基于單片機(jī)的除氧器液位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、摘要隨著電力增長的需要,我國的火電建設(shè)如火如荼。鍋爐參數(shù)的提高和容量的增大,鍋爐的用水量也將進(jìn)一步增大,這給除氧器的除氧控制提高了難度。除氧器是鍋爐以及供熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,在鍋爐的給水處理過程中,除氧是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),所以對(duì)除氧器內(nèi)的水位控制,就能更好的控制除氧器的出水的含氧量。本論文針對(duì)除氧器液位控制這一課題進(jìn)行討論與設(shè)計(jì)研究,方案采用單片機(jī)來對(duì)除氧器內(nèi)液位實(shí)行精確控制,對(duì)本系統(tǒng)的人機(jī)交互以及與上位機(jī)的連接都做了研究,極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度以及減小了人工勞動(dòng)的繁瑣。關(guān)鍵詞:除氧器液位;水位控制;單片機(jī);鍋爐。AbstractTo meet the rising demand for

2、 electricity, the construction of thermal power in our country developed rapidly these years. As both the parameters and capacity of boiler become higher and higher, the water consumption of boiler increases at the same time, which also means a stricter requirement for the deaerator. Deaerator is on

3、e of the most important apparatuses in the boiler and heat supply system. During the process of the water supply of boiler, deaeration is an extremely critical point. Therefore, a good liquid level control of the deaerator can definitely improve the control of oxygen level in the water supply of boi

4、ler. This paper focuses on the topic of liquid level control of deaerator. A design of using Micro Control Unit (MCU to make a precise control of liquid level in the deaerator is discussed. The human-computer interaction for the system and the connection with the host computer is also been included,

5、 which highly enhance the automation of the whole system and reduce cost for manual labor.Key Words: the liquid level of deaerator ; liquid level control ; Micro Control Unit ; boiler .目錄摘要. I Abstract . II 目錄. III CONTENTS . V 第一章緒論 (11.1 課題背景與研究意義 (11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 (21.3研究設(shè)計(jì)目標(biāo) (4第二章液位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 (52.1

6、 系統(tǒng)總體任務(wù) (52.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 (5第三章系統(tǒng)的硬件選擇和設(shè)計(jì) (93.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) (9第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) (314.1 系統(tǒng)軟件相關(guān)介紹 (31第五章可靠性分析 (415.1 系統(tǒng)中干擾信號(hào)的種類 (415.2 系統(tǒng)中單片機(jī)的抗干擾設(shè)計(jì) (415.3 提高元器件的可靠性 (435.4軟件抗干擾技術(shù) (435.5采用備份系統(tǒng)提高可靠性 (44第六章經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析 (46結(jié)論 (47致謝 (48參考文獻(xiàn) (49附錄 (51CONTENTSABSTRACT(CHINESE . 錯(cuò)誤!未定義書簽。ABSTRACT . 錯(cuò)誤!未定義書簽。CONTENTS(CHINESE . 錯(cuò)誤

7、!未定義書簽。CONTENTS . 錯(cuò)誤!未定義書簽。CHAPTER 1 INTRODUCTION . 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1 Background . 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2 Current Situation. 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.3 The Goal . 錯(cuò)誤!未定義書簽。CHAPTER 2 SYSTEM PROJECT . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.1 The Task . 錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2 Blue Print . 錯(cuò)誤!未定義書簽。CHAPTER 3 HARDWARE DESIGN . (93.1 The System Circuit (9CHAPTER 4 SYSTEM

8、 SOFTWARE DESIGN (314.1 Introduction of Soft (31CHAPTER 5 RELIABILITY (415.1 Interfering Signals in System (415.2 SMCs Anti-Jamming (425.3 Components Reliability (435.4 Soft Anti-jamming (435.5 Backup System (44CHAPTER 6 ECONOMIC AND SOCIAL ANALYSIS (46CONCLUSION (47THANKS TO (48REFERENCES (49APPEND

9、IX (51第一章緒論1.1 課題背景與研究意義單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展迅速而廣泛。在控制系統(tǒng)中,單片機(jī)既可作為處理器,也可以作為控制系統(tǒng)的前端機(jī),完成模擬量的采集與開關(guān)量的輸入、處理和控制計(jì)算。隨著科技的發(fā)展液位測量控制技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。本設(shè)計(jì)思想是采用單片機(jī)作為處理器與控制器,對(duì)除氧器液位進(jìn)行控制,并要求具有一定的智能化,可操作性與穩(wěn)定性。除氧器采用單片機(jī)控制具有以下明顯優(yōu)勢:(1直觀而集中的顯示除氧器內(nèi)各運(yùn)行參數(shù)。能顯示液位、壓力、溫度等的狀態(tài)。(2在運(yùn)行中可以方便的隨時(shí)修改各種參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)?？梢苑奖愕母淖円何坏纳舷蕖⑾孪?。(3作為除氧器液位控制裝置,其主要任務(wù)

10、是保證除氧器的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用單片機(jī)控制的除氧器液位控制系統(tǒng)中,有十分周到的安全機(jī)制,可以設(shè)置報(bào)警。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。綜合以上各種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用單片機(jī)控制除氧器液位系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等相關(guān)部件。單片機(jī)問世以來,性能不斷的提高和完善,體積小、速度快、功耗低等的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到了大量廣泛的應(yīng)用。使用單片控制除氧器液位是很好的選擇。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)量的需求也越來越大,蒸汽鍋爐的容量不斷提高,對(duì)操作過程要求更加嚴(yán)格,除氧

