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1、基于单片机控制的锅炉水位控制器目 录1引言12总体设计方案1 2.1设计思路 1 2.2设计方框图 13设计组成及原理分析 2 3.1水位检测电路设计 2 3.2驱动电路设计 3 3.3报警电路设计 3 3.4水位指示电路设计 4 3.5压力自动控制模拟和手动操作控制电路设计4 3.6整体电路设计及工作原理 44结束语 5参考文献 5附录1 6附录2 7基于单片机控制的锅炉水位控制器摘要：本设计是基于单片机89C51控制的锅炉水位控制器，它主要由硬件和软件部分共同完成控制系统功能。其中硬件电路部分主要有水位检测电路、驱动电路、水位指示电路以及压力自动控制模拟和手动控制等部分组成。本系统可实现液
2、位报警、控制和压力控制等功能，并对液位进行简单显示。关键词：锅炉，水位控制，单片机，传感器1 引言在现代社会中，随着工业的发展，居民生活区的集中热力供应量的需求越来越大，蒸汽锅炉的容量不断提高，对操作过程的要求更加严格，锅炉的液位控制直接影响人们自身和设备的安全。液位过低可能使锅炉出现干烧现象，液位过高又会使锅炉蒸汽压力过高发生危险。传统的液位控制自动化程度低，调节精度差等缺点，且单靠人工操作已不能适应控制系统改造的必要性。随着科学技术的不断进步，被控对象越来越复杂，人们对控制精度的要求越来越高。随着单片机技术和自动控制技术的发展，利用单片机及外围芯片实现锅炉液位控制已经成为可能，而且也成为一
3、种趋势，单片机体积小，安装方便，功能齐全，性价比好，应用前景广，本系统即是基于单片机89C51单片机设计的，有着较高的实用价值和优越性。本系统若用于高级工业控制，可进行相应功能扩展改进和性能提高，又很广的优化空间，为人们提供歌更多的工业自动化控制便利。2 总体设计方案2.1 设计思路电路主要实现功能是水位检测和报警，然后控制水泵的启停。水位控制主要的控制的对象是水泵，容器是锅炉，水位的检测可根据探测器探测得到。水位正常情况下控制在一定测量点距离段之间，当水位低于或者高于正常水位段下限和上限时进行光报警，同时设置上上限和下下限，高于上上限或者低于下下限时，同时启动声报警，若水位在正常水位时，则解
4、除报警。当水位低于水位上限时，水泵一直注水，而高于上限时则关闭水泵，并且当水位处于不同探点时，可设定相应指示灯来粗略显示具体水位。压力检测主要有压力传感器检测并进行模数转换，送高低电平信号给单片机，限于条件，在这里可用开关控制的高低电平信号人工模拟此信号，用指示灯的亮灭来模拟风机的运行和停止，另设手动操作按钮，用以人为启动水泵和风机。2.2 设计方框图89C51 检测电路驱动电路光报警电路压力自动控制模拟手动操作水位指示电路执行电路声报警电路复位电路晶振电路图 13 设计原理分析3.1 水位检测电路设计如图2示，A、B、C、D、E为五个固定不动的金属棒，用来感知水位变化的情况，其中A棒处于下下
5、限水位一下，B处于下下限水位，C棒处于下限水位，D处于上限水位，E处于上上限水位，A棒接5V电源，B棒、C棒、D棒、E棒各通过一个电阻与地相连。当水位处于C、D之间时，这时由于水的导电作用，B棒、C棒连通+5V，因此b、c两端均位“1”状态，同理处于不同水位时， b、c、d、e会相应的为“0”或“1”，从而根据不同的逻辑关系来控制输出电路，其具体逻辑关系如下表1所示。.图 2表 1B（P1.0）C（P1.1）D（P1.2）E（P1.3）光报警（P1.5）水泵（P1.4）声报警（P1.7）B以下0000报警（0）启动（0）不报警（1）BC之间1000报警（0）启动（0）报警（0）CD之间1100
6、不报警（1）启动（0）报警（0）DE之间1110报警（0）不启动（1）报警（0）E以上1111报警（0）不启动（1）不报警（1）3.2 驱动电路设计如图3，为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合器件，并使用继电器作为控制器件，其两端并联二极管电路，主要是为了保护晶体管等驱动元器件。当图中晶体管VT由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在VT的c、e两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约0.7V，锗管约0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的极性
