鍋爐水位控制器解讀

1、河南科技學(xué)院新科學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于單片機(jī)的鍋爐水位控制器專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化 104姓名：時(shí)間：2012.12.03 2012.12.21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(jì)任務(wù)書(shū)一.設(shè)計(jì)要求（一）基本功能1. 具有手動(dòng)和自動(dòng)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(shí)進(jìn)行水位狀態(tài)顯示3. 具有多種連鎖保護(hù)和報(bào)警功能具體工作過(guò)程如下：控制器上電后，首先處于自動(dòng)工作模式，程序開(kāi)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(bào)警信后，同時(shí)啟動(dòng)水泵上水，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，如水位到達(dá)正常水位，報(bào)警將自 凍結(jié)除，同

2、時(shí)如果壓力為低壓狀態(tài)則馬上啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，否則控制器自動(dòng)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(guò)設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉水泵和風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)時(shí)刻跟蹤 顯示水位和壓力狀態(tài)。如果你想手動(dòng)操作，你可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換鍵把系統(tǒng)置為手動(dòng)工作模式,此時(shí)可由人工控制水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，水位和壓力檢測(cè)由控制器自動(dòng)完成，且當(dāng)水位過(guò)低時(shí)不能手 動(dòng)停止水泵，過(guò)高時(shí)不能啟動(dòng)水泵，壓力過(guò)低不能停止風(fēng)機(jī)，過(guò)高不能啟動(dòng)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(jì)劃完成時(shí)間三周1. 第一周完成軟件和硬件的整體設(shè)計(jì)，同時(shí)按要求上交設(shè)計(jì)報(bào)告一份

3、。2. 第二周完成軟件的具體設(shè)計(jì)和硬件的制作。3. 第三周完成軟件和硬件的聯(lián)合調(diào)試。1引言2總體設(shè)計(jì)方案計(jì)思路3設(shè)計(jì)組成及原理分析位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)目錄1 2.1 設(shè)2 2.2設(shè)計(jì)方框3 3.1 水3 3.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì) 43.4復(fù)位電路 53.5振蕩電路 53.6水位指示電路 63.7手動(dòng)自動(dòng)路 64總結(jié)與體會(huì) 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(jì)任務(wù)書(shū)摘要：該設(shè)計(jì)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(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、水位指示電路以及壓力自動(dòng)

4、控制模擬 和手動(dòng)控制等部分組成；軟件部分主要由匯編語(yǔ)言所編寫的程序組成。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水位報(bào)警、控 制和壓力控制等功能，并對(duì)水位進(jìn)行數(shù)字顯示。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(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(guó)燃燒鍋爐的數(shù)量眾多，現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)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(lái)新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。它是微型計(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，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(duì)象和過(guò)程的非線性、時(shí)變性，多參數(shù)間的強(qiáng)耦合、隨機(jī)干擾等因素， 使得建立被控

5、對(duì)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(wú)法滿足控制精度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。在現(xiàn)代社會(huì)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(lái)越大，蒸汽鍋爐的容量不斷高，對(duì)操作過(guò)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(guò)低可能使鍋爐出現(xiàn)干 燒現(xiàn)象，液位過(guò)高又會(huì)使鍋爐蒸汽壓力過(guò)高發(fā)生危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的液位控制自動(dòng)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(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，人們對(duì)控制精度的要求越來(lái)越高。隨著單片機(jī)技術(shù) 和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)及外圍芯片實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為

6、一種趨勢(shì)， 單片機(jī)體積小，安裝方便，功能齊全，性價(jià)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(jì)的，有著較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。本系統(tǒng)若用于高級(jí)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(dòng)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(jì)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(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路，手動(dòng)自動(dòng) 切換電路，水位顯示電路，光報(bào)警電路，聲報(bào)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(shí)，發(fā)光管亮，蜂鳴器響，即光報(bào)警和聲報(bào) 警，水泵開(kāi)始工作。然后報(bào)警解除。當(dāng)水位高于設(shè)定的高水位時(shí)，開(kāi)始