11、器的液位控制直接影響設(shè)備的安全和使用壽命。傳統(tǒng)液位控制不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離集中控制,自動(dòng)化程度很低,調(diào)節(jié)精度比較差等等缺點(diǎn),而且單靠人工操作不能適應(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)步而提高,被控對(duì)象的復(fù)雜程度越來越高,人們對(duì)控制精度的要求也不斷提高。隨著單片機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,利用單片機(jī)及其外圍芯片實(shí)現(xiàn)除氧器液位控制已經(jīng)成為可能,而且也成為一種發(fā)展的趨勢,單片機(jī)不僅具有體積小,安裝方便,功能較齊全等優(yōu)點(diǎn),而且擁有很高的性價(jià)比,因此應(yīng)用前景廣泛,將保證除氧器正常供水,維持穩(wěn)定系統(tǒng),保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文即是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的一種除氧器液位控制系統(tǒng)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展由于單片機(jī)

12、問世已久,眾多企業(yè)在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中,取得了很大的成績,總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)外對(duì)除氧器液位控制的方法大體有以下幾種法案:(1采用三沖量控制方式三沖量系統(tǒng)是電廠鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)名詞,根據(jù)汽包水位,給水流量,蒸汽流量三個(gè)沖量經(jīng)過PID計(jì)算來調(diào)節(jié)給水閥門開度,從而達(dá)到自動(dòng)控制給水的目的。一般三沖量調(diào)節(jié)是針對(duì)汽包,而在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中,為了能夠精確控制除氧器水位,往往也采用三沖量控制方式來控制除氧器內(nèi)液位。在三沖量控制方式下,整個(gè)除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)有了一定的自適應(yīng)能力。從而可以大大的改善除氧器水位從低負(fù)荷時(shí)到高負(fù)荷整負(fù)荷范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。該控制方法適用于除氧器給水流量較大

13、的情況下1。采用三沖量控制方式可以保證除氧器水位在不同的負(fù)荷下均有良好的控制品質(zhì),在不同負(fù)荷下相當(dāng)于副調(diào)節(jié)器能夠有不同的參數(shù)整,控制系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力2。(2采用單沖量控制方式。單沖量控制用于除氧器給水流量較小時(shí)的情況。除氧器工作在給水流量較小時(shí),單沖量控制方式有上限輸出。一般情況下,單沖量控制方式的輸出上限為滿狀態(tài)輸出的50%3。由于給水流量較小時(shí)除氧器水位受其影響變化的擾動(dòng)也就很小,因此采用單沖量系統(tǒng)既滿足調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求,又可以減小整個(gè)給誰全程調(diào)節(jié)的參數(shù)的整定。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,飛機(jī)上各種儀表的控制,計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通

14、訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能IC卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此,單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域,大致可分為幾個(gè)范疇,在智能儀器儀表上的應(yīng)用,在工業(yè)控制中的應(yīng)用,在家用電器中的應(yīng)用,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用,在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用,在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用,

15、在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用等等4。未來單片機(jī)技術(shù)將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、外圍電路內(nèi)裝化及片內(nèi)儲(chǔ)存器容量增加的方向發(fā)展。所以本課題將采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)除氧器內(nèi)液位的控制。1.3研究設(shè)計(jì)目標(biāo)本課題的研究對(duì)象為除氧器的液位,對(duì)其液位進(jìn)行控制?；舅枷胧且詥纹瑱C(jī)作為控制器,通過單片機(jī)、壓力傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有液位報(bào)警和控制的雙重功能,同時(shí)也具有壓力顯示的功能。系統(tǒng)的硬件部分包括以下幾個(gè)部分:單片機(jī)作為核心控制器、壓力采集部分、鍵盤顯示部分、A/D變換部分、報(bào)警部分、液位控制等部分組成?？梢赃_(dá)到的具體控制參數(shù)如下:(1除氧器液位測量范圍:01400mm。(2

16、除氧器壓力測量范圍:0100Kpa。(3除氧器液位控制點(diǎn):1200mm。(4液位高報(bào)警點(diǎn):1300mm。第二章液位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案2.1 系統(tǒng)總體任務(wù)本文主要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有:(1當(dāng)除氧器內(nèi)液位低于控制液位點(diǎn)時(shí),開啟給水水閥對(duì)除氧器進(jìn)行加水。(2當(dāng)除氧器內(nèi)液位高于控制液位點(diǎn)時(shí),停止對(duì)除氧器內(nèi)進(jìn)行加水。(3當(dāng)由于某種特殊原因,液位高于控制點(diǎn)水位時(shí),仍然沒有關(guān)閉給水水閥,則達(dá)到上限水位時(shí),進(jìn)行報(bào)警,關(guān)閉給水水閥。(4設(shè)計(jì)消除報(bào)警按鈕,當(dāng)有報(bào)警時(shí)操作人員在知道的情況下可以按下消除報(bào)警并去做相應(yīng)的處理工作。(5設(shè)計(jì)緊急停止按鈕,在遇到緊急情況是可以停止系統(tǒng)的運(yùn)行。(6設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)按鈕,在系統(tǒng)啟動(dòng)之前

