鍋爐水位控制器

1、河南科技學(xué)院新科學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計報告 題目：基于單片機(jī)的鍋爐水位控制器專業(yè)班級：電氣工程及其自動化104 姓名： _ 時 間：2012.12.032012.12.21 指導(dǎo)教師： 邵峰、徐君鵬、張素君 2012年12月20日基于單片機(jī)控制的鍋爐水位控制器設(shè)計任務(wù)書一. 設(shè)計要求(一) 基本功能1.具有手動和自動兩種操作模式2.能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)水位數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時進(jìn)行水位狀態(tài)顯示3.具有多種連鎖保護(hù)和報警功能具體工作過程如下：控制器上電后，首先處于自動工作模式，程序開始掃描當(dāng)前鍋爐的水位和壓力狀態(tài)，如果水位低于正常水位，發(fā)出報警信后，同時啟動水泵上水，經(jīng)過一定時間后，如水位到達(dá)正常水位，報警將自凍

2、結(jié)除，同時如果壓力為低壓狀態(tài)則馬上啟動鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，否則控制器自動關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。如果水位達(dá)到最高水位和壓力超過設(shè)定壓力時自動報警，同時關(guān)閉水泵和風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)時刻跟蹤顯示水位和壓力狀態(tài)。如果你想手動操作，你可以通過手動/自動轉(zhuǎn)換鍵把系統(tǒng)置為手動工作模式，此時可由人工控制水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，水位和壓力檢測由控制器自動完成，且當(dāng)水位過低時不能手動停止水泵，過高時不能啟動水泵，壓力過低不能停止風(fēng)機(jī)，過高不能啟動風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護(hù)控制。（二）擴(kuò)展功能1.系統(tǒng)具備一定的硬件抗干擾能力2.系統(tǒng)增加軟件看門狗功能二計劃完成時間 三周1.第一周完成軟件和硬件的整體設(shè)計，同時按要求上交設(shè)計報告一份。2

3、.第二周完成軟件的具體設(shè)計和硬件的制作。3.第三周完成軟件和硬件的聯(lián)合調(diào)試。目錄 1引言 1 2總體設(shè)計方案 1 2.1設(shè)計思路 2 2.2設(shè)計方框圖 2 3設(shè)計組成及原理分析 3 3.1水位檢測電路設(shè)計 3 3.2驅(qū)動電路設(shè)計 4 3.3報警電路設(shè)計 4 3.4復(fù)位電路 5 3.5振蕩電路 5 3.6水位指示電路 6 3.7手動自動路 6 4總結(jié)與體會 7參考文獻(xiàn) 8附錄1 9附錄2 10附錄3 11附錄4 12基于單片機(jī)控制的鍋爐水位控制器設(shè)計任務(wù)書摘 要：該設(shè)計是由AT89S51單片機(jī)控制的鍋爐水位控制器，它主要有硬件和軟件部分共同完成控制系統(tǒng)功能。其中硬件部分主要由水位檢測電路、驅(qū)動電

4、路、水位指示電路以及壓力自動控制模擬和手動控制等部分組成；軟件部分主要由匯編語言所編寫的程序組成。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水位報警、控制和壓力控制等功能，并對水位進(jìn)行數(shù)字顯示。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、鍋爐、水位控制、水位數(shù)字顯示、數(shù)碼管 1 引言 目前我國燃燒鍋爐的數(shù)量眾多，現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(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)。鍋爐微機(jī)控制，是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù)。它是微型計算機(jī)軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制。由于被控對象和過程的非線性、時變性，多參數(shù)間的強(qiáng)耦合、隨機(jī)干擾

5、等因素，使得建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型變得很困難。在這些復(fù)雜的系統(tǒng)面前，傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。在現(xiàn)代社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展，居民生活區(qū)的集中熱力供應(yīng)量的需求量越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷高，對操作過程的要求更加嚴(yán)格，鍋爐的液位控制直接影響人們自身和設(shè)備的安全。液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，液位過高又會使鍋爐蒸汽壓力過高發(fā)生危險。傳統(tǒng)的液位控制自動化程度低，調(diào)節(jié)精度差等缺點(diǎn)，且單靠人工操作已不能適應(yīng)控制系統(tǒng)改造的必要性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，被控對象越來越復(fù)雜，人們對控制精度的要求越來越高。隨著單片機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)及外圍芯片實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制已

6、經(jīng)成為一種趨勢，單片機(jī)體積小，安裝方便，功能齊全，性價比好，應(yīng)用前景廣。本系統(tǒng)即是基于單片機(jī)AT89S51單片機(jī)設(shè)計的，有著較高的實(shí)用價值和優(yōu)越性。本系統(tǒng)若用于高級工業(yè)控制，可進(jìn)行相應(yīng)功能，為人們提供更多的工業(yè)自動化控制便利，節(jié)約工業(yè)成本，節(jié)省人力資源，避免了一些不必要的安全事故。2 總體設(shè)計方案本系統(tǒng)是由硬件和軟件共同構(gòu)成。硬件部分有水位監(jiān)測電路，驅(qū)動電路，手動自動切換電路，水位顯示電路，光報警電路，聲報警電路。而軟件部分由燒進(jìn)單片機(jī)AT89S51的匯編程序構(gòu)成。當(dāng)水位低于設(shè)定的低水位時，發(fā)光管亮，蜂鳴器響，即光報警和聲報警，水泵開始工作。然后報警解除。當(dāng)水位高于設(shè)定的高水位時，開始報警，水

