【正文】 ,2005.[5] 宋文緒,楊 [M].北京:高等教育出版社,2000.[6] 侯媛彬等，凌陽單片機原理及其畢業(yè)設(shè)計精選 2006年，科學出版社[7] 馬忠梅等，單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計，北京航空航天大學出版社，2003修訂版[8] [M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.[9] 劉細龍在得到大量實際的實驗數(shù)據(jù)支持下，改進壓力水洗法的工藝參數(shù)，研發(fā)更智能化的水洗提純控制系統(tǒng)。在實驗調(diào)試階段，先是驗證了兩個氣體檢測儀的測定的濃度值與輸出電流信號之間的線性關(guān)系，找出不同濃度下對應(yīng)的電流信號大小，接下來再次測定將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后濃度所對應(yīng)電壓值，觀察是否依舊為線性關(guān)系。此外，為更好的提高沼氣中甲烷所占比重提出間歇式水洗提純法，設(shè)計控制流程。旨在研究沼氣壓力水洗法將沼氣中甲烷含量提升到90%或以上的控制系統(tǒng)。本章主要介紹了對氣體檢測儀的線性度檢測調(diào)試數(shù)據(jù)，為驗證控制系統(tǒng)在實際工作過程中的狀態(tài)，進行了驗證模擬實驗確定控制系統(tǒng)的可行性6總結(jié)與展望本文介紹了目前沼氣提純的一些技術(shù)與方法，國內(nèi)外沼氣提純技術(shù)的現(xiàn)狀與歷史，表現(xiàn)了沼氣提純在未來有著巨大的發(fā)展前景。4. 緩慢減低2號信號發(fā)生器到7mA，觀察右5燈是否熄滅，如果熄滅后。，觀察右2燈是否點亮；如果點亮后，緩慢降低1號信號發(fā)生器到17mA，觀察右2燈是否熄滅。圖51 試驗原理圖表52 開發(fā)板LED燈對應(yīng)的執(zhí)行元件表端口Led燈代表執(zhí)行元件右邊第1個紅色led電磁閥1右邊第2個黃色led電磁閥2右邊第3個綠色led電磁閥3右邊第4個紅色led壓縮機右邊第5個黃色led真空泵驗證流程，單片機初始化，運行。將氣體測定儀的電流信號輸出線路與電流轉(zhuǎn)電壓模塊相連接，再將電流轉(zhuǎn)電壓模塊的輸出端與電壓表相連接，調(diào)整模塊上的滑動變阻器，輸入電流為20mA即氣體濃度為100%時，電壓表讀數(shù)為5v。實驗數(shù)據(jù)如下表顯示甲烷濃度（%）實測值(mA)計算值（mA）9075604530150由數(shù)據(jù)可見，在誤差允許范圍內(nèi)，氣體檢測儀檢測到的氣體濃度與輸出信號之間是呈線性變化的二氧化碳檢測儀的廠商，型號，與甲烷氣體檢測儀都是一樣的，因為缺少二氧化碳的氣體環(huán)境，我假定二氧化碳檢測儀測得的氣體濃度與輸出的電流信號之間也是呈線性變化的。本章根據(jù)水洗的具體流程得出軟件控制的流程，并制作出總體的軟件流程圖，給出了主體部分的程序。延時的程序大家基本都比較熟悉，所以這里不再多加說明。} } }延時子程序在單片機的編程里面是非常常見的，幾乎個個程序都會用到，哪怕是剛接觸到單片機的初學者編寫流水燈程序時也會用到。 delay_ms(1000)。 LED_5ZKB=0。 //壓縮機開 delay_ms(1000)。 //CH4濃度大于90%，電磁閥2開 if ( val0=85) LED_2 = 1。 LcdShowStr(10, 1, VIN3)。 //顯示到液晶上 //顯示通道3的電壓 val3 = GetADCValue(3)。 //獲取ADC通道0的轉(zhuǎn)換值 ValueToString(VIN0, val0)。 //電磁閥1關(guān) if (flag300ms) { flag300ms = 0。 //壓縮機開 delay_ms(30000)。 //顯示通道1和通道3指示 LED_1 =0。 //配置T0定時10ms InitLcd1602()。 EA = 1。 //LED5代表真空泵void main(){ unsigned char val0,val3。 //LED3代表電磁閥3sbit LED_4YSJ = P1^3。 //LED1代表電磁閥1sbit LED_2 = P1^1。本方案以5個LED燈代表5個執(zhí)行器，進行模擬執(zhí)行器的工作狀態(tài)，其定義如下。%（由于雜質(zhì)氣體的存在，甲烷濃度不會超過90%，無須擔心電磁閥2開），關(guān)閉真空泵，延時30秒，關(guān)閉電磁閥3。、二氧化碳濃度檢測儀、當甲烷濃度檢測儀檢測到甲烷濃度大于90%時，電磁閥2開；當甲烷檢測儀檢測到水洗塔中甲烷濃度低于85%，電磁閥2關(guān)。本程序中CHCO2的濃度控制參數(shù)可調(diào)。在本章中介紹了控制系統(tǒng)硬件部分總體的原理圖，并逐一提到了單片機的最小系統(tǒng)，電流轉(zhuǎn)電壓模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，以及顯示模塊，單片機的最小系統(tǒng)大家都是熟知的所以只是簡單提及，而顯示模塊只是用于測試，在具體控制系統(tǒng)上并不要求，故也只是略微介紹。本方案將其統(tǒng)一接到了P0端。6號引腳為使能端。引腳方面主要說明的是4號引腳為數(shù)據(jù)命令選擇端（RS），高點平時為數(shù)據(jù)，低電平時是命令。液晶屏的工作電壓為5v，同樣可以由單片機電源直接供電。在本系統(tǒng)中顯示模塊使用的是LCD1602液晶顯示屏，硬件原理圖如下圖所示。當然，如果精度要求比較高的話，可以用方法二，為它提供專門的精度很高的基準電壓。而且會隨著系統(tǒng)負載的變化而跟著產(chǎn)生波動。一種是直接由單片機電源提供供電。14腳是基準源，即基準電壓，一個精準的基準電壓會使輸入的AD轉(zhuǎn)換的信號測量的準確，從而減少偏差。本硬件原理圖使用的是Proteus設(shè)計的。 A/D轉(zhuǎn)換模塊硬件原理圖其中引腳1,2,3,4是4路的模擬輸入，引腳5,6,7是I2C總線的硬件地址，引腳9是I2C總線的雙向數(shù)據(jù)線SDA，10腳是時鐘信號線SCL，12腳是時鐘選擇引腳，高電平表示的是使用外部時鐘輸入，低電平表示的是使用內(nèi)部時鐘，本實驗使用的是內(nèi)部時鐘，所以直接將12腳接地即可，并且11腳懸空。在PCF8591芯片上，地址、控制信號和數(shù)據(jù)信號都是通過I2C總線以串行的方式進行傳輸。該芯片具有4個模擬量輸入接口、1個模擬量輸出接口以及1個串行I178。 電流轉(zhuǎn)電壓模塊硬件原理圖AD轉(zhuǎn)換即是模擬量（連續(xù)變化的量）到數(shù)字量（非連續(xù)的，離散的量）的轉(zhuǎn)換，依靠的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這樣，就可以真正把4～20mA電流轉(zhuǎn)換成為0～5V電壓了。采用的是廉價運放LM324，其對零點的處理是在反相輸入端上加入一個調(diào)整電壓，其大小恰好為輸入4mA時在RAO上的壓降。 單片機最小系統(tǒng)圖中的R3是電流取樣電阻，其值的大小主要受傳感變送器供電電壓的制約，最大轉(zhuǎn)換電壓為5V的話，可以取RA0=250Ω，這時候，傳感變送器的供電只要12V就夠用了。在圖中可以找到單片機最小系統(tǒng)，由于這以Proteus軟件進行繪制，在Proteus中所有的芯片的電源和地都是默認連接的，所以在圖中并沒有畫出電源。而是在后面單獨略加說明。