17、進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn),確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行及報(bào)警。(7安裝溫度、壓力傳感器,可以進(jìn)行溫度與壓力值的顯示。2.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)上面對(duì)系統(tǒng)任務(wù)的簡單描述,將系統(tǒng)功能進(jìn)行細(xì)分,此系統(tǒng)從整體看可以分為五部分:調(diào)節(jié)閥控制部分,信號(hào)采集部分,通信部分,數(shù)據(jù)處理部分,PID PID 溫度補(bǔ)償水位測量水位設(shè)定測量水位實(shí)際水位-+人機(jī)交互部分。調(diào)節(jié)閥控制部分主要完成對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制,從而控制除氧器內(nèi)液位。信號(hào)采集部分來采集液位,壓力等相關(guān)參量。通信部分主要完成與上位機(jī)的通信任務(wù)。數(shù)據(jù)處理部分主要完成PID 運(yùn)算和數(shù)據(jù)運(yùn)算功能,而人機(jī)交互部分用來顯示除氧器運(yùn)行狀態(tài)和按鍵控制。在穩(wěn)定除氧器內(nèi)液位時(shí),可行性較大的方式有三種:

18、一種是不考慮除氧器內(nèi)的壓力,僅考慮除氧器內(nèi)的水溫變化對(duì)水位變化的影圖2.1 方案一響。因?yàn)闇y量壓力范圍最高值在100kpa ,壓力非常小,所以可以認(rèn)為對(duì)除氧器內(nèi)液位影響不大,不考慮壓力對(duì)液位的影響。因?yàn)椴煌臏囟认滤捏w積是變化的,所以本方案僅考慮溫度對(duì)液位變化的影響。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示第二種是考慮到除氧器內(nèi)壓力對(duì)水位的高低的影響,由于除氧器內(nèi)存在一定的壓力,而且是變壓力,而壓力的大小會(huì)決定密閉空間內(nèi)水的體積大小,所以會(huì)對(duì)除氧器內(nèi)水位造成一定影響。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。圖2.2 方案二第三種是考慮到除氧器內(nèi)壓力和溫度高地對(duì)除氧器內(nèi)的水位影響。由于除氧原理多采用加熱式除氧,所以計(jì)算水位時(shí)應(yīng)

19、當(dāng)考慮到水溫變化與壓力變化時(shí),對(duì)水位進(jìn)行一定的補(bǔ)償計(jì)算,從而達(dá)到更精準(zhǔn)的控制精度和準(zhǔn)確度。本方案即是國內(nèi)外對(duì)除氧器水位控制的三沖量系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示。圖2.3方案三 PID PID 壓力補(bǔ)償水位測量水位設(shè)定測量水位實(shí)際水位-+PID PID 溫度補(bǔ)償水位測量水位設(shè)定測量水位實(shí)際水位壓力補(bǔ)償-+經(jīng)過三個(gè)方案比較后發(fā)現(xiàn)方案一,方案二比方案三少了一個(gè)前饋,即方案三為三沖量控制方式。所以當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在不同狀態(tài)時(shí)時(shí),除氧器內(nèi)的水位會(huì)隨著溫度和壓力的變化而變化。如果只對(duì)單一量進(jìn)行補(bǔ)償(如方案一和方案二,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力就會(huì)相對(duì)差一些,所以我選擇方案三的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在方案三中,當(dāng)除氧器內(nèi)的

20、壓力和水溫都在不斷變化時(shí),單片機(jī)輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,調(diào)節(jié)閥接到信號(hào)后也會(huì)自動(dòng)變化,控制除氧器給水水量的大小,從而始終實(shí)現(xiàn)除氧器內(nèi)水位穩(wěn)定的目的。方案三利用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)除氧器內(nèi)水位進(jìn)行溫度,壓力測量補(bǔ)償,也使得方案的經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。故選擇方案三,其基本控制方案如圖2.4所示。圖2.4系統(tǒng)基本控制方案PID水位變化補(bǔ)償設(shè)定水位壓差傳感器調(diào)節(jié)閥給水水量測量水位水位反饋-+第三章 系統(tǒng)的硬件選擇和設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案選擇完畢之后,希望實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)有的功能,須選擇合適的硬件和設(shè)計(jì)才能完成設(shè)計(jì)意圖。3.1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的除氧器液位控制系統(tǒng)有單片機(jī)、調(diào)節(jié)閥、差壓變送器、上位機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)采用

21、一臺(tái)單個(gè)單片機(jī)來對(duì)調(diào)節(jié)閥控制,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥控制給水水量的大小來實(shí)現(xiàn)除氧器內(nèi)液位的穩(wěn)定。通過差壓變送器采樣來自除氧器內(nèi)的水位,配合壓力傳感器的壓力補(bǔ)償,溫度傳感器的溫度補(bǔ)償,將數(shù)據(jù)傳送回單片圖3.1 系統(tǒng)整體框圖 MCU通信模塊鍵盤顯示A/D 模塊調(diào)節(jié)閥控制電源模塊上位機(jī)時(shí)間模塊D/A 模塊機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算,發(fā)出控制信號(hào),控制調(diào)節(jié)閥。單片機(jī)連接上位機(jī),上位機(jī)裝有監(jiān)控軟件,對(duì)除氧器內(nèi)水位進(jìn)行檢監(jiān)測控制。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1:主控模塊即是整個(gè)系統(tǒng)的控制與主要數(shù)據(jù)運(yùn)算單元。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)來作為主控模塊的主要組成部分。單片機(jī)是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處

