【正文】 了他們的原理、結(jié)構(gòu)和電路連接。液位控制是利用由高亮二級管和光敏三級管所組成的液位傳感器把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號 ,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809把輸出狀態(tài)直接接到單片機的 I/O接口，單片機經(jīng)過運算控制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接 LED進行顯示 ,實現(xiàn)液位報警和鍵盤顯示與控制；其壓力控制是通過壓電傳感器將接受的信號轉(zhuǎn)變成電信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0809進行轉(zhuǎn)換后與 8051單片機接口相連，使其 與設(shè)定值相比較從而實現(xiàn)壓力報警和控制 。它是在 MCS48 系列的基控制執(zhí)行裝置 C P U LED 顯示 報警裝置 傳感器 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的 8 位單片機。 CPU 是它的核心設(shè)備 ,從功能上看 ,CPU 包括兩個部分 :運算器和控制器 ,它執(zhí)行對輸入信號的分析和處理。根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進行開關(guān)水泵 ,以及是否到達危險高、低水位 ,需要關(guān)閉閥門。 Pin18:時鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳， Pin1Pin1 為 輸入輸出腳 ,Pin21Pin28 為 輸入輸出腳， Pin10Pin17 為 輸入輸出腳。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序 。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。在編程時， EA/Vpp 腳還需加上 21V 的編程電壓。但是當(dāng)光照 PN 結(jié)時，只要光子能量 h 大于材料的禁帶寬度，就會在 PN 結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子、空穴對，從而使 P 區(qū)和 N 區(qū)少數(shù)載流子濃度大大增加，它們在外加反向電壓和 PN 結(jié)內(nèi)電場作用下定向運動，分別在兩個方向上渡越 PN 結(jié)，使反向電流明顯增大。它的原理和光敏二極管相似 ,也是產(chǎn)生光電效應(yīng)。當(dāng)水位到達某一光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。它涉及了 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇參考電壓源的配置、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的極性等問題，而其中最核心的問題是 D／ A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇與應(yīng)用問題。電子開關(guān)組受輸入二進制數(shù)據(jù) D7～ DO 控制，當(dāng)某一位為 “1”時，則電子開關(guān)閉合，基準(zhǔn)電壓Vin 接電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，使某一支路電阻上有電流流過。就 8 位 D／ A 轉(zhuǎn)換器而言，每一數(shù)字輸入位所代表的輸出模擬量是其相鄰的 2 倍，這樣就組成二進制數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換器。 2)相對精度。數(shù)字變化量是滿刻度時，達到終值 177。 其工作過程是：比較開始時，首先對二進制計數(shù)器 (輸出鎖存器 )的最高位置 “1”，然后進行轉(zhuǎn)換、比較判斷。將此數(shù)字量輸出就完成了 A／ D 轉(zhuǎn)換過程。 ADC0809 是 8 位 8 通路逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓在 (O～ 5)V，最大不可調(diào)誤差小 177。為實現(xiàn) 8 路模擬通道能有條不紊地工作，首先通過地址譯碼鎖存器選通所要開通的 8 路模擬通道中的一路開關(guān)，將模擬信號送入 A/D 轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn) A/D 的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)放到三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器中等待 CPU 來取，取后由 CPU 啟動新一次的地址譯碼，重復(fù)以上完成新一次的 A/D 轉(zhuǎn)換。在 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個帶有模擬開關(guān)樹組的 256 電阻分壓器，以及一個逐次逼近型寄存器。用 LED 是因為它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長的特點。因而使用 LED 的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是單片機定時的對顯示器進行掃描。 鍵盤是有若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，來實現(xiàn)簡單的人機對話。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e nt s a nd S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d dbD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4L S 16 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KA17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 4 圖 27 LED 顯示器 Fit27 LED display 自動報警電路 下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報警。 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e nt s a nd S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d dbD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4L S 16 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KQLSS P E A K E RR1K+ 12231UA7 4L S 33A17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 412 3UA 圖 28 自動報警電路的接線圖 Fit28 wiring diagram of automatic alarm circuit 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 傳感器的選擇設(shè)計 在本設(shè)計中 ,傳感器的選擇是非常重要的 ,傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置 ,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ,它的性能直接影響到整個檢測系統(tǒng) ,對檢測精確度起著重要的作用。當(dāng)水位到達某一光敏 三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。早期的用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。 由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 (光學(xué)測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關(guān) )式光電傳感器。光電傳感器中的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng) ,通常把光電效應(yīng)分為三類： 1)在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。 我們知道， PN 結(jié)加反向電壓時，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 P 區(qū)中少數(shù)載流子 (電子 )和 N 區(qū)中的少數(shù)載流子 (空穴 )都很少，因此反向電流很小。其結(jié)構(gòu)如圖 211 所示。這樣集電極電流 IC 將隨入射光照度的改變而更加明顯地變化。 光敏三級管是由高亮二極管進行發(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。 a )b )c )d )12222111333Ix 1x 2x 3Φ 1Φ 2光 源光 學(xué) 通 路光 電 元 件a ) 被 測 量 是 光 源 b ) 被 測 量 吸 收 光 通 量 c ) 被 測 量是 有 反 射 能 力 的 表 面 d ) 被 測 量 遮 蔽 光 通 量1 被 測 物 2 光 電 元 件 3 恒 光 源曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 由曲線可以看出，當(dāng)入射光波長增加時，相對靈敏度要下降，這是因為光子能量太小，不足以激發(fā)電子 —空穴對。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管性能較差。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。 4)溫度特性 溫度的變化對光敏晶體管的亮電流影響較小，但是對暗電流的影響卻十分顯著，如圖 所示。同時還可以在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a償措施，或者將光信號進行調(diào)制，對輸出的電信號采用交 流放大，利用電路中隔直電容的作用，就可以隔斷暗電流，消除溫度的影響。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個數(shù)量級。 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 我選用的是光電式傳感器來對溫度進行測量 因為它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點。 正常的爐膛內(nèi)的溫度能夠確保鍋爐安全的使用 ,鍋爐的設(shè)計工作溫度一般低于 90176。 光電耦合器采用密封管殼 ,不受外界光的干擾 ,具有其穩(wěn) 定性 ,同時器件利用光作為信號傳輸介質(zhì) ,輸入端和輸出端之間在電氣上是完全絕緣的。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，如石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等。 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取 壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 1 9 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 2 2\ B a c k up of 1 1. S c h D r a w n B y : U1 U?O P T O I S O 1 R?R E S 2 + V C C 2+ V C C 1 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 選取合適的壓電材料是壓電式傳感器的關(guān)鍵，一般應(yīng)考慮以下主要特性進行選擇： 1)具有較大的壓電常數(shù)。轉(zhuǎn)變電高可以得到較寬的工作溫度范圍。在無外電場作用時，各個電疇在晶體中無規(guī)則排列，它們的極化效應(yīng)互相抵消。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時，則在垂直于 Z 軸的表面上將會出現(xiàn)電荷，見圖 214，其電荷量 q 與作用力 F 成正比，即 q= dzzF (27) 式中， dzz為縱向壓電系數(shù)。 因此可以把壓電式傳感器等效成一個與 電容相并聯(lián)的電荷源，如圖 215 所示 。壓電傳感器的前置放大器有兩個作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號進行放大。圖 217 是電荷放大器連接的等效電