7、報(bào)警，水泵停止 工作。同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)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(shí)不能停止水泵工作，當(dāng)水位高于高水位時(shí)不能啟動(dòng)水泵。在保 證了這個(gè)系統(tǒng)的正常工作同時(shí)還減少了系統(tǒng)故障的發(fā)生。整個(gè)系統(tǒng)的原理圖見(jiàn)附錄1。仿真圖見(jiàn)附錄2。程序流程圖見(jiàn)附錄3。程序見(jiàn)附錄4。2.1設(shè)計(jì)思路電路主要實(shí)現(xiàn)功能是水位檢測(cè)和報(bào)警，然后控制水泵的啟停。水位控制主要的控制的對(duì)象是水泵，容器是鍋爐，水位的檢測(cè)可根據(jù)探測(cè)器探測(cè)得到。水位正常情況下控制 在一定測(cè)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(bào)警與聲 報(bào)警，若水位在正常水位時(shí)，則解除報(bào)警。當(dāng)水位低于水位下限時(shí)，

8、水泵一直注水，而 高于上限時(shí)則關(guān)閉水泵，并且當(dāng)水位處于不同探測(cè)電時(shí)，可顯示相應(yīng)數(shù)字來(lái)顯示水位。 壓力檢測(cè)主要由一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)模擬壓力的高低， 并用指示燈的亮滅來(lái)模擬風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和停 止，另設(shè)手動(dòng)操作按鈕，用以人為啟動(dòng)水泵和風(fēng)機(jī)。2.2總體設(shè)計(jì)框圖執(zhí)行電路光報(bào)警AT8 9S51手動(dòng)操作水位指示電晶 振 電 路圖1設(shè)計(jì)方框圖3設(shè)計(jì)原理分析3.1水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)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 于上限水位，A

9、棒接5V電源，B、C通過(guò)電阻接地。當(dāng)水位下降到下限時(shí)，B、C棒不能與A棒連通，B C為低電平，應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)供水。水位處于上下限之間時(shí)，A B連通，B為高電平，C為低電平，此時(shí)，電機(jī)保持原有工作狀態(tài)。當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)，B C棒接通高電平，此時(shí)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?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水位探測(cè)傳感器用來(lái)探測(cè)三個(gè)水位，即低水位， 正常水位，高水位。低水位時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)水泵加水，紅燈亮，蜂鳴器 響；正常范圍的水位時(shí)，水泵加水，綠燈亮，蜂鳴器不響；高水位時(shí)，水泵不加水，黃 燈亮，蜂鳴器響。而水位的情況將通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，當(dāng)水位為下限時(shí)，數(shù)碼管顯示為 1,當(dāng)水

10、位 為正常水位時(shí)數(shù)碼管顯示為 2,當(dāng)水位為上限水位時(shí)，數(shù)碼管顯示為 3,當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)， 數(shù)碼管顯示為從而根據(jù)不同的關(guān)系來(lái)控制輸出電路其具體邏輯關(guān)系如下表 1所示。水位 用開(kāi)關(guān)模擬如圖3所示表1邏輯關(guān)系圖P3.0P3.1光報(bào)警聲報(bào)警數(shù)碼管顯示（P2）上限1報(bào)警報(bào)警3故障衣0-1-報(bào)警報(bào)警4正常:0不報(bào)警不報(bào)警2下00 R13扌報(bào)警報(bào)警11r111k220R61 1k圖3水位模擬開(kāi)關(guān)3.2驅(qū)動(dòng)電路該電路時(shí)用開(kāi)關(guān)來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電機(jī)即水泵開(kāi)始工作。當(dāng)開(kāi)關(guān) 斷開(kāi) 時(shí)，水泵停止工作。電路圖如圖4所示圖4開(kāi)關(guān)模擬驅(qū)動(dòng)電路3.3報(bào)警電路該電路是由光報(bào)警電路和聲報(bào)警電路共同組成。光報(bào)警電路由三個(gè)發(fā)光

11、二極管代 替，分別為紅，黃，綠。聲報(bào)警電路由蜂鳴器構(gòu)成。當(dāng)紅色的亮?xí)r，說(shuō)明水位低，蜂鳴 器響，系統(tǒng)啟動(dòng)水泵開(kāi)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(gè)都亮?xí)r，故障。光報(bào)警電路如圖5所示，聲報(bào)警電路如圖6所示R9D4-RED220R10LD5-YELLOW1 220R11VLED-GREEN220F圖5光報(bào)警電路Q5R23T1100JAR10NPNC320022uF.1BUZ111k圖6；聲報(bào)警電路3.4復(fù)位電路該電路采用開(kāi)關(guān)使系統(tǒng)具有復(fù)位功能。如需復(fù)位時(shí)，按下開(kāi)關(guān)則恢復(fù)到原來(lái)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