22、理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)性價(jià)比以及被控對(duì)象接口數(shù)量,運(yùn)算要求等方面的綜合考慮,我們選用STC公司的STC89C51型單片機(jī)。STC89C51型單片機(jī)工作電壓為5.5V3.4V,其工作頻率范圍為0.40MHz,完全能夠滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。STC89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳,采用雙列直插(DIP方式封裝。單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。晶振采用12MHz晶振,保證單片機(jī)有所需的機(jī)器周

23、期。復(fù)位電路采用常用的按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)當(dāng)中的單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.2所示。 圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)的各個(gè)部分,都有相應(yīng)的電容電阻等的元件,選擇正確的阻值大小與電容大小是單片機(jī)最小系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。晶振計(jì)算:為了對(duì)CPU時(shí)序進(jìn)行分析,首先要為它定義一種能夠度量各時(shí)序信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間的尺度。最常用的尺度包括時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。時(shí)鐘周期又稱振蕩周期,由單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路OSC產(chǎn)生,常定義為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)。機(jī)器周期定義為實(shí)現(xiàn)特定功能所需的時(shí)間,對(duì)于此款單片機(jī)來說,機(jī)器周期由十二個(gè)時(shí)鐘周期T 構(gòu)成。指令周期定義為執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。為了方便我們編程以及定時(shí)的準(zhǔn)確性,

24、我們采用12MHz 晶振作為單片機(jī)的晶振源。計(jì)算如下:12oscT f =1T s = 此時(shí)單片機(jī)的機(jī)器周期為1s ,如此方便計(jì)算與編程。復(fù)位電路RC 計(jì)算:單片機(jī)復(fù)位電路可以正常引導(dǎo)單片機(jī)到正確的程序執(zhí)行位置,復(fù)位電路不正常會(huì)導(dǎo)致程序錯(cuò)亂甚至不能運(yùn)行。此單片機(jī)復(fù)位電路為按鍵式高電平復(fù)位,即正常工作時(shí)復(fù)位引腳為低電平,按下復(fù)位按鍵時(shí),復(fù)位腳為高電平并維持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期或以上。假設(shè)高電平復(fù)位有效,舍去充放過程中較低的電平,一般的單片機(jī)復(fù)位脈沖寬度為0.71ms ,RC 計(jì)算公式為:R C F Time =;10C F =;1R K =0.01100Time s ms =。計(jì)算延時(shí)時(shí)

25、間:這里我們?nèi)〗?jīng)驗(yàn)值電容為1K,電容為10FTime=÷=Time s0.01根據(jù)RC計(jì)算公式,計(jì)算出延時(shí)時(shí)間為100ms,滿足單片機(jī)的按鍵復(fù)位要求5。A/D是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的縮寫。是將連續(xù)的模擬量(如象元的灰階、電壓、電流等通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。盡管ADC芯片的品種、型號(hào)很多,其內(nèi)部功能強(qiáng)弱、轉(zhuǎn)換速度快慢、轉(zhuǎn)換精度高低有很大差別,但從外特性看,無論哪種芯片,都必不可少地要包括以下四種基本信號(hào)引腳端:模擬信號(hào)輸入端(單極性或雙極性;數(shù)字量輸出端(并行或串行;轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端;轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。除此之外,各種不同型號(hào)的芯片可能還會(huì)有一些其他各不相同的控制信號(hào)端

26、。這里,我們選用ADC0809。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,可以和單片機(jī)直接接口,由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道,允許8路模擬量分時(shí)輸入,共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當(dāng)OE 端為高電平時(shí),才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求:信號(hào)單極性,電壓范圍是05V ,若信號(hào)太小,必須進(jìn)行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變,如若模擬量變化太快,則需在輸入前

27、增加采樣保持電路。ADC0809是單路8位輸入A/D 轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時(shí)間小于s 100。量化間隔:mV V 53125.19258= 絕對(duì)量化誤差:mV 765625.92= 相對(duì)量化誤差: %195.02118=+在液位傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下,ADC0809是完全滿足設(shè)計(jì)誤差要求的。芯片執(zhí)行一條輸出指令時(shí),WR和地址譯碼輸出信號(hào)同時(shí)有效,ALE、START 信號(hào)啟動(dòng)芯片開始A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)單片機(jī)向ADC0809芯片執(zhí)行一條輸入指令時(shí), RD和地址信號(hào)同時(shí)有效,這是輸出允許OE有效,ADC0809的輸出三態(tài)門被打開,已經(jīng)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)就出現(xiàn)在單片機(jī)上,單片機(jī)接收讀取了轉(zhuǎn)換結(jié)果。ADC0

28、809工作的時(shí)序圖3.3如下: ADDA-ADDB ALE/STARTEOC OE D0D7圖3.3ADC0809工作時(shí)序圖數(shù)模轉(zhuǎn)換器,又稱D/A轉(zhuǎn)換器,簡稱DAC,它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成,即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。這里我們采用DAC0832。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。DAC0832有三種工作方式,分別為直通方式,單緩沖方式和雙緩沖方式。本設(shè)計(jì)采用了單緩沖的工作方式,輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址,同時(shí)選通輸出,輸入數(shù)據(jù)在控