7、泵停止工作。同時這個系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)手動自動轉(zhuǎn)換。滿足現(xiàn)在的需求。而且還能實(shí)現(xiàn)聯(lián)保功能：當(dāng)水位低于低水位時不能停止水泵工作，當(dāng)水位高于高水位時不能啟動水泵。在保證了這個系統(tǒng)的正常工作同時還減少了系統(tǒng)故障的發(fā)生。整個系統(tǒng)的原理圖見附錄1。仿真圖見附錄2。程序流程圖見附錄3。程序見附錄4。2.1 設(shè)計思路 電路主要實(shí)現(xiàn)功能是水位檢測和報警，然后控制水泵的啟停。水位控制主要的控制的對象是水泵，容器是鍋爐，水位的檢測可根據(jù)探測器探測得到。水位正常情況下控制在一定測量點(diǎn)距離段之間，當(dāng)水位低于或高于正常水位段下限和上限是進(jìn)行光報警與聲報警，若水位在正常水位時，則解除報警。當(dāng)水位低于水位下限時，水泵一直注水，

8、而高于上限時則關(guān)閉水泵，并且當(dāng)水位處于不同探測電時，可顯示相應(yīng)數(shù)字來顯示水位。壓力檢測主要由一個開關(guān)來模擬壓力的高低，并用指示燈的亮滅來模擬風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和停止，另設(shè)手動操作按鈕，用以人為啟動水泵和風(fēng)機(jī)。2.2 總體設(shè)計框圖AT89S51光報警 手動操作聲報警 檢測電路 水位指示電路執(zhí)行電路驅(qū)動電路復(fù)位電路 晶振電路圖1設(shè)計方框圖3 設(shè)計原理分析3.1 水位檢測電路設(shè)計 單片機(jī)鍋爐水位控制原理如圖2所示。圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。在鍋爐內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C，用以反映水位變化的情況。其中，B棒處于下限水位，C棒位于

9、上限水位，A棒接5V電源，B、C通過電阻接地。當(dāng)水位下降到下限時，B、C棒不能與A棒連通，B、C為低電平，應(yīng)啟動電機(jī)供水。水位處于上下限之間時，A、B連通，B為高電平，C為低電平，此時，電機(jī)保持原有工作狀態(tài)。當(dāng)水位達(dá)到上限時，B、C棒接通高電平，此時應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作。 圖2鍋爐水位控制原理圖 在鍋爐的內(nèi)部我們設(shè)計一個簡易的水位探測傳感器用來探測三個水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機(jī)一個高電平，驅(qū)動水泵加水，紅燈亮，蜂鳴器響；正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮，蜂鳴器不響；高水位時，水泵不加水，黃燈亮，蜂鳴器響。而水位的情況將通過數(shù)碼管顯示出來，當(dāng)水位為下限時，數(shù)碼管顯示為

10、1，當(dāng)水位為正常水位時數(shù)碼管顯示為2，當(dāng)水位為上限水位時，數(shù)碼管顯示為3，當(dāng)出現(xiàn)故障時，數(shù)碼管顯示為從而根據(jù)不同的關(guān)系來控制輸出電路其具體邏輯關(guān)系如下表1所示。水位用開關(guān)模擬如圖3所示 表1邏輯關(guān)系圖P3.0P3.1光報警聲報警數(shù)碼管顯示(P2)上限11報警報警3故障01報警報警4正常10不報警不報警2下限00報警報警1 圖3水位模擬開關(guān)3.2驅(qū)動電路 該電路時用開關(guān)來模擬實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)按下時，電機(jī)即水泵開始工作。當(dāng)開關(guān) 斷開時，水泵停止工作。電路圖如圖4所示圖4開關(guān)模擬驅(qū)動電路3.3報警電路該電路是由光報警電路和聲報警電路共同組成。光報警電路由三個發(fā)光二極管代替，分別為紅，黃，綠。聲報警電路由

11、蜂鳴器構(gòu)成。當(dāng)紅色的亮?xí)r，說明水位低，蜂鳴器響，系統(tǒng)啟動水泵開始工作。當(dāng)綠色的亮?xí)r，蜂鳴器不響，水泵繼續(xù)工作。當(dāng)黃色的亮?xí)r，蜂鳴器響，水泵停止工作。當(dāng)三個都亮?xí)r，故障。光報警電路如圖5所示，聲報警電路如圖6所示圖5光報警電路圖6聲報警電路3.4復(fù)位電路 該電路采用開關(guān)使系統(tǒng)具有復(fù)位功能。如需復(fù)位時，按下開關(guān)則恢復(fù)到原來狀態(tài)。電路圖如圖7 圖7復(fù)位電路3.5振蕩電路該電路為振蕩電路，由晶振構(gòu)成。晶振不同，振蕩頻率不同。本電路用的是12MHZ的晶振。振蕩電路是為了給單片機(jī)提供工作頻率。電容是起振作用的。電路圖如圖8所示圖8振蕩電路3.6水位指示電路 水位指示電路電路是用數(shù)碼管和電阻構(gòu)成。主要是使用

