基于單片機的燃油鍋爐控制器的設(shè)計論文說明

1、 . . . 目錄摘要1Abstract2第一章 引言31.1 單片機的概述.31.2 K50壓力控制器功能簡述41.2.1 主要技術(shù)性能.41.2.2 規(guī)格.51.3 Protel 99SE介紹.51.3.1 原理圖設(shè)計步驟.51.3.2 原理圖設(shè)計對象.61.3.3 對象屬性.61.3.4 原理圖中的常見的電氣連接的方式.71.3.5 一些常用熱鍵.71.3.6 畫原理圖的目的.7第二章 燃油鍋爐的前景.72.1 燃油鍋爐存在的問題.72.2 控制系統(tǒng)改造的必要性.8第三章 改造方案.83.1 控制方案的比較.83.2 控制方案的特點.8第四章 硬件設(shè)計.94.1鍋爐控制主板系統(tǒng)94.2

2、輸入系統(tǒng).104.3輸出系統(tǒng).124.4 鍵盤和顯示系統(tǒng).134.5 電源.134.6 軟件設(shè)計.14第五章 系統(tǒng)的特點.165.1 系統(tǒng)可靠性高.165.2顯示界面直觀、方便.165.3系統(tǒng)組態(tài)靈活方便.165.4經(jīng)濟效益好.16第六章 結(jié)束語.16參考文獻.17附錄：PCB圖.18摘要：針對燃油鍋爐的現(xiàn)狀與存在的問題,通過對各種控制方案進行比較,介紹了一種經(jīng)濟實用的燃油鍋爐模糊控制器。對控制器的組成和特點、鍋爐水位的測量和轉(zhuǎn)換作了詳細的描述。該控制器能針對鍋爐水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進行控制,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,控制效果良好,保障了鍋爐的穩(wěn)定運行。裝置具備成本低、抗干擾能力強、

3、控制性能好等特點,且控制系統(tǒng)硬、軟件維護簡單方便,適用于工業(yè)控制現(xiàn)場,有著廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐，單片機，鍋爐水位AbstractComparing with several plans of control system，presents a new style of industrial boiler fuzzy controller with utility and economic，which aiming at the industrial boiler reality situation and existing problem。Explains the constitu

4、tion and characteristic of control system，measuring and transforming of drum water level in detail。The controller can control drum water level according to the different conditions and environment，improve systems anti-jamming capability，control effect and insure stabilizing operation of the boiler。I

5、t also has the advantages of low cost，strong anti-jamming capability，good control performance。Maintenance to the hardwares and softwares is simple and convinent，and it is suitable for the application in industrial control worksite condition。There are widely application prospect。Keywords：Industry Boi

6、ler，Single Chip MicroComputer，Drum Water Level第一章 引言1.1 單片機的概述電子計算機的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個階段，即通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計算機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微型計算機的一個分支。從1971年微型計算機問世以來，由于實質(zhì)應(yīng)用的需要，微型計算機向著兩個不同的方向發(fā)展：一個是向高速度、大容量、高性能的高檔微機方向發(fā)展；而另一個則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價格廉的單片機方向發(fā)展。但兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。單

7、片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU(Central Processing Unit) 、隨機存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM(Read Only Memory) 、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以與I/O(Input/Output)口電路等主要微型機部件，集成在一塊芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性，為此稱它為單片機微型計算機SCMC（Single Chip MicroComputer），簡稱單片機。單片機主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能，為了強調(diào)其控制屬性，也

8、可以把單片機稱為微控制器MCU（Micro ControllerUnit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較于“單片機”這一名稱。由于單片機在應(yīng)用時通常是處于被控系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調(diào)其“嵌入”的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器EMCU(Embedded Micro Controller Unit)。在單片機的電路和結(jié)構(gòu)中有許多嵌入式應(yīng)用的特點。繼1971年微處理器的研制成功不久，就出現(xiàn)了單片的微型計算機即單片機，但最早的單片機是一位的。1976年Inter公司推出了8位的MCS-48系列單片機，它以體積小、控制功能全、價格低

