【正文】 1110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 大圖 \ B a c k up of B A C K U P ~ 1 4. D D BD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 05 1 圖 8051 引腳圖 上圖是 8051 的引腳配置， 40個(gè)引腳中，正電源 一根， 地線 一 根，石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8位共 32 個(gè) I/O 口， P3 與 中斷口線 P3 口線 復(fù)用 。 CPU 是它的核心設(shè)備 ,從功能上看 ,CPU 包括兩個(gè)部分 :運(yùn)算器和控制器 ,它控制執(zhí)行裝置 C P U LED 顯示 報(bào)警裝置 傳感器 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。它是在 MCS48 系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的 8位單片機(jī)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 鍋爐自動(dòng)控制包括對(duì)鍋爐的液位，壓力，溫度等的控制，本 設(shè)計(jì)主要 介紹鍋爐的液位控制。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開(kāi)水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開(kāi)水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意 ，加水電磁閥可能出故障。還采用了光電傳感器和電壓式傳感器來(lái)對(duì)鍋爐溫度壓力進(jìn)行測(cè)量，因此我們所提到的鍋爐常用于供暖而不是工業(yè)上的燃燒鍋爐。并通過(guò)四對(duì)傳感器分別安裝在鍋爐四個(gè)不同位置來(lái)測(cè)量鍋爐液位。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 4 研究方案及預(yù)期結(jié)果 本設(shè)計(jì)采用 8051 單片機(jī)為核心，及相關(guān)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)控制不僅具有體積小、安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用前景廣、具有很高的性價(jià)比。 使用單片機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有較高的使用價(jià)值和成本較低穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)。在我過(guò)上海沿海等地生產(chǎn)鍋爐水位控制所需要的器材的實(shí)力比較雄厚，生產(chǎn)廠商能夠讓理論產(chǎn)物和實(shí)際產(chǎn)物能夠很好地結(jié)合，生產(chǎn)多高效實(shí)際合理的工業(yè)設(shè)備。采用微機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。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(kāi)啟補(bǔ)水泵，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液面的控制 ， 從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制液面的目的。 摘 要 本設(shè)計(jì)任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一種鍋爐液位控制器，它以 8051 作為控制器，通過(guò) 8051單片機(jī)，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(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，同時(shí)也具有壓力報(bào)警和顯示控制的功能 ,并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。而鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生正是能夠有效緩解這 一現(xiàn)狀的良好契機(jī)，鍋爐水位控制系統(tǒng)是微型計(jì)算機(jī)軟件，硬件，自動(dòng)控制，鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，作為鍋爐控制裝置，其主要目的是保證鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少能源的損耗更加合理高效的利用能源，減輕操作人員的勞動(dòng)程度。而我們現(xiàn)在要把鍋爐水位控制系統(tǒng)能夠很好地全面的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中這還需要大家的努力。 雖然單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)雖然問(wèn)世不久，然而體積小、廉價(jià)、功能強(qiáng)、其銷售額已每年近 80%的速率增長(zhǎng)。對(duì)液位壓力測(cè)量使用電陶瓷傳感器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。具有較高的優(yōu)越性和使用價(jià)值。 系統(tǒng)硬件總體方案 系統(tǒng)采用高亮二級(jí)管和光敏三極管對(duì)液位進(jìn)行控制。然后根據(jù)當(dāng)前液位值和用戶設(shè)定的水位來(lái)決定水位是否開(kāi)關(guān)水泵。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏 三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。第四章介紹了整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 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)。根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)關(guān)水泵 ,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位 ,需要關(guān)閉閥門(mén)。 Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi) EPROM 抄寫(xiě)程序時(shí)，接 +5V 電源。 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳 ， Pin1Pin8 為 輸入輸出腳 , Pin21Pin28 為 輸入輸出腳， 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 Pin10Pin17 為 輸入輸出腳。 RESET 由高電平 變 為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)， 確定單片機(jī)是否工作， 也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。在編程時(shí)， EA/Vpp腳還需加上 21V的編程電壓。