如圖53表示。5個led燈用于模擬硬件電路輸出的開關(guān)量。3硬件電路設(shè)計使用Proteus設(shè)計的沼氣壓力水洗提純系統(tǒng)硬件原理圖如圖53所示，控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括三部分：單片機最小系統(tǒng)、電流轉(zhuǎn)電壓模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。，持續(xù)水洗過程，根據(jù)需要，對水洗塔內(nèi)部的水定期進行更換。%，壓縮機關(guān)閉，電磁閥3開，真空泵開始抽真空，溶解在水中的CO2被釋放出來，并被收集。，CH4在水洗塔頂部富集，當CH4濃度檢測儀檢測到CH4濃度大于90%時，電磁閥2開，將提純后的沼氣收集。，電磁閥都處于關(guān)閉狀態(tài)。水洗過程需要說明的是，該水洗過程是在沼氣中CH4濃度70%，CO2濃度30%（依據(jù)于常壓水洗試驗時的沼氣組分）時，仔細考慮制定的，當沼氣中CHCO2濃度改變時，水洗過程中的控制參數(shù)要相應(yīng)的改變。在常壓水洗中，因為是常壓，多以采用的是連續(xù)式水洗，但是在壓力水洗中，普通水泵無法向高壓的水洗塔中注水，高壓下的連續(xù)式水洗對設(shè)備及儀器要求較高，成本較大。因為只有傳感器是直接連接在沼氣提純塔的罐體之上，且其自身帶有防爆設(shè)計，所以控制系統(tǒng)不需要考慮防爆措施。與預(yù)設(shè)值比較，輸出開關(guān)量控制執(zhí)行器執(zhí)行。1%（）信號輸出：，最遠可傳輸2000米（單芯1mm178。1%（）重 復(fù) 性：≤177。1%（實際濃度，更高精度視傳感器而定）響應(yīng)時間：≤10秒（T90）線性誤差：≤177。精度誤差與零點漂移在正負1%以內(nèi)，響應(yīng)時間小于10秒，工作電源為1230VDC（本實驗使用15V電源）。甲烷，二氧化碳檢測儀均為MOT500系列的氣體檢測儀，信號輸出方式有兩種，分別為420ma的電流信號和RS485信號，配合RS232轉(zhuǎn)接卡可在電腦上存儲數(shù)據(jù)，（由于經(jīng)濟原因并未購買通訊協(xié)議，故無法實現(xiàn)RS485的通訊）。方案二，通過數(shù)據(jù)采集卡配合LabVIEW的虛擬界面，可實時顯示，并對運行情況進行監(jiān)視，同時開發(fā)的虛擬界面方便查看及控制，也更加智能化，并可實現(xiàn)復(fù)雜的控制，缺點是采集卡成本高，且需要搭配筆記本實現(xiàn)控制，進一步增加了成本，適合大中規(guī)模復(fù)雜控制。、真空泵、壓縮機。、紅外二氧化碳測量儀?？刂品桨付且詳?shù)據(jù)采集卡為基礎(chǔ)進行開發(fā)的，通過采集卡將甲烷濃度檢測儀、二氧化碳檢測儀、壓力檢測儀檢測到的模擬信號到采集卡中，由于采集卡內(nèi)部集成有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，通過編程可對模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化，采集卡會對輸入值與設(shè)定值進行比較，輸出開關(guān)量信號，從而控制電磁閥、壓縮機、真空泵的開關(guān)。預(yù)計使用的元器件傳感器為紅外甲烷濃度檢測儀，紅外二氧化碳檢測儀信號轉(zhuǎn)換為AD轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)處理模塊為單片機執(zhí)行器為電磁閥，真空泵，壓縮機 控制方案一示意圖該控制方案以單片機最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，只需要加上AD轉(zhuǎn)換模塊即可實施控制，另外根據(jù)實際要求可以添加顯示模塊和報警模塊，簡單方便，成本低廉，但是這一方案只能實行簡單的控制，遇到復(fù)雜的情況可靠性并不高，考慮到沼氣壓力水洗控制系統(tǒng)控制要求比較簡單，在數(shù)據(jù)采集的頻率與精度的規(guī)定上要求不高。