课程设计（论文）-基于单片机的锅炉液位控制系统设计

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1、基于单片机的锅炉液位控制系统设计摘要:介绍了用单片机进行锅炉液位控制工作原理、硬件设计和软件设计。装置主要由80C51、四片电位器式传感器、逐次逼近式A/D转换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A等组成能够可靠地完成锅炉液位自动控制。关键词:液位传感器单片机可控硅驱动电路1引言锅炉液位控制的稳定与否,是关系到生产安全的重要因素之一。液位太高,易使供出的蒸汽带水,高温高速的蒸汽水珠会损坏后工段的工艺设备;而液位太低,有造成锅炉烧干的危险。怎样把锅炉液位较好地稳定在一个波动较小的位置上,笔者认为这关系到锅炉液位控制方案的选择上。本文介绍的基于单片机

2、的锅炉液位控制系统设计,确保水位自动控制装置可靠动作,能够可靠地为用户提供日用水,而且具有保护设备、自动化程度高、造价低等优点。国内外比较先进的控制方法是可编程控制器(简称PLC),不仅造价高,而且功能单一;而本系统结构紧凑、性能可靠、抗干扰能力强、运行效果良好,加之成本不高,非常适用于大量的工业和日用水的锅炉供水,具有广阔的市场前景。2系统的工作原理2.1系统组成本装置主要由80C51、四片电位器式传感器、逐次逼近式A/D转换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A等组成。此外,还有键盘/显示电路、报警输出电路等。它们的原理方框图如图1所示。图1

3、原理方框图172.2装置说明本装置主要设计液位控制,在锅炉整个工作过程中,还有温度、压力等需要,只需再安装一个温度传感器和压力传感器即可,所以在此不再详述。四片电位器式传感器分别安装在锅炉的四个水位处(分别为低水位、高水位、极低水位、极高水位)，来采集液位信号。2.3工作原理本装置的功能是:当液位低至给定的液位时,启动水泵对锅炉进行加水,同时水泵正常工作指示灯亮,呈绿色,表明水泵正常工作;当液位高至给定的液位时,停止水泵对锅炉进行加水,水泵正常工作指示灯不亮,表明水泵停止工作;一旦由于某种原因,液位低于低水位时,仍没有启动水泵进行加水,则达至极低水位时,再次启动水泵进行加水,并进行报

4、警;同理,达至极高水位,停止水泵进行加水,并进行报警;操作人员听到报警,消除报警,急停锅炉工作,并对锅炉进行维修;极高水位与极低水位对锅炉起到了保护作用。它的工作原理是：首先,由电位器式传感器每隔5秒钟对水位进行采样,并输出0~5V模拟信号,再经A/D转换变成相应的数字信号,送入80C51单片机进行数据处理。单片机经运算后,与设定的液位值（低液位H1、高液位H2、极低液位H3、极高液位H4）四值依次进行比较；若H1

5、工作指示灯不亮;若Hx=H3,则表示达至极低液位,启动报警器报警;若Hx=H4,则表示达至极高液位,启动报警器报警;如果报警器启动后,设有报警消除按钮,消除报警;有手动和自动转换按钮;有急停按钮,在任何情况下,可以停止锅炉工作。3硬件设计3.1硬件总体说明单片机系统的硬件电路图,可参见图2。1717本系统以80C51单片机为核心,它有4KEPROM,所以不需外扩EPROM,这样可利用P1口作为按键输入口,输入口接有中断式独立式按键电路,向单片机输入命令、功能切换,可以对单片机进行人工干预；另对串行输入口P3.0扩展接口,使用移位寄存器作为锁存或输入信号的接口,可以方便地扩展并行输入口

6、,这种方法不占用片外地址,,便于操作适合于速度较慢、适时性要求不高的场合,它是利用一片74LS165与80C51的3根端口线相连,可扩展8根并行输入口线,在电位器式传感器采集信号,A/D转换器转换信号后,将信号输入到此接口,如图3所示:ADC080974LS165D0D1SLD2D3QHD4D5CLKD6D7SER80C51P1.0P3.0P3.1四路传感器驱动电路图3串行输出口扩展结构框图由于输出接口比较多,可扩展一片8255可编程接口芯片,利用指令设置各口的工作方式,8255内部有3个并行的8位I/O接口,分别为A口、B口、C口,8255是8位芯片,有8位数据线,数据线接于80

7、C51的P0接口,可以用于实现8255与80C51之间的数据传输。需要注意一点,使用8255芯片时,首先要对它初始化,也就是对8255的3个端口的工作方式预先设置。扩展口接有4位74LS164驱动显示器,并有一个报警器(用来极低水位、极高水位报警),和三个发光二极管指示灯(用来电源显示、水泵上水显示、水位显示),并行输出口接有双向可控硅驱动器电路,来控制电机启停。3.2输入通道设计该部分主要完成对液位信号的采集、转换工作,分别由电位器式传感器和A/D转换器