如果入射光照 強(qiáng) 度變化，光生電子 及 空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過(guò)外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng) 。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(dá)某一光敏三極管的位置時(shí) ，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。 使每一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流 ，電流的大小 則 正比于相應(yīng)的二進(jìn)制位的權(quán)。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： 式（ ） 因此，總電流為 Iou 70 1 2 3 4 5 6 7 8 0 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 : 708 0 22 r e f io u t o u t iiVV R I D E N?? ? ? ? ? ? ? ?? 其中 70 8 0, 2 (2 6)2ref i iiVE N D???? 由式（ ）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于 D／ A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來(lái)說(shuō)是等效的。 ② 相對(duì)精度。LSB ／ 2 所需要的時(shí)間，通常為幾十納秒至幾微秒。 如果 模擬輸入 Uin 大于 Ui，比較器輸出為 1，輸出鎖存器的最高位保持為 1。 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片 本次設(shè)計(jì) 的 A／ D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件是由 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。 8 路模擬通道 要 能 正常 工作，首先通過(guò)地址譯碼鎖存器選通所要開(kāi)通的 8路模擬通道中的一路開(kāi)關(guān)，將模擬信號(hào) 進(jìn)行 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 ，由 CPU 讀取 后由 CPU 啟動(dòng)新一次 的地址譯碼，重復(fù)以上完成新一次的 A/D 轉(zhuǎn)換。 LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì) 60 年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在 電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來(lái)用。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。非編碼鍵盤(pán)有并行接口掃描和串聯(lián)接口掃描，我采用的是串行接口，它的組成是由移位寄存器74LS164 和六個(gè)鍵組成， 74LS164 是一個(gè) 14 位腳的寄存器，集成電路芯片，由 8051 串行接口 的 TXD 端輸出列掃描信號(hào)到 74LS164 的 2引腳，鍵閉合信號(hào)則用端口 、 輸入 8051 單片機(jī)，由 8051 單片機(jī)的 TXD 引腳輸出移位時(shí)鐘脈沖到 74LS164的時(shí)針輸入端（ CLK）。 傳感器的種類很多 ， 有溫度傳感器 、 加速度傳感器 、 光學(xué)傳感器 、 壓力傳感器等 。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。 光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電管及光電倍增管均屬這一類。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 16 ③ 光生伏特效應(yīng)利用光勢(shì)壘效應(yīng)光勢(shì)壘效應(yīng) 指在光的照射下物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。 當(dāng) 入射光的照度 發(fā)生 變化 時(shí) ，光生電子 空穴對(duì)的濃度 也會(huì)產(chǎn)生改變 ，外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì) 隨入射光照強(qiáng)度及光生電子 空穴對(duì)的濃度產(chǎn)生變化 ， 然后 把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) ， 光敏三極管 比光敏二極管具有更高的靈敏度。圖中，Ф1 是光源發(fā)出的光信號(hào)， Ф2 是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是 x1 或者 x2，它們能夠分 別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào) I。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。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。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過(guò)導(dǎo)光管進(jìn)入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過(guò) LED 的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)警。 我采用的器件是光電耦合器件 ,它是利用發(fā)光元件與光敏元件封裝為一體而構(gòu)成電光 電轉(zhuǎn)換的器件 ,加到發(fā)光器件上的電信號(hào)為耦合器的輸入信號(hào) ,接收器件的輸出信號(hào)為耦合器的輸出信號(hào)。 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) 。 壓電陶瓷在受到如圖 214 所示的作用力 F 時(shí)，在垂直于 Z 軸的上下平面上分別出正、負(fù)電荷，即 a b 圖 壓電陶瓷的壓電原理 壓電式傳感器的測(cè)量電路 ① 等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。 前置放大器有兩個(gè)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(hào)進(jìn)行放大。 圖 電荷放大器等效電路 如果忽略電阻 Ra、 Ri及 Rf 的影響，則輸入到放大器的電荷量為 式中， A 為開(kāi)環(huán)放大系數(shù)。 0 1fUK QC? ??0 fQU C??式（ ） 式（ ） 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 23 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 下圖為軟件設(shè)計(jì)流程圖 圖 41 軟件設(shè)計(jì)流程圖 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是水泵開(kāi)關(guān)的 控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法， 通過(guò)控制水泵的開(kāi)關(guān)來(lái)控制鍋爐水位的增減，由傳感器的測(cè)量反饋來(lái)進(jìn)行控制水泵的