9、廉等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用和好評，為單片機的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，成為單片機發(fā)展史上的一個重要階段。其后，在MCS-48成功的刺激下，許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠商競相研制和發(fā)展自己的單片機系列。到80 年代末，世界各地已相繼研制出大約50個系列300多個品種的單片機產(chǎn)品，其中有Motorola公司的6081、6082、Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，日本的NEC公司、日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機品種。盡管目前單片機的品種很多，但是在我國使用最多的是Intel公司的MCS51單片機系列。MCS51是在MCS48的基礎(chǔ)上于80年代初發(fā)展起來的，

10、雖然它仍然是8位的單片機，但其功能較MCS48有很大的增強。此外，它還具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點，因此應(yīng)用愈加廣泛，成為比MCS48更重要的單片機品種。直到現(xiàn)在，MCS51仍不失為單片機的主流系列。繼8位單片機之后，又出現(xiàn)了16位單片機，1983年Intel公司推出的MCS96系列單片機就是其中的典型代表。與MCS51相比，MCS96不但字長增加一倍，而且在其它性能方面也有很大的提高，特別是芯片還增加了一個4路或8路的10位A/D轉(zhuǎn)換器，使其具有A/D轉(zhuǎn)換功能。從單片機近30年的發(fā)展歷程看，單片機今后將會向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路裝化以與片存儲器

11、容量增加的方向發(fā)展。1.2 YWK-50壓力控制器功能簡述YWK-50壓力控制器采用波紋管式傳感器?？捎糜跉怏w、蒸汽等氣體介質(zhì)和液體介質(zhì)?？刂破鞯脑O(shè)定值可調(diào)，調(diào)節(jié)圍-0.14MPA。采用酚醛壓塑型粉殼體，為普通型。1.2.1 主要技術(shù)性能：環(huán)境溫度：-3555外殼防護等級：YWK-50 IP 40振蕩性能：YWK-50 1060Hz 0.075mm60150Hz 10m/S2觸電容量：AC 380V 3A（阻性）DC 220V 2.5A（阻性）單刀雙擲微動開關(guān)作用過程：1.接線端13：壓力下降至下切換值時接通。2.接線端12：壓力下降至下切換值時斷開。3.電纜：12用或7.5三芯。1.2.2

12、規(guī)格1.切換差可調(diào)圍序 號設(shè)定值調(diào)節(jié)圍MPa切換差調(diào)節(jié)圍MPa設(shè)定值誤差MPa重復(fù)性誤差MPa備 注 1-0.100.006510.026±0.0040.002同序號611備注欄 200.10.00610.028±0.0040.002被控介質(zhì)對黃銅、錫青銅、鉛錫焊料無腐蝕作用300.20.010.08±0.0080.004 400.30.0250.1±0.0120.006 500.50.030.1±0.020.01 600.80.070.25±0.0320.016被控介質(zhì)對黃銅1Cr18Ni9Ti不銹鋼錫鉛焊料無腐蝕作用 7010.0

13、70.25±0.040.02801.50.10.28±0.060.03 9020.120.3±0.080.0410030.150.5±0.120.0611040.250.6±0.160.082.設(shè)定值的調(diào)整壓力控制器的設(shè)定值調(diào)整步驟，舉例說明如下：例.選用00.8MPa規(guī)格的壓力控制器，要求控制氣體壓縮機的輸出壓力保持在0.50.6MPa之間，具體操作步驟如下:（1）將控制器的開關(guān)接線端子接入壓縮機電機的電源控制回路中（接1.3端子則降壓接通，升壓斷開）。將空氣接入控制器波紋管室。（2）旋動設(shè)定值調(diào)節(jié)桿，使指針指示在標度尺刻度0.5MPa上此值

