【正文】 通過比較看到三沖量控制系統(tǒng)適合本設計主要思想，符合我的設計方案，本設計選用三沖量控制系統(tǒng)。通過單片機的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當水位超過上限或下限時，能及時報警并采取相應措施。同時系統(tǒng)對溫度和壓力信號進行采集和分析，可對超標量的進行報警，同時具有鍵盤、顯示電路和看門狗電路。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機的系列符號，例如Intel公司的MCS4MCS5MCCS96系列單片機。MCS51由如下幾個功能部件組成：（1）微處理器（2）數(shù)據(jù)存儲器（3）程序存儲器（4）4個8位并行I/O口（5）一個串行口（6）2個16位定時器/計數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)（8）特殊功能寄存器。這個1位計算機有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。MCS51單片機中8位機和1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相成，它是計算機的技術(shù)上的一個突破，本設計采用89C51單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。89C51其主要特性為（1）與MCS51 兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 （3）壽命：1000寫/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz24Hz（6）三級程序存儲器鎖定（7）128*8位內(nèi)部RAM（8）32可編程I/O線（9）兩個16位定時器/計數(shù)器（10）5個中斷源 （11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。當采用外部時鐘信號時，X2接振蕩信號， X1接地 輸入輸出口引腳: P0口：I/O雙向口。 P1口：I/O雙向口。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 RST/Vpd（9腳）：復位信號輸入端（高電平有效）。ALE/PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。[2] 復位電路設計 MCS51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種形式。當電源接通時只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位，當時鐘頻率選用6MHz時，C取22F時，R取1K歐姆。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。[2] 時鐘電路選擇MCS51單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。（1）內(nèi)部時鐘方式MCS51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。（2）外部時鐘方式外部時鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片MCS51單片機同時工作，以便于多片單片機之間的同步，一般低于12MHz的方波。如圖32。對外接電容的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，~12MHZ。[2] “看門狗”電路MCS51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會使程序陷入死循環(huán)。如果操作人員在場，可按下人工復位按鈕強制系統(tǒng)復位。“看門狗”技術(shù)就是使用一個計數(shù)器來不斷計數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運行，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知循環(huán)設定時間，則認為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時計數(shù)器溢出，然后強迫系統(tǒng)復位，在復位入口0000H處安排一個出錯處理程序，使系統(tǒng)運行正軌。本設計采用MAX690芯片。（2） 具有備用電池切換電路，備用電池可供電給RAM芯片（3） 在微處理器上電、掉電及供電電壓時，產(chǎn)生一個復位輸出信號（4） 可用于低電平檢測[3]看門狗電路如圖33所示 圖33 看門狗電路 前向通道設計 傳感器的選擇 傳感器是一種能將與待測量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。 傳感器不但對被測信號敏感，而且具有把它對被測變量的響應送出去的功能。例如彈性膜盒的輸出響應是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠距離傳送。倘若，再通過適當?shù)碾娐肥闺娙萘康拇笮檎袷庮l率的高低，就演變成輸出響應是頻率值的壓力傳感器。由于電信號便于遠距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。近年來利用光纖傳送信號信息的傳感器正在發(fā)展，其抗干擾、防爆、快速性都有突出的優(yōu)點。[3]（1） 溫度傳感器選擇 本設計采用WPPT100溫度傳感器，其特性與應用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號可選擇，安裝方式多元化，可進行OEM定做，應用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設備的過程溫度測量與控制。（2） 壓力傳感器選擇我們在進行流量、壓力的信號測量時，所使用的流量傳感器、壓力傳感器都統(tǒng)一裝在了變送器上，即信號同時在變送器中測知，并且把它變成4~20mA的電信號。 PT112/123/133/142高溫熔體壓力傳感器采用進口元件，與同類進口產(chǎn)品如 Dynisco PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性可以應用于特殊的的工業(yè)，使其成為橡塑，化纖等機械設備中高溫流體壓力測量與控制的理想產(chǎn)品。 程：0～450MPa 綜合精度：%FS %FS 出 ： 。0～5V。0～10V 變送器:24VDC(9～36 V) 長期穩(wěn)定性：%FS/年 負載阻抗：電流型最大800Ω 電壓型50KΩ以上 絕緣電阻：大于2000MΩ M22*外盒采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。[5]（3）水位傳感器選擇本設計采用CR601C型水位傳感器CR60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測可導電的液體。整機無任何可動或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價格比好。 其性能指標： 檢測范圍：～100m 精 度: 、 承壓范圍: ～32MPa 環(huán)境溫度:20～85℃ 輸出信號:4～20mA、0～10 mA、0～20 mA、1～5V、0～5V、0～10V 供電電源:負載電阻0～750Ω DC24V 固定方式:螺紋安裝MM272， 法蘭安裝DN2DNDN50。