12、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。主要是使用輸出端口的信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù) 碼管顯示，根據(jù)信號(hào)的不同將顯示不同的數(shù)字。當(dāng)水位低于下限水位時(shí)，將顯示 1,當(dāng) 水泵工作時(shí)，顯示2,當(dāng)水位高于高水位時(shí)將顯示 3,當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)將顯示4。電路圖如 圖9所示R21J Rl5Ri6 1 rRl7Rl8 R19f I1kIR20圖9水位指示電路1k3.7手動(dòng)自動(dòng)切換電路該圖用開(kāi)關(guān)S6 S8分別模擬高低壓和過(guò)高過(guò)低壓。當(dāng) S6按下時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 控制。當(dāng)S6

13、斷開(kāi)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制水泵的開(kāi)關(guān)。 S8按下時(shí)，水泵開(kāi)始抽水，當(dāng)開(kāi) 關(guān)斷開(kāi)時(shí)，可以停止水泵抽水。從而實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)自動(dòng)的切換。電路圖如圖10LED-G圖10手動(dòng)自動(dòng)切換電路4總結(jié)與體會(huì)這次設(shè)計(jì)我選的是鍋爐水位控制器這個(gè)題目。經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的努力做出來(lái)的系統(tǒng)基 本能實(shí)現(xiàn)基本要求。首先，這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)兩種操作模式。我用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái) 切換手動(dòng)和自動(dòng)控制：開(kāi)關(guān)按下時(shí)可以自動(dòng)操作，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。 其次，這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警要求。當(dāng)水位過(guò)低時(shí)，紅燈亮，蜂鳴器也響。當(dāng)水位介于低水位和高水位之間時(shí)，綠燈亮，表示還在注水。當(dāng)水位高于高水位時(shí)，黃燈亮，蜂鳴 器響。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，不僅三個(gè)

14、燈都亮，蜂鳴器也還響。這樣可以及時(shí)提醒人來(lái) 維護(hù)，從而可以避免一些不必要的安全事故和人身財(cái)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(shí)來(lái)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(shí)，手動(dòng)不能 操控來(lái)停止水泵的工作，而當(dāng)水位高于高水位時(shí)，手動(dòng)同樣不能啟動(dòng)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(cuò)誤結(jié)果。這次試驗(yàn)由于從選題到制作電路板再到調(diào)試程序都是我們兩個(gè)人做的，所以會(huì)遇到很多的問(wèn)題。選過(guò)題目以后，我們開(kāi)始制 作原理圖。一個(gè)人作另一個(gè)在旁邊看著以免出錯(cuò)， 結(jié)果還是出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤，當(dāng)生成PCB 圖時(shí)由

15、于一些線沒(méi)連好造成出現(xiàn)錯(cuò)誤提醒。我們又慢慢認(rèn)真的檢查了一遍，排查出錯(cuò)誤 后才順利的完成了第一步。接著制板時(shí)由于操作不當(dāng)，致使一些線路斷了。我們只有用 跳線來(lái)連接。調(diào)試程序時(shí)費(fèi)得功夫最多。等調(diào)好仿真好后開(kāi)始燒程序。然而燒好后才發(fā) 現(xiàn)硬件并沒(méi)那么好。接著就開(kāi)始一部分一部分開(kāi)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)到的知識(shí)可以實(shí)現(xiàn)出來(lái)真的挺讓人振奮的。我也從中認(rèn)識(shí) 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)M.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)M 北京：高等教育出版社，19893 李旭東，宗光華，畢樹(shù)生，等生物

16、工程微操作機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的研究J北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，28(3) : 249 252附錄11口5or4附錄2C1U1XTAL1C2XTAL2R2210kP0.0/AP0.1/AP0.2/A-oX1CRYSTAL18P0.4熾=11122pf _附錄3附錄4重 新 掃 描ORG 0000HSTART: SETB P1.0SETB P1.1RESTART: MOV A,P1ANL A,#00000011BCJNE A,#00H,LOOP1在低水位之下，開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)，亮紅燈SETB P3.2SETB P3.3CLR P3.0CLR P3.1LCALL DELAYLJMP RESTARTLOOP1: CJNE A,#01H ,L OOP2當(dāng)超過(guò)低水位，并且未達(dá)到高水位時(shí)，保持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng), 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(méi)達(dá)到低水位）紅，黃， 綠燈均閃爍SETB P3.0CLR P3.3CLR P3.2CLR P3.1LCALL DEL