12、輸出端口的信號驅(qū)動數(shù)碼管顯示，根據(jù)信號的不同將顯示不同的數(shù)字。當(dāng)水位低于下限水位時，將顯示1，當(dāng)水泵工作時，顯示2，當(dāng)水位高于高水位時將顯示3，當(dāng)出現(xiàn)故障時將顯示4。電路圖如圖9所示圖9水位指示電路3.7手動自動切換電路 該圖用開關(guān)S6、S8分別模擬高低壓和過高過低壓。當(dāng)S6按下時，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制。當(dāng)S6斷開時，可以實(shí)現(xiàn)手動控制水泵的開關(guān)。S8按下時，水泵開始抽水，當(dāng)開關(guān)斷開時，可以停止水泵抽水。從而實(shí)現(xiàn)了手動自動的切換。電路圖如圖10圖10手動自動切換電路4 總結(jié)與體會這次設(shè)計我選的是鍋爐水位控制器這個題目。經(jīng)過三個星期的努力做出來的系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)基本要求。首先，這個系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動自動兩

13、種操作模式。我用一個開關(guān)來切換手動和自動控制：開關(guān)按下時可以自動操作，當(dāng)開關(guān)斷開時就可以實(shí)現(xiàn)手動操作。其次，這個系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)報警要求。當(dāng)水位過低時，紅燈亮，蜂鳴器也響。當(dāng)水位介于低水位和高水位之間時，綠燈亮，表示還在注水。當(dāng)水位高于高水位時，黃燈亮，蜂鳴器響。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不僅三個燈都亮，蜂鳴器也還響。這樣可以及時提醒人來維護(hù)，從而可以避免一些不必要的安全事故和人身財產(chǎn)傷害，大大提高了工作效率和安全指數(shù)。不僅如此，本系統(tǒng)還有數(shù)碼管，可以顯示水位狀態(tài)，使人可以一目了然鍋爐中水位。及時來做出判斷。本系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)保功能，當(dāng)水位低于低水位時，手動不能操控來停止水泵的工作，而當(dāng)水位高于高水位時

14、，手動同樣不能啟動水泵注水，這樣就避免了一些因人為的操作不當(dāng)而造成的錯誤結(jié)果。這次試驗由于從選題到制作電路板再到調(diào)試程序都是我們兩個人做的，所以會遇到很多的問題。選過題目以后，我們開始制作原理圖。一個人作另一個在旁邊看著以免出錯，結(jié)果還是出現(xiàn)了一些錯誤，當(dāng)生成PCB圖時由于一些線沒連好造成出現(xiàn)錯誤提醒。我們又慢慢認(rèn)真的檢查了一遍，排查出錯誤后才順利的完成了第一步。接著制板時由于操作不當(dāng)，致使一些線路斷了。我們只有用跳線來連接。調(diào)試程序時費(fèi)得功夫最多。等調(diào)好仿真好后開始燒程序。然而燒好后才發(fā)現(xiàn)硬件并沒那么好。接著就開始一部分一部分開始檢查修改。最后結(jié)果還是不太如人愿。這次實(shí)習(xí)讓我也收獲不小。學(xué)到

15、的知識可以實(shí)現(xiàn)出來真的挺讓人振奮的。我也從中認(rèn)識到自己的不足之處，以后一定好好學(xué)習(xí)彌補(bǔ)這些不足。參考文獻(xiàn)1葉挺秀.應(yīng)用電子學(xué).杭州：浙江大學(xué)出版社，19942閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，19893李旭東，宗光華，畢樹生，等.生物工程微操作機(jī)器人視覺系統(tǒng)的研究.北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2002，28(3)：249252 附錄1附錄2附錄3附錄4ORG 0000HSTART: SETB P1.0SETB P1.1RESTART: MOV A,P1ANL A,#00000011BCJNE A,#00H,LOOP1 ;在低水位之下，開啟電動機(jī)，亮紅燈SETB P3.2SETB P3.3CLR P3.0CLR P3.1LCALL DELAYLJMP RESTARTLOOP1: CJNE A,#01H,LOOP2 ;當(dāng)超過低水位，并且未達(dá)到高水位時，保持電動機(jī)轉(zhuǎn)動，亮綠燈SETB P3.2SETB P3.1CLR P3.0CLR P3.3LCALL DELAYLJMP RESTARTLOOP2: CJNE A,#02H,LOOP3 ; 系統(tǒng)故障（達(dá)到高水位，卻沒達(dá)到低水位）紅，黃，綠燈均閃爍SETB P3.0CLR P3.3CLR P3.2CLR P3.1LCALL DELAYSETB P3.3SETB