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式，可適用于高壓、強腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞、防冷結(jié)等特殊條件下液位的連續(xù)檢測，可廣泛應用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包、煤粉包等場所的液位測量。一般情況下，不必進行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強腐蝕性液體的測量；完善的過流、過壓、電源極性保護。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器是一種新型流量傳感器，可以用于多種數(shù)據(jù)散集系統(tǒng)，與XS型流量顯示儀配套組成流量計，用于測量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時流量和累積流量，并輸出信號控制相應設備。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器工作原理：　 “卡門渦街”原理，當流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時，柱體兩側(cè)交錯產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產(chǎn)生交變應力；埋設在探頭體內(nèi)的壓電元件受交變應力作用產(chǎn)生的交變電荷分別送給二個電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測放大器信號處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號或標準電流信號。1%；　氣體177。%　　輸出信號：　?。?）三線制電壓脈沖　　低電平0—1V；高電平＞4V；占空比為50%　?。?）二線制電流信號4—20MA　　供電：24VDC，工作壓力：0— A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，以便于計算機進行處理。為滿足各種不同的檢測及控制任務的需要，大量結(jié)構(gòu)不同，性能不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片應運而生。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。 （3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個實際A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想A/D轉(zhuǎn)換器在量值上的差值。ADC0809是一個逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。 圖34 ADC0809引腳圖主要特性1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 3）轉(zhuǎn)換時間為100μs4）單個＋5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13．22所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 .外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。 IN0～IN7：8路模擬量輸入端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電 （轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入 一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 Vcc：電源，單一＋5V。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS51的數(shù)據(jù)總線上，通過適當?shù)耐饨与娐罚?809可對05V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。 圖35 ADC0809接線圖 后向通道設計 DA轉(zhuǎn)換 本設計采用DA轉(zhuǎn)換器DAC0832。[6]DAC0832的引腳圖如圖36所示 圖36 DAC0832引腳圖DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 Iout1:電流輸出線。 Iout2: 電流輸出線。 Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) Vref:基準電壓輸入線 (10v~+10v) AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好. DAC0832與單片機接線圖37所示。 AD694產(chǎn)品是一個單片電流變送器接受高層次的信號輸入標準4 20毫安電流回路為控制閥門，執(zhí)行器和其他裝置中常用的過程控制。輻射校正輸入跨度為0 V至2V和0 V至10 V被選上的簡單針捷，其他跨度可能被編程與外部電阻器。鬧鈴警告的一個開放420或不合格的輸出階段。外部通過晶體管可用于與AD694產(chǎn)品，以場外負載功率損耗，延長溫度范圍內(nèi)運作。它是建議作為一項替代分立設計中的各種應用在工業(yè)過程控制，工廠 ，自動化和系統(tǒng)監(jiān)控。 HRTP系列智能電動單座調(diào)節(jié)閥是HR智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一，它由HRL智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成，是一種高性能的調(diào)節(jié)閥，可廣泛應用于電力、冶金、石油、化工、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。（1）主要特點 配用HRL智能型直行程電動執(zhí)行器，體積小、規(guī)格全、重量輕、推力大、操作方便，無調(diào)整電位器，可靠性高、 噪聲小。 有數(shù)字顯示窗口，可看到控制信號值、閥位值。即斷信號時可使執(zhí)行機構(gòu)或開； 或關(guān)；或保持；或在0～100%之間予置的任意位置。TP系列采用頂端導向，單座密封機構(gòu)。另外，帶有軟密封結(jié)構(gòu)的TP系列既有調(diào)節(jié)功能又有切斷功能，是一種調(diào)節(jié)切斷型的調(diào)節(jié)閥，也可作切斷閥用。10%/50Hz 推力規(guī)格：1KN、2KN、4KN、8KN、10KN、16KN、20KN、25KN 閥作用型式：任意設置正/反作用 保護等級：IP65 基本誤差：177。% 回 差：≤177。% 死 區(qū)：≤177。 鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合。 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。 （1）鍵盤接口的工作原理常用的鍵盤接口分為獨立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口。在按鍵數(shù)目較多時，獨立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。[9]2）行列式鍵盤接口行列式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。 （2）行列式鍵盤工作原理 按鍵設置在行列線交點上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。對于行列式鍵盤，按鍵的位置有行號和列號唯一