29、制信號(hào)作用下,直接進(jìn)入DAC 寄存器中。1WR 和2WR 同時(shí)進(jìn)行,并且與單片機(jī)的WR 端相連接,單片機(jī)對(duì)DAC0832執(zhí)行一次寫操作,將數(shù)據(jù)直接寫入DAC 寄存器中。 對(duì)于本設(shè)計(jì)來說,當(dāng)連接引腳1WR 、2WR 、CS 、XFER ,使得兩個(gè)鎖存器的 圖3.4 DAC0832設(shè)計(jì)圖 一個(gè)處于直通狀態(tài),另一個(gè)處于受控狀態(tài),或者兩個(gè)被控制同時(shí)導(dǎo)通,DAC0832就工作于單緩沖方式。本設(shè)計(jì)中,只要數(shù)據(jù)DAC0832寫入8位輸入鎖存器,就立即開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果通過輸出端輸出。具體設(shè)計(jì)如圖3.4。通訊模塊是單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的處理芯片及其外圍電路。目前單片機(jī)與上位機(jī)通訊采用兩種方式,一種是常見

30、的USB接口;第二種是采用美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(Electronic Industry Association制定的一種串行物理接口解決方案。因?yàn)镽S232接口信號(hào)電平值較高,易損壞接口電路的芯片,傳輸速率較低,抗噪聲干擾性弱,傳輸距離有限等等缺點(diǎn),又考慮到USB接口在工業(yè)上應(yīng)用不多,故本設(shè)計(jì)在液位控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊中,采用了MAX485芯片為通訊進(jìn)行服務(wù)。采用USB接口設(shè)計(jì)作為備用接口。USB設(shè)計(jì)采用器件PL2303來實(shí)現(xiàn)。PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器,可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。其

31、中AMX485通信原理圖如圖3.5所示。MAX485僅有8個(gè)管腳,電路設(shè)計(jì)比較簡單。RO引腳接到單片機(jī)串口接收引腳RXD(P3.0,DI引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳TXD(P3.1。由于MAX485為半雙工通信方式,不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),只能通過控制RE和DE引腳的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省單片機(jī)I/O口資源,將RE和DE引腳連在一起,輸入低電平時(shí),MAX485處于接收狀態(tài);輸入高電平時(shí),其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。定義RE和DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為E,接入單片機(jī)P1口,用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。A,B端為發(fā)送接收差分信號(hào)端,一般需在A,B端之間加匹配電阻,匹配電阻為1206。 圖3.

32、5MAX485通信原理圖USB采用的是PL2303芯片,具有成熟的接口應(yīng)用技術(shù)。PL2303的高兼容驅(qū)動(dòng)可在大多操作系統(tǒng)上模擬成傳統(tǒng)COM 端口,并允許基于COM端口應(yīng)用可方便地轉(zhuǎn)換成USB接口應(yīng)用,通訊波特率高達(dá) 6 Mb/s。在工作模式和休 圖3.6 USB通信原理圖眠模式時(shí)都具有功耗低,是嵌入式系統(tǒng)手持設(shè)備的理想選擇7。USB原理圖如圖3.6所示。USB轉(zhuǎn)串口主芯片是電路的核心部分,提供USB和串口的橋轉(zhuǎn)換。它主要由三部分組成,分別是USB轉(zhuǎn)串口主芯片PL2303、PL2303工作晶振和PL2303外圍電路。在本設(shè)計(jì)中,為PL2303提供12M晶振保證其正常工作機(jī)器周期與單片機(jī)同步,配置

33、兩個(gè)22pF電容保證晶振正常起振。本設(shè)計(jì)提供的USB物理接頭使單片機(jī)和上位機(jī)之間可以通過USB線進(jìn)行連接。整個(gè)USB轉(zhuǎn)串口線不需要外接電源,直接使用USB供電即可8。通過單片機(jī)的定時(shí)器,可以設(shè)計(jì)時(shí)間功能,然而單片機(jī)自身的產(chǎn)生時(shí)間數(shù)據(jù)大大占用了系統(tǒng)的資源,降低了工作效率,甚至影響了其他功能的實(shí)現(xiàn),因此在本設(shè)計(jì)方案中,采用了外部芯片提供時(shí)間信號(hào),用以系統(tǒng)記錄時(shí)間信息。DS1302因其較小的體積,占用I/O口資源少等特點(diǎn),是常用的時(shí)間芯片。此次設(shè)計(jì)采用DIP-8封裝。DS1302中Vcc1為后備電源,Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者

34、中電壓較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí),Vcc2供電,當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí),DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源接口,外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線,通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳輸。RST輸入有兩種功能:首先RST接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí),所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果傳送過程中RST置為低電平,則會(huì)終止此次傳輸,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí),在Vcc2.5V之前,RST 必須保持低電平。只有在SCLK為低電

35、平時(shí),才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。SCLK始終是輸入端,用來輸入串行時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù)DS1302的特點(diǎn),設(shè)計(jì)電路如圖3.7所示: 圖3.7DS1302時(shí)間模塊在實(shí)際應(yīng)用中,起控制、輸入輸出的三個(gè)端口上拉較弱,容因產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_,因此加上了上拉電阻與單片機(jī)P2口相連,加強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性;為了保證時(shí)鐘的可靠性,在Vcc1上使用了CR2032紐扣電池作為備用電源,輸出電壓為3V,從而保證了系統(tǒng)掉電狀態(tài)下,時(shí)鐘能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中有鍵盤輸入控制與顯示器等設(shè)備,而單片機(jī)接口數(shù)量有限,為解決這一問題,我們選擇常見的可編程并行I/O接口芯片8255。8255是Intel 公司生產(chǎn)

36、的可編程并行I/O接口芯片,有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片(40引腳。其各口功能可由軟件選擇,使用靈活,通用性強(qiáng)。下面簡單介紹一下8255的各個(gè)接口功能。D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線,8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道,當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時(shí),通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作,控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。PA0PA7:端口A輸入輸出線,一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器,一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。工作于三種方式中的任何一種。PB0PB7:端口B輸入輸出線,一個(gè)8位的I/O鎖存器,一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7:端口C輸入輸出線,一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出

