-1-基于單片機(jī)的鍋爐液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了用單片機(jī)進(jìn)行鍋爐液位控制工作原理、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。裝置主要由80C51、四片電位器式傳感器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、雙向可控硅驅(qū)動電路MOC3041和雙向可控硅TLC336A等組成；能夠可靠地完成鍋爐液位自動控制。關(guān)鍵詞：液位傳感器單片機(jī)可控硅驅(qū)動電路Abstract:Inthispaper,theprinciplesanddesignofhardwareandsoftwareofcontrollingautomaticallyliquidlevelofboilerbytheSingle-ChipMicrocomputer80C51aredescribed.ItchieflyconsistsoftheSingle-ChipMicrocomputer80C51,fourpiecesofelectricpotentialtrasducer,analog/digitalconverterofsuccessiveapproach,two-waySCRTLC336Aandtwo-waySCRdrivecircuitMOC3041.Thisapparatuscanaccomplishreliablythecontrollingautomaticallyliquidlevelofboiler.Keyword:LiquidLeveltrasducerSingle-ChipMicrocomputerSCR(SiliconControlRectifier)SCRdrivecircuit1引言鍋爐液位控制的穩(wěn)定與否，是關(guān)系到生產(chǎn)安全的重要因素之一。液位太高，易使供出的蒸汽帶水，高溫高速的蒸汽水珠會損壞后工段的工藝設(shè)備；而液位太低，有造成鍋爐燒干的危險(xiǎn)。怎樣把鍋爐液位較好地穩(wěn)定在一個(gè)波動較小的位置上，筆者認(rèn)為這關(guān)系到鍋爐液位控制方案的選擇上。本文介紹的基于單片機(jī)的鍋爐液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保水位自動控制裝置可靠動作，能夠可靠地為用戶提供日用水，而且具有保護(hù)設(shè)備、自動化程度高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外比較先進(jìn)的控制方法是可編程控制器(簡稱PLC)，不僅造價(jià)高，而且功能單一；而本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行效果良好，加之成本不高，非常適用于大量的工業(yè)和日用水的鍋爐供水，具有廣闊的市場前景。2系統(tǒng)的工作原理2.1系統(tǒng)組成-2-本裝置主要由80C51、四片電位器式傳感器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、雙向可控硅驅(qū)動電路MOC3041和雙向可控硅TLC336A等組成。此外，還有鍵盤/顯示電路、報(bào)警輸出電路等。它們的原理方框圖如圖1所示。2.2裝置說明本裝置主要設(shè)計(jì)液位控制，在鍋爐整個(gè)工作過程中，還有溫度、壓力等需要，只需再安裝一個(gè)溫度傳感器和壓力傳感器即可，所以在此不再詳述。四片電位器式傳感器分別安裝在鍋爐的四個(gè)水位處（分別為低水位、高水位、極低水位、極高水位），來采集液位信號。2.3工作原理本裝置的功能是：當(dāng)液位低至給定的液位時(shí)，啟動水泵對鍋爐進(jìn)行加水，同時(shí)水泵正常工作指示燈亮，呈綠色，表明水泵正常工作；當(dāng)液位高至給定的液位時(shí)，停止水泵對鍋爐進(jìn)行加水，水泵正常工作指示燈不亮，表明水泵停止工作；一旦由于某種原因，液位低于低水位時(shí)，仍沒有啟動水泵進(jìn)行加水，則達(dá)至極低水位時(shí)，再次啟動水泵進(jìn)行加水，并進(jìn)行報(bào)警；同理，達(dá)至極高水位，停止水泵進(jìn)行加水，并進(jìn)行報(bào)警；操作人員聽到報(bào)警，消除報(bào)警，急停鍋爐工作，并對鍋爐進(jìn)行維修；極高水位與極低水位對鍋爐起到了保護(hù)作用。