锅炉液位控制系统

单片机原理及系统课程设计

专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气093 姓 名： 任 宇 学 号： 200909261 指导教师： 闵永智

评语： 平时（40） 修改（30） 报告（30） 总成绩

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月1日

单片机原理及系统课程设计报告 1引言

本设计是基于单片机的锅炉液位控制系统。目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。所以开发研制自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻环境污染、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置意义重大。单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。“单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛.工业控制系统的工作环境恶劣，干扰强.故要求控制系统的工作稳定、抗千扰能力强[1]”。“单片机能满足这些要求，因此单片机在控制领域得到了广泛的应用。使用单片控制锅炉是很好的选择[2]”。

2设计方案及原理

本设计是采用8051单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,CPU循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED显示示液位高度,检测液位等数据,实施报警安全提示,当锅炉液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵。系统的原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制;根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。系统原理框图如图1所示：

广义被控对象给定值单片机-D/A电机阀门液位A/D水位检测变送

图1 系统原理框图

3 硬件设计

3.1 A/D转换器的设计

ADC0809是带有8为A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控

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单片机原理及系统课程设计报告 制逻辑。接线图如图2所示：

2345 图2 ADC0809与CPU的接线图 3.2 D/A转换器的设计 模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或电流信号。接线图如图3所示： DAC0832171123456781312151431191891716P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT1/P3.3INT0/P3.2T1/P3.5T0/P3.4EA/VPPXTAL1XTAL2RST/VPDRD/P3.7WR/P3.68051RXD/P3.0TXD/P3.1ALE/PROGPSEN101130298051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.739383736353433322122232425262728131415164567XferCSmsbDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1lsbDI0WR1WR2ILE21819 VrefRfbIout2Iout1891211-5VVccVout20+5V 图3 8051与DAC0832接口电路 2 1单片机原理及系统课程设计报告 3.3 液位传感器的设计

本设计的液位传感器主要是由高亮二极管和光敏三极管所组成的设备,通过吸收高亮二极管的光来测量液位的高度,在转化成光电流传到模拟传感器ADC0809中。光电传感器框图如图4所示:

3光源Φ1光学通路Φ2光电元件I2x1x2x3

a)被是 图4 光电传感器框图

图中，Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号。

4 软件的设计

4.1建模

10e?s广义被控对象的传递函数为Wd(s)?。采样周期T=0.5s。由传递函数知，

(s?1)sT1?1，K?1，N??/T?2。连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的函数：

1?e?TS1-e?0.5sG?s??Wd?s??ss?s?1???

由此可以求出广义对象的脉冲传递函数：

G?z??Kz?N?11?e1?e?TT1?TT1z?10.3935z?3? ?11?0.6065z按照大林算法就是设计一个数字控制器，使整个闭环系统的脉冲传递函数相当于一个带有纯滞后的一节惯性环节，设T0=0.1s可得:

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