14、為下切換值。（3）接通電源，使壓縮機工作，氣體壓力上升。反復(fù)調(diào)整切換差旋鈕，使壓力上升到0.6MPa（上切換值）時控制器開關(guān)切換。3.注意（1）指針指示值為下切換值，設(shè)定值調(diào)節(jié)圍即下切換值調(diào)節(jié)圍。（2）切換差旋鈕上數(shù)字僅表示切換差值的大小程度而非實際值，實際值應(yīng)從標準表讀取。（3）被控介質(zhì)壓力不超過某一給定壓力值時。指針應(yīng)調(diào)整在此給定值低一個切換差值（即下切換值）的位置上，調(diào)整完畢后，不準再旋動切換差旋鈕。（4）規(guī)格表中給的切換差調(diào)節(jié)圍是指保證提供的最小調(diào)節(jié)圍，實際圍可比表列值略寬。1.3 Protel 99SE介紹使用計算機畫電路原理圖是現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計的重要組成部分。在初步掌握了電路、數(shù)字

15、電路和模擬電路的基本原理之后，就應(yīng)該學會使用計算機設(shè)計電路原理圖。1.3.1 原理圖設(shè)計步驟（1） 設(shè)置原理圖設(shè)計環(huán)境。設(shè)計環(huán)境對原理圖影響很大，在畫原理圖之前，應(yīng)該把設(shè)計環(huán)境設(shè)置好。工作環(huán)境設(shè)置是使用Design/Options和Tool/Preferences菜單進行的。畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。（2） 放置元件。將電氣和電子元件放置到圖紙上。一般情況下元件的原理圖符號在元件庫中都可以找到，只需要將元件庫中的元件從庫中取出，放置在圖上。由于元件種類非常多，都被分別放在不同的元件庫中，所有應(yīng)該知道哪類元件在哪些庫中。（3） 原理圖布線。元件一旦放置在

16、原理圖上，就需要用導(dǎo)線將元件連接起來，連接時一定要符合電氣規(guī)則。（4） 編輯與調(diào)整。編輯元件的屬性，這些屬性包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。（5） 檢查原理圖。使用Protel 99SE的電氣規(guī)則檢查功能檢查原理圖的連接是否合理與正確，給出檢查報告。若有錯誤就需要根據(jù)錯誤情況進行改正。（6） 生成網(wǎng)絡(luò)表。生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)與元件之間的連接表，通過該表可以確認各個元件和它們之間的連接關(guān)系。（7） 打印輸出。打印輸出原理圖。1.3.2 原理圖設(shè)計對象在Protel 99SE中的設(shè)計對象包括電氣、繪制和指示對象。電器對象：包括電阻、電容、集成

17、電路等元件和連接他們的導(dǎo)線。繪制對象：包括圓、矩形、曲線、文字等圖形物體，是純粹的圖形，沒有電氣上的意義。指示對象：這些對象包括不進行電氣規(guī)則檢查的符號、印制板布局的符號等指示性符號。1.3.3 對象屬性對象的特性描述稱為屬性。（1） Attributes頁面是基本屬性，需要經(jīng)常修改的。其中Lib Ref：在元件庫中的元件名稱。Footprint：元件封裝。Designator：標注編號（電路圖中的流水編號）。Part Type：在原理圖的元件參數(shù)，缺省和元件庫中的元件名稱一樣。Sheet Path：圖紙元件屬性中，定義底層圖紙的路徑。Part：多元件芯片中的元件序號。Selection：定義

18、元件處于選取狀態(tài)。Hidden Pins：顯示隱藏的元件管腳。Hidden Fields：顯示隱藏的元件數(shù)據(jù)欄。Field Name：顯示隱藏的元件數(shù)據(jù)欄名稱。（2） Graphical Attributes頁面，其中Orientation：元件方向。Mode：圖形模式選擇?？蛇x擇的模式包括標準模式、DeMorgan模式和IEEE模式。X-Location：X方向位置。Y-Location：Y方向位置。Fill Color：填充顏色。Line Color：輪廓線顏色。Pin Color：管腳顏色。Local Color：將顏色設(shè)置應(yīng)用于元件。Mirrored：元件鏡像。（3） Part Fie