37、鎖存器/緩沖器,一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口,每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器,分別與端口A和端口B配合使用,可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。其設(shè)計(jì)圖如圖3.8所示。 圖3.88255擴(kuò)口8255A有三種工作方式,分別是方式0:基本輸入輸出方式;方式1:選通輸入輸出方式;方式2:雙向輸入輸出方式。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中,我們使用8255A 的方式0這種工作方式,即基本輸入輸出方式。這種工作方式的基本特點(diǎn)是任何一個(gè)端口可以作為輸入口,也可以作為輸出口,各個(gè)端口之間沒有規(guī)定的必然聯(lián)系。各個(gè)端口的輸入或者輸出,可以有不同的組合。穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和

38、開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是:輸出電壓比輸入電壓低;反應(yīng)速度快,輸出紋波較小;工作產(chǎn)生的噪聲低:效率較低,產(chǎn)生的熱量大。線性穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成,其基本流程為變壓,蒸餾,濾波,穩(wěn)壓,輸出。本設(shè)計(jì)中電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為P2/P1=,式中為變壓器的效率。采用變壓器,將市電220V/50Hz變?yōu)?5V/50Hz的交流電,然后通過整流電路,將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。這里我們采用的整流電路為全波整流電路,以此來保證輸

39、出電壓有效值。然后將此脈動(dòng)直流電壓進(jìn)行濾波處理,即通過電容將脈動(dòng)直流電壓的文波減小或者消除,此時(shí)電壓基本穩(wěn)定,再通過穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定輸出電壓。同時(shí),本設(shè)計(jì)涉及到傳感器以及調(diào)節(jié)閥,需要用到放大器,例如DAC0832相連接的LM336放大器。LM336需要用到12V電源,以及-12V電源,所以,我們通過7812和7912芯片來輸出12V與-12V電源。滿足設(shè)計(jì)全局的供電需求。這里,將15V輸出電壓變?yōu)?2V電壓,我們采用的是LM7812芯片。用LM7812三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且價(jià)格便宜。相應(yīng)的使用7912來輸出

40、-12V電壓。7805在測試條件下輸出電壓最小值為4.8/4.75V,最大值為5.2/5.25V,典型值為5V,輸出峰值電流為2.2A,滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。輸出+5V電壓可以給單片機(jī)等工作模塊供電9。其設(shè)計(jì)圖如圖3.9所示。 圖3.9線性電源顯示模塊設(shè)計(jì):本設(shè)計(jì)采用12864液晶進(jìn)行顯示。該點(diǎn)陣的成本相對(duì)較低,適用于各類儀器,小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。液位控制系統(tǒng)中的溫度壓力水位等等參數(shù)將通過12864液晶進(jìn)行顯示,同時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也將通過液晶顯示?？紤]到液晶屏有可能損壞,本文將液晶屏連接接頭做成插頭形式,方便更換與維護(hù)。其具體硬件連接如圖3.10。 圖3.10顯示模塊按鍵設(shè)計(jì):因?yàn)槌跗饕何豢刂?/p>

41、系統(tǒng)目的之一是減少人工勞動(dòng)的繁瑣,基本上是全自動(dòng)運(yùn)行,不需要過多的人工控制,所以設(shè)計(jì)按鍵較少。鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件,它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能,是人工干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的主要手段?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少,故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路即可。設(shè)計(jì)按鍵分別執(zhí)行功能為:1、當(dāng)除氧器液位過高時(shí)報(bào)警,消除報(bào)警;2、當(dāng)液位控制系統(tǒng)運(yùn)行之前,實(shí)驗(yàn)按鈕測試保證所需報(bào)警等功能完好運(yùn)行:3、系統(tǒng)緊急關(guān)閉按鈕;4、設(shè)定值增量按鈕,即“+”按鈕。5、設(shè)定值減量按鈕,即“-”按鈕。6、系統(tǒng)預(yù)留按鈕。按鍵的處理可以采用中斷方式,也可以采用查詢方式。鍵盤工作方式的選取原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)

42、按鍵操作,又要不過多占用單片機(jī)的工作時(shí)間。所以選擇中斷方式處理按鍵。按鍵設(shè)計(jì)如圖3.11所示。 圖3.11按鍵設(shè)計(jì)看門狗電路它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可由CPU復(fù)位的定時(shí)器,它的定時(shí)時(shí)間是固定不變的,一旦定時(shí)時(shí)間到,電路就產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或中斷信號(hào)。當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí),在小于定時(shí)時(shí)間隔內(nèi),單片機(jī)輸出一信號(hào)刷新定時(shí)器,定時(shí)器處于不斷的重新定時(shí)過程,因此看門狗電路就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或中斷信號(hào),反之,當(dāng)程序因出現(xiàn)干擾而“跑飛”時(shí),單片機(jī)不能刷新定時(shí)器,產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或產(chǎn)生中斷信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位或中斷,在中斷程序中使其返回到起始程序,恢復(fù)正常。本設(shè)計(jì)采用MAX813L 看門狗電路監(jiān)控單片機(jī)的工作,如果單片機(jī)工作不正常,看門