它的工作原理是:首先，由電位器式傳感器每隔5秒鐘對水位進(jìn)行采樣，并輸出05V模擬信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字信號，送入80C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后，與設(shè)定的液位值（低液位H1、高液位H2、極低液位H3、極高液位H4）四值依次進(jìn)行比較：若H1HxH2，則表示正常液位，水位指示燈亮，呈綠色；若Hx=H1，則表示達(dá)至低液位，啟動水泵供水，水泵工作指示燈亮，呈綠色；圖1原理方框圖-3-若Hx=H2，則表示達(dá)至高液位，停止水泵供水，水泵工作指示燈不亮；若Hx=H3，則表示達(dá)至極低液位，啟動報(bào)警器報(bào)警；若Hx=H4，則表示達(dá)至極高液位，啟動報(bào)警器報(bào)警；如果報(bào)警器啟動后，設(shè)有報(bào)警消除按鈕，消除報(bào)警；有手動和自動轉(zhuǎn)換按鈕；有急停按鈕，在任何情況下，可以停止鍋爐工作。3硬件設(shè)計(jì)3.1硬件總體說明單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路圖，可參見圖2。本系統(tǒng)以80C51單片機(jī)為核心，它有4KEPROM，所以不需外擴(kuò)EPROM，這樣可利用P1口作為按鍵輸入口，輸入口接有中斷式獨(dú)立式按鍵電路，向單片機(jī)輸入命令、功能切換，可以對單片機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)；另對串行輸入口P3.0擴(kuò)展接口，使用移位寄存器作為鎖存或輸入信號的接口，可以方便地?cái)U(kuò)展并行輸入口，這種方法不占用片外地址，簡單易行，便于操作適合于速度較慢、適時(shí)性要求不高的場合，它是利用一片74LS165與80C51的3根端口線相連，可擴(kuò)展8根并行輸入口線，在電位器式傳感器采集信號，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號后，將信號圖2系統(tǒng)電路圖-4-輸入到此接口，如圖3所示；80C5174LS165P3.0P1.0P3.1S/LCLKSERQHD0D1D2D3D6D7D4D5ADC四路傳感器接驅(qū)動電路0809由于輸出接口比較多，可擴(kuò)展一片8255可編程接口芯片，利用指令設(shè)置各口的工作方式，8255內(nèi)部有3個(gè)并行的8位I/O接口，分別為A口、B口、C口，8255是8位芯片，有8位數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線接于80C51的P0接口，可以用于實(shí)現(xiàn)8255與80C51之間的數(shù)據(jù)傳輸。需要注意一點(diǎn)，使用8255芯片時(shí)，首先要對它初始化，也就是對8255的3個(gè)端口的工作方式預(yù)先設(shè)置。擴(kuò)展口接有4位74LS164驅(qū)動顯示器，并有一個(gè)報(bào)警器（用來極低水位、極高水位報(bào)警），和三個(gè)發(fā)光二極管指示燈（用來電源顯示、水泵上水顯示、水位顯示）；并行輸出口接有雙向可控硅驅(qū)動器電路，來控制電機(jī)啟停。3.2輸入通道設(shè)計(jì)該部分主要完成對液位信號的采集、轉(zhuǎn)換工作，分別由電位器式傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809完成。電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，但缺點(diǎn)是精度不高，動態(tài)響應(yīng)差，不宜作精密測量或快速變化量的測量；但用在此要求不太精密的場合，也有它非常大的優(yōu)勢。A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，它是采用CMOS工藝制成的8位8通道逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號的分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可用單一電源供電，此時(shí)模擬電壓輸入范圍為05伏，無需調(diào)零和滿刻度調(diào)整；三態(tài)鎖存輸出，低功耗型。經(jīng)過采集、轉(zhuǎn)換信號，將轉(zhuǎn)換器輸出的8位數(shù)字信號輸入到擴(kuò)展的并行輸入口線。在過程控制和智能化儀表中通常是用微控制器進(jìn)行適時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理的，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話