19、ld1-8頁和Part Field9-16頁，這兩個頁面用于設(shè)置元件數(shù)據(jù)欄的容，就是說可以向這些數(shù)據(jù)欄中寫入數(shù)據(jù)和文字。這些數(shù)據(jù)和文字可以用于仿真和顯示。（4） Read-Only Field頁，該頁面的功能設(shè)置元件的只讀屬性，其中的文字不能修改。（5） Global按鈕，每一個頁面上都有一個按鈕Global。Global按鈕的功能是修改本對象屬性的同時，也可以修改其它對象的屬性。但是究竟修改哪些對象，修改對象的哪些屬性，需要進行設(shè)置。1.3.4 原理圖中的常見的電氣連接的方式(1) 連線與連線連接。(2) 網(wǎng)絡(luò)標號與連線連接。(3) 網(wǎng)絡(luò)標號與總線連接。(4) 連線與管腳連接。(5) 元件引

20、腳與元件引腳連接。(6) 連線與端口。(7) 連線與圖紙符號中的端口連接。(8) 端口與端口之間的邏輯連接。(9) 圖紙符號端口與端口之間的邏輯連接。一樣名稱的圖紙符號端口和端口表示連接在一起。(10) 網(wǎng)絡(luò)標號與網(wǎng)絡(luò)標號之間的邏輯連接。一樣名稱的網(wǎng)絡(luò)標號連接在一起。電氣連接可以是原理圖上之間的物理導(dǎo)線連接，也可以是網(wǎng)絡(luò)標號之間邏輯連接。(11) 網(wǎng)絡(luò)標號與元件引腳名稱之間的連接。以上連接形式雖然很多，但是在最后形成網(wǎng)羅表的時候，只有管腳號和管腳號之間的連接關(guān)系，而連接形式的花樣多，只是提供了方便的畫圖工具，使讀圖更加簡單、方便。1.3.5 一些常用熱鍵PgUp：放大視圖。PgDn：縮小視圖。

21、End：刷新畫面。Tab：在元件浮動狀態(tài)時，編輯元件屬性。Space bar：旋轉(zhuǎn)元件或變更走線方式。X：元件水平鏡像。Y：元件垂直鏡像。Esc：結(jié)束當前操作。1.3.6畫原理圖的目的畫電路圖本身就是設(shè)計電路，設(shè)計的結(jié)果是一原理圖、元件列表和原理圖網(wǎng)絡(luò)表。原理圖網(wǎng)絡(luò)表是畫電路板圖的基礎(chǔ)。若是從最終結(jié)果是得到電路板圖的角度來看原理圖，則畫原理圖的目的是畫電路板圖而不是原理圖本身。第二章 燃油鍋爐的前景2.1 燃油鍋爐存在的問題我國是以煤炭為主要能源的國家，煤炭占我國可燃礦物資源的96%。其中煤炭利用率最為集中，消耗量最大的就是各種燃煤鍋爐。目前，我國擁有的中、小型燃油鍋爐已達20多萬臺，而小型民

22、用鍋爐，特別是蒸發(fā)量2t/h以下的鍋爐更是不計其數(shù)，且隨著我國的國民經(jīng)濟的快速發(fā)展與人民生活水平的迅速提高，對鍋爐的需求量有日益增加的趨勢。大多數(shù)鍋爐的控制設(shè)備簡陋，控制技術(shù)落后，效率低（蒸發(fā)量2t/h時以上鍋爐的平均熱效率約為70%，其它小型鍋爐的平均熱效率僅為49%），從而造成了燃料的大量浪費，而且嚴重污染空氣，也不利于安全生產(chǎn)。近年來，為節(jié)約能源、減少污染，我國相繼出臺了許多環(huán)保法規(guī)，各大中城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)為了進一步改善空氣質(zhì)量，給居民創(chuàng)造一個空氣清新、環(huán)境優(yōu)美的生活和工作環(huán)境， 對市區(qū)和近郊所有燃煤小爐灶、鍋爐將分期分批逐步淘汰，取而代之的將是使用油、電、氣等清潔能源的產(chǎn)品。多年的實