43、狗電路在規(guī)定時(shí)是內(nèi)得不到刷新復(fù)位,就輸出信號(hào)強(qiáng)制單片機(jī)復(fù)位重新啟動(dòng)工作,保證儀器正常工作10。本設(shè)計(jì)利用了MAX813L 的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”,0WD 端電平由高到低,當(dāng)0WD 變低超過140ms ,將引起MAX813L 產(chǎn)生一個(gè)200ms 的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使0WD 腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按扭使MAX813L 產(chǎn)生復(fù)位脈沖,由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖MR 端要求低電平至少保持140ms 以上,故可以有效地消除開關(guān)抖動(dòng)。該電路可以適時(shí)地監(jiān)控電源故障(掉電、電壓降低等。圖中RI 的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時(shí),確保R9上的電壓高于 1

44、.26V ,即保證MAX813L 的PFI 輸入端電平高于1.26V 。當(dāng)電源發(fā)生故障,PFI 輸入端的電平低于1.25V 時(shí),電源故障輸出端0PF 電平由高變低,引起單片機(jī)0INT 中斷,CPU 響應(yīng)中斷,執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,保護(hù)數(shù)據(jù),斷開外部用電電路等。程序正常運(yùn)行時(shí),由主程序在小于 1.6s 的時(shí)間間隔內(nèi)周期性地從P1.7端向MAX813L 的P1.7輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào),以消除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。實(shí)現(xiàn)指令為:若超過1.6s 該輸入端收不到脈沖信號(hào),則內(nèi)部看門狗定時(shí)器溢出,8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。引起MAX813L 產(chǎn)生一個(gè)200ms 的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清零和使

45、8號(hào)引腳變成高電平。需要引起注意的是,整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)位后,在PC指針的指針下整個(gè)程序?qū)?000H地址處重新開始初始化運(yùn)行,而這在很多情況下是不允許的(如連續(xù)的工藝流程,為此必須采取相應(yīng)的措施。首先在對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)位后,程序應(yīng)該先判斷是開機(jī)運(yùn)行(冷啟動(dòng)還是運(yùn)行過程中“死機(jī)”之后的重新加載運(yùn)行(熱啟動(dòng)。因此一般情況下在這兩種啟動(dòng)方式下,系統(tǒng)程序在進(jìn)入主流程在進(jìn)入主流程前所要做的工作往往不同。如冷啟動(dòng)后,系統(tǒng)程序在初始化程序往往要進(jìn)行系統(tǒng)資源的自檢以及將各外圍設(shè)備修改設(shè)置,只是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)本身的一些資源進(jìn)行必要的設(shè)置工作。其次,在大多數(shù)情況下,我們總可以把一個(gè)連續(xù)的過程分解開來,把它變成

46、一個(gè)個(gè)獨(dú)立的子過程(狀態(tài)組成的連續(xù)過程。在主程序運(yùn)行過程中,適時(shí)保存相應(yīng)狀態(tài)和該狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)。 圖3.12 看門狗電路這樣當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”,在MAX813L作用下系統(tǒng)復(fù)位和初始化后,將首先查詢事先保存的狀態(tài)參數(shù),然后根據(jù)此參數(shù)決定程序的流向。同時(shí)把該狀態(tài)下事先保存的參數(shù)取出,對(duì)系統(tǒng)外圍設(shè)備進(jìn)行必要的恢復(fù)設(shè)置工作和引導(dǎo)程序繼續(xù)運(yùn)行。其設(shè)計(jì)如圖3.12所示。除氧器液位控制系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)閥來控制除氧器給水水量,從而達(dá)到除氧器內(nèi)液位的穩(wěn)定。所謂電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高,正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具

47、有明顯的優(yōu)點(diǎn):節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能(只在工作時(shí)才消耗電能,環(huán)保(無碳排放,安裝快捷方便(無需復(fù)雜的氣動(dòng)管路和氣泵工作站11。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過接受工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)(4-20mA,來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。考慮到設(shè)計(jì)成本和穩(wěn)定運(yùn)行等的因素,本文采用常見的西門子二通直行程調(diào)節(jié)閥。角行程調(diào)節(jié)閥是在0.90度范圍內(nèi)類往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),來控制閥門開度的,典型的產(chǎn)品有蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、山武的VY51系列電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和VY53系列電動(dòng)球閥以及瑞士belimoR球閥系列都是角行程。直行程調(diào)節(jié)閥是在上下直線上往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié),一般我們所知的行程在20-40毫

48、米,典型的產(chǎn)品有單座閥、雙座閥、套筒閥、三通閥;例如山武的V5064A、V5063A、V5065A 系列、BELIMO座閥、西門子的三通、二通調(diào)節(jié)閥都是直行程調(diào)節(jié)閥10。角行程調(diào)節(jié)閥具有快速切斷性以及耐氣蝕、高壓差、壽命長、易維護(hù)和流阻小等特點(diǎn)。直行程調(diào)節(jié)閥具有動(dòng)作穩(wěn)定、無氣蝕、噪音小、壽命長、動(dòng)作靈敏、結(jié)構(gòu)緊湊、不減少、易維修等特點(diǎn)。系統(tǒng)參數(shù)的測量對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說是很重要的,因此對(duì)于傳感器的選擇,就要更加認(rèn)真慎重。本系統(tǒng)將要測量的參數(shù)有除氧器內(nèi)的氣壓,除氧器內(nèi)液體的溫度,以及水位的變化等。除氧器內(nèi)的氣壓測量選用華天CYB系列高溫壓力變送器。它采用“粒子束濺射薄膜”技術(shù),在金屬彈性體上淀積合金薄