7、不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。只有在输出等于0的时候才能使三极管导通，此时可以使继电器工作从而使发动机工作，使水泵开始抽水。相反当输出为1时候三极管处于截止状态，发动机没有工作。图 33.3 报警电路设计本系统用到两个报警电路，如图4。图4为光报警电路，通过89C51输出端口的报警信号驱动一只红色的发光二极管进行光报警，它使用了TTL系列集成电路7407低电平驱动。图5为声报警电路，它是用一个晶体三极管驱动，P1.7接晶体基极输入端，当P1.7输出高电平1时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫;当P1.7输出低电平0时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图 4图53.4
8、水位指示电路设计如图6，主要是使用输出端口的信号驱动相应的绿色指示灯发光，它也是利用TTL系列集成电路7407低电平驱动。图 63.5 压力自动控制模拟和手动操作控制电路设计如图7，可用开关S1、S2分别模拟高低压和过高过低压，而风机用黄色指示灯（P1.6）代替，手动操作部分设置一控制按钮如图。 图 73.6 整体电路设计及工作原理如图附录，当通电后，系统开始工作，当水位在B以下时，这时水位太低，B、C、D、E都为“0”，于是红色报警指示灯亮，水泵开始启动抽水，同时声报警蜂鸣器也鸣叫。当水位上升至B、C之间时，由于水的导电作用，B与A连通，通电后，B为“1”，其他皆为“0”，由于正常水位在C、
9、D之间，因此这时报警灯继续亮，水泵继续启动，声报警取消。水位继续升高到C、D之间，B、C为“1”，D、E为“0”，这时处于正常水位，取消光报警，水泵还继续工作。水位上升至D、E之间时，除E外，其他点都处于水位之下，因此都导电并端口值变为“1”，E为“0”，这时水位超过了正常水位，水泵停止工作，同时启动报警灯，当水位超过了E，则同时开启声报警，蜂鸣器开始鸣叫。就这样，当水位处于不同状态时会根据逻辑关系来使水泵启动和光声报警，同时控制P0.0至P0.3，使B、C、D、E分别为“1”时，对应的指示灯点亮，从而可以通过灯的点亮从外部看出水位的不同位置，P0.4端口外接按钮的开关闭合用来模拟压力的高低，
10、闭合时为低压，断开时为高压，P1.6端口外接黄色指示灯模拟风机，当P0.4端口外接按钮的开关闭合时，启动风机，即点亮其黄色指示灯，当P0.4端口外接按钮的开关断开时，红色指示灯开始报警，并且关闭风机。P2.0端口可以手动启动水泵和风机，当按下其按钮时水泵和风机即开始工作，但是当P0.5端口外接模拟过高、过低压按钮闭合时，或者水位在B以下或者E以上时，使用此按钮会没有反映，操作失效，以系统安全连锁。按复位按钮时，系统会自动复位。4 结束语在现代高速发展的科学技术使只能检测和自动控制技术达到了前所未有的高度，它在工业、国防、科研等领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。采用单片机设计出的工业锅炉
11、控制器,能够针对汽包水位的不同状态和不同外界条件进行控制,汽包水位运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业锅炉的稳定运行。工业锅炉控制器充分利用了单片机的特点,较好地解决了高性能与低成本之间的矛盾。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好等优点,且系统硬、软件维护简单方便,尤其适用于工业控制现场,具有良好的应用前景。在这次课程设计实习中，我不仅锻炼了动手能力，而且更增加了对于专业学习的兴趣，同时也深感自己文化知识学习和实践能力的不足之处，我想在在以后的学习中我一定会更加努力，并且坚定了自己继续深造的信心和决心，我想一个人要想成才，首先素质上过