23、踐證明，“煤改油”的策略是一個行之有效的方法，因此市場上對燃油鍋爐的需求量逐步增加。燃油鍋爐作為一種新型高效環(huán)保產(chǎn)品，在各國正在得到廣泛推廣。油霧發(fā)生器和控制系統(tǒng)是燃油鍋爐的兩大關(guān)鍵部件，直接影響鍋爐的性能。如何設(shè)計性價比高并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)對剛剛起步的我國燃油鍋爐產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，是一個亟待解決的現(xiàn)實問題。目前，我國的燃油鍋爐控制系統(tǒng)主要依賴進口，其市場基本被歐美和日、所壟斷。所以，自行研究出能自動化的燃油鍋爐，是我們迫切解決的關(guān)鍵問題燃油鍋爐的安全運行與否,同鍋爐水位的高低直接相關(guān),水位的穩(wěn)定是鍋爐安全運行的首要條件。實踐證明:許多爐膛滅火、爆炸、噴火、爆管，包的滿水、干鍋等設(shè)備事故

24、與人身安全事故的發(fā)生的主要原因是顯示報警系統(tǒng)不完備、連鎖保護功能不全與自動控制水平不高。2.2 控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學技術(shù)的不斷進步,被控對象越來越復(fù)雜,人們對控制精度的要求不斷提高。由于被控對象和過程的非線性、時變性,多參數(shù)間的強耦合、隨機干擾等因素,使得建立被控對象的精確數(shù)學模型變得很困難。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。燃油鍋爐是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜調(diào)節(jié)對象,存在多個調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)參數(shù)以與干擾參數(shù)。為提高控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì),在確定其控制方案時,要對多種因素綜合考慮,采用的控制方法是模糊控制。為克服燃油鍋爐控制系統(tǒng)存

25、在的缺點,應(yīng)進行鍋爐控制系統(tǒng)的改造,提高鍋爐運行的安全穩(wěn)定性,同時降低設(shè)備的投入成本。第三章 改造方案3.1 控制方案的比較第一種方案是對信號的采集、顯示、算法與控制全部采用單片機設(shè)計；第二種方 是只采用設(shè)計；第三種方案是控制系統(tǒng)由單片機和共同組成,利用它們各自的優(yōu)點，設(shè)計一套控制系統(tǒng)。但是控制復(fù)雜，操作工人不易操作，沒有一定的文化基礎(chǔ)很難學習。對于第一種方案,全部采用單片機設(shè)計,可以全自動傻瓜式的操作方法，只要一個簡單的開關(guān)就可以對燃油鍋爐進行自動控制，可以節(jié)省許多的人力物力。對于第二種方案,控制系統(tǒng)需要從現(xiàn)場采集的輸入信號有:8個狀態(tài)輸入量、21個水位測量值信號、4個水位高/低報警信號、6

26、個手動開關(guān)控制信號;輸出信號有:8個狀態(tài)顯示、9個控制輸出;39個輸入信號、17個輸出信號。由于只采用進行控制,因此需要選用較多輸入/輸出點的,使得整套系統(tǒng)的價格昂貴,不具有推廣價值。對于第三種方案,采用單片機和共同組成,輸入信號由單片機采集并處理后再送入,只有重要的水位高/低保護信號不通過單片機而直接送到。接收外部輸入信號,通過預(yù)先編制好的模糊控制算法進行分析、計算,控制算法的結(jié)果通過的輸出端去控制就地的給水調(diào)節(jié)閥門?；谶@些基礎(chǔ)上，我們采用了第一套設(shè)計方案設(shè)計了一套設(shè)備。3.2 控制方案的特點對于第一種控制方案,從安全性來分析。首先,系統(tǒng)有兩套鍋爐水位測量裝置,測量裝置工作正常時,鍋爐水位

