的四分之一 ,目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。因此這個(gè) 課題有現(xiàn)實(shí)的意義且市場的前景良好。 4)鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵等大功率電動(dòng)機(jī) ,由于鍋爐本身特性和選型的因素 ,這些風(fēng)機(jī)大部分不會(huì)滿負(fù)荷輸出的 ,原有的方式采用閥門和擋板控制流量 ,浪費(fèi)非常嚴(yán)重。 綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。 國內(nèi)外研究 的 現(xiàn) 狀 目前我國在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中 ,取得了很大的成績 ,總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn) ,但是各行 業(yè)仍處于發(fā)展期 ,經(jīng)調(diào)查 ,更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法 ,數(shù)年來這方面的研究的論文較多 ,著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。 一些發(fā)達(dá)國家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上 ,已積累了很多經(jīng)驗(yàn) ,奠定了基礎(chǔ) ,進(jìn)入了國際市場。本文就是采用 8051單片機(jī)為核心芯片的一種鍋爐控制系統(tǒng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。 系統(tǒng)硬件總 體方 案 系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級管所組成的液位傳感器對液面進(jìn)行控制 ,通過四對傳感器分別安裝在鍋爐內(nèi)四個(gè)不同的位置，由上至下 測量鍋爐液位值 ,。所以我在第三章著重介紹了這 3 種傳東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 4 感器。 本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定 ,測量準(zhǔn)確 ,大大簡化現(xiàn)場安裝 ,具有較高的性價(jià)比 ,有較大的工程應(yīng)用價(jià)值 ,而且 利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對鍋爐生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 6 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 鍋爐自動(dòng)控制包括對鍋爐的液位，壓力，溫度等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹鍋爐的液位控制。 控制執(zhí)行裝置 C P U LED 顯示 報(bào)警裝置 傳感器 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 7 核心芯片 8051 單片機(jī) 計(jì)算機(jī)芯片 MCS51 是一個(gè)電腦晶片 ,英特爾公司生產(chǎn)系列。其他系列的單片機(jī)都以它為核心 ,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是 8051 單片機(jī)。 系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測量鍋爐液位值 ,通過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在 LED上顯示及輸出控制 。 Pin19:時(shí)鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0”。 8 0 5 1R E S E TR E S E T 8 0 5 1V c c V c cS W2 2 u1 K91 K4 7 0 R2 2 u9上 電 自 動(dòng) 復(fù) 位 手 動(dòng) 復(fù) 位 電 路 圖 23 復(fù) 位電路 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 10 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí) ,此腳輸出負(fù)脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU讀入并執(zhí)行。 我采用的是四對高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位傳感器如下圖 1 2 3 4ABCD4321DCBALED1K1KGND設(shè) 計(jì)班 級指導(dǎo)教師日 期遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院曹 德 寶自動(dòng)化 0 3 6閻 馨2021 年 6 月 24 日鍋爐液位控制系統(tǒng) 圖 24 液位傳感器 由圖 24 可知，液位傳感器的主要元件是 高亮二極管和光敏三極管 ,它們都屬于光電元 件 ,光電元件主要采用的是 光電效應(yīng) ,光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng) , 光電效應(yīng)的原理是 PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于 P 區(qū)和 N 區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時(shí) P 區(qū)中少數(shù)載流子 (電子 )和東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 11 N 區(qū)中的少數(shù)載流子 (空穴 )都很少，因此反向電流很小。 光敏三級管是由高亮二極管進(jìn)行發(fā)光的 , 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。 水位檢測是通過四對高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的 、 、 、 口，實(shí)時(shí)對鍋爐里的水位進(jìn)行檢測。 D／ A 轉(zhuǎn)換基本原理 D／ A 轉(zhuǎn)換接口技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)后向通道典型應(yīng)用技術(shù)之一。 D／ A 轉(zhuǎn)換器主要由三部分構(gòu)成，即加權(quán)電阻解碼網(wǎng)、受輸入數(shù)字量控制的電子開關(guān)組和由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流轉(zhuǎn)換器。因此各支路的電流不僅決定于輸入數(shù)字量的值 (0或 1)，還決定于 “權(quán) ”，各支 路的電流如下： 0008811 1 178222222re f re fre f re fVVIDRRVVI D DRR? ? ???? ? ???東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 13 12 2 268222ref refVVI D DRR? ? ??? 因此，總電流為 Iout： 70 1 2 3 4 5 6 7 802 (2 4)2ref iout iiVI I I I I I I I I DR?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?70 1 2 3 4 5 6 7 80 2 ( 2 4 )2 r e f io u t iiVI I I I I I I I I DR?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 該總電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器后有 : 7 080 22 r e f io u t o u t iiVV R I D E N?? ? ? ? ? ? ? ??(2 5)? 其中 70 8 0, 2 (2 6 )2ref i iiVE N D???? 70 8 0, 2 (2 6)2ref i iiVE N D???? 由式（ 26）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對于 D／ A 轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來說是等效的。分辨率為 10 位的 D／ A 轉(zhuǎn)換器，表示它可以對滿量程的 1／ 1024 的增量做出反應(yīng)。 3)轉(zhuǎn)換時(shí)間。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為 ％～％。此時(shí) D／ A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入 (輸出鎖存器內(nèi)容 )即為對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)字量。 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片 本開發(fā)系統(tǒng)的 A／ D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件主要是由 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。由圖 26 可看芯片主要是由一個(gè) 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器、 8 路模擬輸入選通開關(guān)、地址鎖存及譯碼電路工作和三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eL e t t e rD a t e : 1 9 J u n 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 2 2 \ B A C K U P ~ 1 1 1 1 1 . B k p D r a w n B y :I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 0 8 0 9 圖 26 ADC0809 芯片的引腳圖 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。 鍵盤及顯示接口 顯示部分我采用三位 7 段 LED 顯示器， LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。由于LED 是固態(tài)的，所以它能延長傳感器的使用壽命。 在微型機(jī)系統(tǒng)中， LED 常用的顯示方法有兩 種。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一個(gè)八位輸出控制，我的設(shè)計(jì)就是采用的就是靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。還有非前者用軟件來識(shí)別和產(chǎn)生代碼，后者則用鍵盤來識(shí)別，鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對鍵盤的管理，顯示具體見下圖。 4)循環(huán)泵故障報(bào)警，當(dāng)循環(huán)泵開啟后，出水與回水溫度的差值很大，認(rèn)為循環(huán)泵故障，報(bào)警系 統(tǒng) 報(bào)警。水位檢測是通過四對高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的 、 、 、 口，實(shí)時(shí)對鍋爐里的水位進(jìn)行檢測。 光電式傳感器 光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。 光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非 常廣泛。通過吸收高亮二極管的光來測量液位的高度 ,在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器 ADC0809 中。 3)在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。 而光敏三極管有兩個(gè) PN 結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度。這個(gè)過程與普通三極管的電流放大作用相似，它使集電極電流 IC 是原始光電流的 (l+β)倍。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。 光電式傳感器的基本特性 1)光譜特性 在入射光照度一定時(shí) ，光敏晶體管的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光敏晶體管只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光敏晶體管的光譜特性，見圖 211。硅管的峰值波長為 ，鍺管的峰值波長為 。 2)伏安特性 光敏三極管在不同照度下的