并敘述了目前國內(nèi)外的沼氣提出技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后介紹了沼氣壓力水洗提純技術(shù)。，工程數(shù)量較多，可為國內(nèi)的沼氣水洗提純提供參考的實例。通過對比，可以發(fā)現(xiàn)沼氣水洗提純有以下幾個優(yōu)點：，無毒，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，而且水較廉價，尤其是水洗后的廢水可以利用空氣吹托再生，循環(huán)利用，這樣不僅節(jié)約了水資源，而且能夠減少沼氣提純成本。其中PSA法、加壓水洗法大約各占了歐洲沼氣提純市場33%的市場份額。在水洗過程中，也可以同時去除H2S，但是為了避免H2S會對壓縮設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)在脫CO2之前使用脫硫裝置將其去除。水洗法的優(yōu)勢非常明顯，一是水洗法效率較高，CH4損失率低，二是采用水做吸收劑，較為廉價，其經(jīng)濟性非常明顯。水洗時，沼氣從水洗塔的底部進入，通常會安裝氣體彌散裝置，將沼氣分散為大量的小氣泡，均勻分布在水中，沼氣泡在上升的過程中，其中的CO2溶解在水中；水從頂部流入，與沼氣流方向相反。如表11，為沼氣與天然氣的主要組分及特性對比，~，當沼氣中CH4的含量超過95%以后，提純后的沼氣的華白數(shù)就可以達到天然氣的水平，可替代天然氣。但與世界先進水平相比，中國在基礎(chǔ)研究、設(shè)備成套化開發(fā)方面所做的研究還有很大差距。河南農(nóng)業(yè)大學在沸石填料水洗法方面開展了研究[42]，中國石油大學在天然氣水合物提純方面開展了研究，華北電力大學在甲烷原位富集方面開展了研究。目前在我國的廣西南寧、山東博興、內(nèi)蒙古通遼等地已建成了一批沼氣凈化提純制取生物天然氣示范項目。通過引進瑞典、德國等國家的沼氣工程技術(shù)和設(shè)備，近年來，我國已建成一批沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程和發(fā)電并網(wǎng)的大型沼氣工程，變壓吸附法和水洗法也已經(jīng)開始應(yīng)用在工程中。1010m179。近年來我國天然氣需求高速增長，據(jù)估計，2000~%的速度增長，%。的目標，計劃到2020年，全國天然氣總消費量的6%將由生物甲烷替代。此外德國制定了2020年和2030年生物甲烷產(chǎn)量分別達到6109m179。從2006年開始，并入國家天然氣管網(wǎng)甲烷工廠僅有兩家，但到2011年時，已經(jīng)有83處沼氣工程將沼氣提純?yōu)樯锛淄椋?08m179。h，%。在德國，沼氣工廠生產(chǎn)的沼氣主要用來發(fā)電上網(wǎng)[36]。2010年瑞典全國使用壓縮生物天然氣的車輛有7104輛，加氣站500個。2010年，108m179。2008 年，107m179。瑞典和德國是歐洲各國中沼氣提純產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的兩個國家，沼氣工程數(shù)量約占歐洲總體數(shù)量的84%。第三，研究控制系統(tǒng)，實現(xiàn)沼氣提純自動化大大提高了工作效率。第一，這能節(jié)省大量的人力物力，如今的人工費一年比一年高，減少人員的投入也是變相的增