27、信號取兩個信號的平均值,水位信號測量準確、可靠。由于控制器設(shè)置水位偏差報警功能,當某一側(cè)的水位測量裝置有故障,使得兩側(cè)水位測量偏差超過一定值時,取其中正常的水位信號進行顯示和控制,并送報警信號至控制器面板顯示某側(cè)水位計已壞,提醒維護人員與時維護。其次,大大降低了使用成本。再次,單片機價格便宜,使得整套系統(tǒng)成本較低。通過對各種控制系統(tǒng)組成方案進行分析比較,在確保鍋爐運行安全的前提下,考慮整套控制裝置的經(jīng)濟性,采用單片機使得鍋爐控制器具備單片機價格低、功能強的特點,又適用于工業(yè)現(xiàn)場控制。第四章 硬件設(shè)計4.1 鍋爐控制主板系統(tǒng)鍋爐控制主板系統(tǒng)主要有五個部分組成。包括中央處理器系統(tǒng)、輸入系統(tǒng)、輸出系

28、統(tǒng)、鍵盤和顯示系統(tǒng)、電源。中央處理器系統(tǒng)：主要包括4個部分組成。部數(shù)據(jù)存儲器、部程序存儲器、定時器計數(shù)器、信號引腳。部數(shù)據(jù)存儲器，包括RAM和ROM地址寄存器等。89C51芯片中共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用，供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此，通常所說的部數(shù)據(jù)存儲器是指前128單元。部程序存儲器，包括ROM和持續(xù)地址寄存器等。89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。定時器/計數(shù)器，出于控制應(yīng)用的需要，89C51共有兩個16位的定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進行控制。信號引腳，89C51是標準的

29、40引腳雙列直插式集成電路芯片,其引腳的定義與簡單功能說明如下：1.信號引腳介紹輸入/輸出口線P0.0P0.7 P0口8位雙向口線P1.0P1.7 P1口8位雙向口線P2.0P2.7 P2口8位雙向口線P3.0P3.7 P3口8位雙向口線ALE 地址鎖存控制信號在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于ALE是以六分之一晶振頻率的古代頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 外部程序存儲器讀選通信號在讀外部ROM時有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 訪問程序存儲器控制信號當信號為低電平時，對ROM

30、的讀操作限定在外部程序存儲器；而當信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。RST 復(fù)位信號當輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平時即有效，用以完成單片機的復(fù)位操作。XTAL1和XTAL2 外接晶體引線端當使用芯片部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。Vss 地線Vcc +5V電源2.P3口線的第二功能P3的8條口線都定義有第二功能，具體如下表所示口線第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0申請P3.3外部中斷1申請P3.4T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P

31、3.5T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6外部RAM寫選通P3.7外部RAM讀選通4.2 輸入系統(tǒng)36V 超高水位 高水位 低水位 超低水位鍋爐的水位控制系統(tǒng)如上圖所示，鍋爐有四根電極棒，分別為超高水位棒、高水位棒、低水位棒和超低水位棒。每一根電極棒豎直放在鍋爐，上頭接著電橋的一端。鍋爐的外殼接著36V電源的負極，當水位接觸到電極棒的另一端時，電橋的兩端就通電，繼電器的兩端就有直流電，繼電器就閉合，這時就有一個信號送到光電耦合器中。這樣有四組，CPU就根據(jù)程序來判斷水位到達什么位置，從而做出相應(yīng)的處理。鍋爐的氣體壓力通過壓力控制器輸出的開關(guān)量信號經(jīng)光電耦合電路輸入單片機中。這里有兩個元件簡單介

32、紹一下。第一、光電耦合器光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度圍寬、抗干擾性能強、無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，保障系統(tǒng)在高電壓、大功率輻射環(huán)境下安全可靠地工作。光電耦合器的1腳接12V電壓，2腳接輸入信號，3腳接接地信號，4腳接CPU。當輸入信號高電平時，光電耦合器的二極管就不導(dǎo)通，4腳的電平就為0；當輸入信號為低電平時，光電耦合器的二極管就導(dǎo)通，右邊也導(dǎo)通，4腳的電平就為1。系統(tǒng)輸入有六個信號，壓力信號兩個，水位信號四個。每一個信號進入，經(jīng)過一個反向器，進入光隔（光隔的部結(jié)構(gòu)如圖所示），所以系統(tǒng)有六個光隔。本系統(tǒng)采用六個光隔，目的是為了把主板與外電路分離開來，提高系統(tǒng)的安全