49、膜應(yīng)變電阻而制成高溫壓力傳感器。該傳感器的合金薄膜應(yīng)變電阻與金屬薄膜“溶”為一體,取代了傳統(tǒng)的應(yīng)變式壓力傳感器中的粘貼工藝,消除了膠層引起的蠕變、老化等缺陷,而且無需充注硅油,力敏芯片直接感受介質(zhì)壓力,彌補(bǔ)了擴(kuò)散硅傳感器受溫度影響大,無法在高溫區(qū)使用的弊端。華天CYB系列高溫壓力變送器工作介質(zhì)溫度為-50+205。而本設(shè)計(jì)當(dāng)中所需測量的壓力為蒸汽壓力,該變送器符合了蒸汽壓力的高溫特性。并且該變送器采用兩線制輸出信號(hào),輸出05V信號(hào),便于采樣。故選用該變送器。除氧器內(nèi)液體的溫度測量選用華天CW型水溫變送器。CW型水溫變送器采用精度高,性能穩(wěn)定的溫度傳感器,經(jīng)過嚴(yán)格精密的溫度和非線性補(bǔ)償,采用性能

50、良好的模塊化信號(hào)處理工藝技術(shù),對(duì)介質(zhì)溫度進(jìn)行測量校準(zhǔn)。華天CW 型水溫變送器具有精度高,抗干擾,功耗低,重復(fù)性穩(wěn)定性好,互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。華天CW型水溫變送器儲(chǔ)運(yùn)溫度為-40+120。符合了除氧器內(nèi)水溫測量要求。并且該變送器內(nèi)置溫度補(bǔ)償,有抗干擾設(shè)計(jì),完全符合工業(yè)生產(chǎn)需求。故本設(shè)計(jì)選用華天CW型水溫變送器。水位檢測采用華天CYB系列高溫導(dǎo)壓式液位變送器。它的傳感器部分與信號(hào)處理電路做在接線盒內(nèi)部,由投入液體集氣筒內(nèi)的氣體與介質(zhì)接觸,通過到氣管將壓力傳遞給傳感器,避免了傳感器與被測介質(zhì)的直接接觸,有效的解決了高溫液體液位測量困難的問題。華天CYB系列高溫導(dǎo)壓式液位變送器的使用溫度為-30+250,

51、滿足了除氧器內(nèi)水溫較高這一環(huán)境特點(diǎn)。同時(shí)該液位變送器可靠性很高,穩(wěn)定性較好,符合本設(shè)計(jì)要求,故選用該液位變送器12。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件相關(guān)介紹8051系類單片機(jī)共擁有111條系統(tǒng)指令,可實(shí)現(xiàn)51種基本操作。然而匯編語言指令卻有程序的可讀性低,程序開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間長與開發(fā)難度大,程序移植性差等缺點(diǎn)。C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言。它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn),并具備匯編語言的功能。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件,會(huì)大大縮短開發(fā)周期,增加軟件的可讀性,便于改進(jìn)和擴(kuò)充。用C語言進(jìn)行51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編C語言程序、匯編源

52、程序,鏈接和定位目標(biāo)文件和庫,創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序13。本設(shè)計(jì)使用KEIL C51 Vision3為開發(fā)編譯環(huán)境,使用C語言編寫程序,實(shí)現(xiàn)各模塊功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化,設(shè)置警戒液位的上下限,實(shí)時(shí)顯示液位值以及鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖4.1所示14。該模塊在系統(tǒng)上電開機(jī)時(shí)將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、標(biāo)志位、指針、地址等賦予有含義的值。具體分為以下幾個(gè)模塊列表描述15。如表4.1。系統(tǒng)啟動(dòng)CPU 初始化參數(shù)設(shè)定按鍵輸入按鍵處理采樣子程序顯示實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)處理子程序控制調(diào)節(jié)閥顯示開關(guān)是否是圖4.1 主程序流程圖表4.1 初始化參數(shù)及含義模塊變量/端口初始值功

53、能控制端口初始化adRD/P1.3 1A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制,初始為不讀入adWR/P1.4 0 A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換控制,初始為停止E/P1.5 0 通信接收發(fā)送控制,初始為接收DIS/P1.6 0 顯示數(shù)據(jù)鎖存控制,初始為保持RELAY/P1.7 1 繼電器控制,初始狀態(tài)為斷開波特率發(fā)生器初始化TMOD 0x22 單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在方式二SCON 0x40 串行口為8位UART工作方式TH1 0xf4波特率設(shè)置為4800bpsTL1 0xf4IE 0 禁止定時(shí)器中斷TR1 1 啟動(dòng)定時(shí)器REN 1 允許串行口接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)初始化xmark 0x7531 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)標(biāo)志字節(jié)指針numtab 0x0001 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針Uplq 0xCF 高液位警戒高度,初始值downlq 0x10 低液位警戒高度,初始值初始化過程中,調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換模塊獲得首次液位數(shù)據(jù),同時(shí)將其顯示,完成初始化工作系統(tǒng)中,顯示輸出的要求為壓縮BCD碼,而A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進(jìn)制碼,因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對(duì)8位A/D轉(zhuǎn)換器而言,其十六進(jìn)制、相對(duì)滿偏電壓比率、相對(duì)電壓幅值的關(guān)系對(duì)應(yīng)如表4.2:表4.2 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對(duì)照表十六進(jìn)制二進(jìn)制滿刻度比率相對(duì)