鍋爐水位控制器

1、河南科技學院新科學院單片機課程設計報告 題目：基于單片機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 指導教師： 邵峰、徐君鵬、張素君 2012年12月20日基于單片機控制的鍋爐水位控制器設計任務書一. 設計要求(一) 基本功能1.具有手動和自動兩種操作模式2.能夠實現(xiàn)多點水位數(shù)據(jù)采集，并實時進行水位狀態(tài)顯示3.具有多種連鎖保護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，如水位到達正常水位，報警將自凍

2、結除，同時如果壓力為低壓狀態(tài)則馬上啟動鼓風機和引風機，否則控制器自動關閉鼓風機和引風機。如果水位達到最高水位和壓力超過設定壓力時自動報警，同時關閉水泵和風機。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機的運行，水位和壓力檢測由控制器自動完成，且當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機，過高不能啟動風機，從而實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護控制。（二）擴展功能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計，同時按要求上交設計報告一份。2

3、.第二周完成軟件的具體設計和硬件的制作。3.第三周完成軟件和硬件的聯(lián)合調試。目錄 1引言 1 2總體設計方案 1 2.1設計思路 2 2.2設計方框圖 2 3設計組成及原理分析 3 3.1水位檢測電路設計 3 3.2驅動電路設計 4 3.3報警電路設計 4 3.4復位電路 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總結與體會 7參考文獻 8附錄1 9附錄2 10附錄3 11附錄4 12基于單片機控制的鍋爐水位控制器設計任務書摘 要：該設計是由AT89S51單片機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)可實現(xiàn)水位報警、控制和壓力控制等功能，并對水位進行數(shù)字顯示。關鍵詞：單片機、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、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。鍋爐微機控制，是近年來新開發(fā)的一項新技術。它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用的是微機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)間的強耦合、隨機干擾

5、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格，鍋爐的液位控制直接影響人們自身和設備的安全。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，調節(jié)精度差等缺點，且單靠人工操作已不能適應控制系統(tǒng)改造的必要性。隨著科學技術的不斷進步，被控對象越來越復雜，人們對控制精度的要求越來越高。隨著單片機技術和自動控制技術的發(fā)展，利用單片機及外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已

6、經(jīng)成為一種趨勢，單片機體積小，安裝方便，功能齊全，性價比好，應用前景廣。本系統(tǒng)即是基于單片機AT89S51單片機設計的，有著較高的實用價值和優(yōu)越性。本系統(tǒng)若用于高級工業(yè)控制，可進行相應功能，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 總體設計方案本系統(tǒng)是由硬件和軟件共同構成。硬件部分有水位監(jiān)測電路，驅動電路，手動自動切換電路，水位顯示電路，光報警電路，聲報警電路。而軟件部分由燒進單片機AT89S51的匯編程序構成。當水位低于設定的低水位時，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。當水位高于設定的高水位時，開始報警，水

7、泵停止工作。同時這個系統(tǒng)還可以實現(xiàn)手動自動轉換。滿足現(xiàn)在的需求。而且還能實現(xiàn)聯(lián)保功能：當水位低于低水位時不能停止水泵工作，當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 設計思路 電路主要實現(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距離段之間，當水位低于或高于正常水位段下限和上限是進行光報警與聲報警，若水位在正常水位時，則解除報警。當水位低于水位下限時，水泵一直注水，

8、而高于上限時則關閉水泵，并且當水位處于不同探測電時，可顯示相應數(shù)字來顯示水位。壓力檢測主要由一個開關來模擬壓力的高低，并用指示燈的亮滅來模擬風機的運行和停止，另設手動操作按鈕，用以人為啟動水泵和風機。2.2 總體設計框圖AT89S51光報警 手動操作聲報警 檢測電路 水位指示電路執(zhí)行電路驅動電路復位電路 晶振電路圖1設計方框圖3 設計原理分析3.1 水位檢測電路設計 單片機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，水位應控制在虛線范圍之內。在鍋爐內的不同高度處，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，應啟動電機供水。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，電機保持原有工作狀態(tài)。當水位達到上限時，B、C棒接通高電平，此時應停止電機和水泵工作。 圖2鍋爐水位控制原理圖 在鍋爐的內部我們設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一個高電平，驅動水泵加水，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，當水位為下限時，數(shù)碼管顯示為