12、关是无可厚非的，其次还要用知识来为自己架设成功的桥梁，特别是在当今经济和科技高速发展的时代，更需要高素质的科技人才，由此我想到今年的金融危机，我想只要只要自己品行，知识，能力上过人，是金子任何时刻都会发光的，因此我们太多的不能抱怨社会，而是要趁着年轻的资本，努力提高自己，拿出点颜色看看，且不可人云亦云，迷失自己的心志。在以后的学习生活中，我想我会以更加积极的心态和加倍的努力去对待自己宝贵的人生和时间，争取成为一个有所建树的人。参考文献1 朱勇. 单片机原理与应用技术. 北京： 清华大学出版社， 20062 李群芳. 单片微型计算机与接口技术. 北京： 电子工业出版社 ，20023 张洪润、张亚
13、凡. 单片机原理与应用技术. 北京： 清华大学出版社， 20054 李朝青. 单片机原理与接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社， 2006附录 1附录 2开始为系统工作做准备显示水位DEDENG1DENG1DENG1P1.1=0P2.0=02.0P1.0=0P1.2=0P1.3=0P1.3=1P0.4=0P0.5=0P1.7=02.0P1.4=0、P1.5=0、P1.7=12.0P1.0=12.0P1.2=12.0P1.7=12.0P1.5=02.0P1.4=0、P1.5=02.0P1.1=12.0P1.4=02.0P1.6=0、P2.0=12.0P1.4=0、P1.6=02.0P1.4=
14、12.0P2.0=12.0P1.6=0、P1.4=02.0延时10S2.0ORG 0000HAJMP LOOPORG 0030HLOOP: SETB P1.4 SETB P1.5 SETB P1.6 CLR P1.7 SETB P0.0 SETB P0.1 SETB P0.2 SETB P0.3 ACALL DENG1LOOPB: JNB P1.0,ONELOOPC: JNB P1.1,TWOLOOPD:JNB P1.2,THREELOOPE:JNB P1.3,FOUR LOOPF:JB P1.3,FIVELOOPG:JNB P0.4,NINELOOPH:JB P0.4,SIXLOOPI:JN
15、B P0.5,EIGHTLOOPJ:JNB P2.0,SEVENLOOPK:JB P1.7,TENBACK:ACALL D10S AJMP LOOPONE:SETB P1.7 CLR P0.4 CLR P0.5 AJMP LOOPCTWO:JB P1.0,TWO1 AJMP LOOPDTWO1:CLR P1.4 CLR P1.5 CLR P1.7AJMP LOOPDTHREE:JB P1.1,THREE1 AJMP LOOPETHREE1:SETB P1.5 CLR P1.4 CLR P1.7 AJMP LOOPEFOUR:JB P1.2,FOUR1 AJMP LOOPFFOUR1:SETB
16、P1.4 CLR P1.5 CLR P1.7 AJMP LOOPFFIVE:SETB P1.7 SETB P1.4 CLR P1.5 AJMP LOOPGSIX:SETB P1.6 CLR P1.5 SETB P2.0 AJMP LOOPISEVEN:CLR P1.4 CLR P1.6 AJMP LOOPKEIGHT:SETB P2.0 AJMP LOOPJNINE:CLR P1.6 SETB P2.0 AJMP LOOPHTEN:SETB P2.0AJMP BACKD10S:MOV R3,#19HLOOP3:MOV R1,#85HLOOP1:MOV R2,#0FAHLOOP2:DJNZ R2
17、,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RETDENG1: JB P1.0,DBBKDENG2: JNB P1.0,DBBGDENG3:JB P1.1,DBCKDENG4:JNB P1.1,DBCGDENG5:JB P1.2,DBDKDENG6: JNB P1.2,DBDGDENG7: JB P1.3,DBEKDENG8:JNB P1.3,DBEGDBBK: CLR P0.0 AJMP DENG2DBBG: SETB P0.0 AJMP DENG3DBCK:CLR P0.1 AJMP DENG4DBCG:SETB P0.1 AJMP DENG5DBDK:CLR P0.2 AJMP DENG6DBDG:SETB P0.2 AJMP DENG7DBEK:CLR P0.3 AJMP DENG8DBEG:SETB P0.3 RETEND 9