33、性。第二、壓力控制器結(jié)構(gòu)原理：控制器的工作原理是基于檢測元件（測量系統(tǒng)中的彈簧管）的彈性變形來驅(qū)使機能元件（控制裝置中的微動開關(guān)）產(chǎn)生快速的開關(guān)跳躍動作。即在被測（控）介質(zhì)的壓力作用下，迫使彈簧管之自由端產(chǎn)生相應(yīng)的彈簧性位移，而與管端相連的微動開關(guān)中的按鈕（推桿）也隨之產(chǎn)生相應(yīng)動作，待壓力達到所設(shè)定的控制之瞬時，開關(guān)觸點即切換，致使控制系統(tǒng)中的電路得以斷開或接通，并同時發(fā)出燈光信號，以實現(xiàn)自動控制的目的。在這里，我們選用YWK-50壓力控制器，它的功能在第一章中已作了詳細的說明，我們在這里就不加多說了。壓力控制的作用是當壓力低于整定值時壓力控制器輸出信號接通；壓力高于整定值時信號斷開；信號斷開

34、后當壓力下降到回差整定值時再次接通。P大火小火都關(guān)p2小火開，大火關(guān)p1大火小火都開04.3 輸出系統(tǒng)其中下圖所示是一個4個腳的繼電器的部工作原理繼電器“34”端平時是斷開的，當“12”端 之間加上電壓以后(此例中為+12V)，通過線圈coil，就會把開關(guān)switch打開，此時“34”就是導(dǎo)通的。因此，“12”端所起到的作用，只是一個控制開關(guān)而已。繼電器本身就是一個開關(guān)，廣泛應(yīng)用于計算機自動控制領(lǐng)域，由于繼電器的所需驅(qū)動功率較低，直接和邏輯電路兼容，不必加中間緩沖器或驅(qū)動器即可直接驅(qū)動。目前固體繼電器以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制，如電機、燈、加熱器、螺線管、電磁閥、變壓器等。本系統(tǒng)中在繼電器負

35、載兩端并聯(lián)一只二極管，起保護作用。系統(tǒng)共有三路輸出信號，分別接水泵開關(guān)、大火開關(guān)和小火開關(guān)。輸出信號從CPU的P1口出來，若信號為高電平，經(jīng)過反向器后，變?yōu)榈碗娖剑龢O管就導(dǎo)通，此時，繼電器的“12”端之間就加上了電壓，“34”就導(dǎo)通，從而接通外電路的水泵或者兩段火的開關(guān)。4.4鍵盤和顯示系統(tǒng)具體接法如電路原理圖系統(tǒng)這樣設(shè)計的最大的優(yōu)點在于一共占用了CPU的13條線就完成了鍵盤和顯示的全過程，比一般的接法省下了不少的資源。由于數(shù)碼管部實質(zhì)為八個發(fā)光二極管，所以系統(tǒng)的14個指示燈可以把它當作兩個數(shù)碼管處理。所以本系統(tǒng)相當于使用的六位數(shù)碼管，對六位數(shù)碼管顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法顯示，即逐

36、個地循環(huán)地點亮各顯示器。這樣雖然在任意時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應(yīng)，只要掃描顯示頻率大于25次/秒，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮效果完全一樣。為了實現(xiàn)數(shù)碼管顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段（字形代碼）的輸入之外，還要對顯示器位選進行控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多個數(shù)碼管顯示器接口電路需要有二個輸出口，其中一個用于輸出8個段控線（有小數(shù)點顯示）；另一個輸出位線，位控線的數(shù)目等于顯示器的數(shù)量。其中P3.4P3.6為CPU輸出的位控線。因此P3口輸出加74HC138既進行反相和提高驅(qū)動能力又可以三個CPU的端口，然后再接各LED顯示器的空端。P1口也為輸出口（