10、1，當水位為正常水位時數(shù)碼管顯示為2，當水位為上限水位時，數(shù)碼管顯示為3，當出現(xiàn)故障時，數(shù)碼管顯示為從而根據(jù)不同的關系來控制輸出電路其具體邏輯關系如下表1所示。水位用開關模擬如圖3所示 表1邏輯關系圖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3.2驅動電路 該電路時用開關來模擬實現(xiàn)。當開關按下時，電機即水泵開始工作。當開關 斷開時，水泵停止工作。電路圖如圖4所示圖4開關模擬驅動電路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、蜂鳴器構成。當紅色的亮時，說明水位低，蜂鳴器響，系統(tǒng)啟動水泵開始工作。當綠色的亮時，蜂鳴器不響，水泵繼續(xù)工作。當黃色的亮時，蜂鳴器響，水泵停止工作。當三個都亮時，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復位電路 該電路采用開關使系統(tǒng)具有復位功能。如需復位時，按下開關則恢復到原來狀態(tài)。電路圖如圖7 圖7復位電路3.5振蕩電路該電路為振蕩電路，由晶振構成。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)碼管和電阻構成。主要是使用

12、輸出端口的信號驅動數(shù)碼管顯示，根據(jù)信號的不同將顯示不同的數(shù)字。當水位低于下限水位時，將顯示1，當水泵工作時，顯示2，當水位高于高水位時將顯示3，當出現(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S6、S8分別模擬高低壓和過高過低壓。當S6按下時，系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。當S6斷開時，可以實現(xiàn)手動控制水泵的開關。S8按下時，水泵開始抽水，當開關斷開時，可以停止水泵抽水。從而實現(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 總結與體會這次設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)基本能實現(xiàn)基本要求。首先，這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動自動兩

13、種操作模式。我用一個開關來切換手動和自動控制：開關按下時可以自動操作，當開關斷開時就可以實現(xiàn)手動操作。其次，這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)報警要求。當水位過低時，紅燈亮，蜂鳴器也響。當水位介于低水位和高水位之間時，綠燈亮，表示還在注水。當水位高于高水位時，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，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)還可以實現(xiàn)聯(lián)保功能，當水位低于低水位時，手動不能操控來停止水泵的工作，而當水位高于高水位時

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而造成的錯誤結果。這次試驗由于從選題到制作電路板再到調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，結果還是出現(xiàn)了一些錯誤，當生成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，致使一些線路斷了。我們只有用跳線來連接。調試程序時費得功夫最多。等調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。最后結果還是不太如人愿。這次實習讓我也收獲不小。學到

15、的知識可以實現(xiàn)出來真的挺讓人振奮的。我也從中認識到自己的不足之處，以后一定好好學習彌補這些不足。參考文獻1葉挺秀.應用電子學.杭州：浙江大學出版社，19942閻石.數(shù)字電子技術基礎（第三版）. 北京：高等教育出版社，19893李旭東，宗光華，畢樹生，等.生物工程微操作機器人視覺系統(tǒng)的研究.北京航空航天大學學報，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，亮紅燈SETB P3.2SETB P3.3CLR P3.0CLR P3.1LCALL DELAYLJMP RESTARTLOOP1: CJNE A,#01H,LOOP2 ;當超過低水位，并且未達到高水位時，保持電動機轉動，亮綠燈SETB P3.2SETB P3.1CLR P3.0CLR P3.3LCALL DELAYLJMP RESTARTLOOP2: CJNE A,#02H,LOOP3 ; 系統(tǒng)故障（達到高水位，卻沒達到低水位）紅，黃，綠燈均閃爍SETB P3.0CLR P3.3CLR P3.2CLR P3.1LCALL DELAYSETB P3.3SETB