37、段控口），以輸出8位字形代碼（段控線）。段控線的負載電流約為8ma,為提高顯示亮度，所以加了一個74HC245進行段控輸出驅(qū)動。鍵盤采用的經(jīng)典的動態(tài)掃描的接法。LED的每一位分別接著一個鍵盤，所以當LED某一位選通時，CPU就讀接著鍵盤的P3.3口，如果P3.3口為低電平，說明該LED對應(yīng)的鍵盤被按下，CPU就處理相應(yīng)的鍵盤功能程序。也就是說CPU根據(jù)P3.3口和138輸出的值來處理鍵盤功能程序。如果P3.3口為高電平，說明該LED對應(yīng)的鍵盤沒有被按下。4.5 電源系統(tǒng)有兩個電源，一個5V的主控制電源，一個12V的外控制電源。電源通過220V變壓后得到9V的電源，再經(jīng)過典型的橋式整流、濾波和穩(wěn)

38、壓管得到一個穩(wěn)定的5V直流電源。同理得到一個穩(wěn)定的12V直流電源，這兩個電源為整個系統(tǒng)提供了能源保證。具體電路圖如下：4.6 軟件設(shè)計總體設(shè)計流程：電 源顯示輸出CPU輸入程序設(shè)計流程圖說明：1P1為低壓安全信號，P2為高壓安全信號2H1為低水位安全信號，H2為高水位安全信號上電復(fù)位執(zhí)行程序初始化讀壓力信號P與P1P2相比PP1 PP2P1PP2報警，兩段火都關(guān)兩段火都開大火關(guān)，小火開顯示壓力，大小火燈都滅顯示壓力，大火燈亮顯示壓力，兩段火的燈亮讀水位信號H與H1H2相比低于低水位 低水位時低水位與高水位之間 高水位時 高于高水位水泵停水泵開水泵保持原狀高水位燈亮低水位燈亮正常水位燈亮報警，停

39、爐保護報警，停爐保護“高水位”燈爍“低水位”燈爍第五章 系統(tǒng)的特點5.1 系統(tǒng)可靠性高燃油鍋爐控制器由可編程控制器全自動控制,系統(tǒng)運行可靠、抗干擾能力強,對重要的保護信號采用冗余的方式,大大提高了整套燃油鍋爐控制系統(tǒng)的安全可靠性。5.2 顯示界面直觀、方便控制系統(tǒng)面板顯示直觀、功能齊全,利于運行和監(jiān)控。整個系統(tǒng)的顯示界面包括:3個數(shù)字量顯示(水位、水泵閥門、燃燒器)、水位報警、超壓報警。5.3 系統(tǒng)組態(tài)靈活方便單片機程序采用模塊化設(shè)計的程序設(shè)計方法,既方便程序的修改和調(diào)試,又能實現(xiàn)軟件的自診斷,提高了軟件的易理解性和易維護性。整套系統(tǒng)組態(tài)靈活、修改方便。5.4 經(jīng)濟效益好控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、控

40、制精度高、結(jié)構(gòu)合理、功能齊全,軟、硬件配置可靠性高,具有較高的實用價值和推廣前景,能夠滿足中、小型燃油鍋爐的控制要求。第六章 結(jié)束語采用單片機設(shè)計出的燃油鍋爐控制器,能夠針對鍋爐水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進行控制,鍋爐水位運行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善;同時大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了燃油鍋爐的穩(wěn)定運行。燃油鍋爐控制器充分利用了單片機和可編程控制器的特點,較好地解決了高性能與低成本之間的矛盾。控制裝置具有成本低、抗干擾能力強、控制性能好等優(yōu)點,且系統(tǒng)硬、軟件維護簡單方便,尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場,具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻：1單片微型機原理應(yīng)用與實踐 友德、志英 復(fù)旦大學2單片微機測控系統(tǒng)大全 王福瑞 航空航天大學 2002年3單片機基礎(chǔ) 廣第 航空航天大學 2001年4電路原理圖與電路板設(shè)計教程 Protel99se 夏路易 希望電子5液晶顯示應(yīng)用技術(shù) 維、郭強 電子工業(yè) 2002年6過程控制工程 即裕森 機械