具有报警功能的锅炉水位自动控制器设计.doc

1、 本科生毕业论文(设计)具有报警功能的锅炉水位自动控制器院系名称姓名学号专业指导教师年4月29日摘要该设计是由单片机AT89C52控制的具有报警功能的锅炉水位自动控制器。它主要有硬件和软件部分共同完成控制系统功能。其中硬件部分主要由电源模块、水位信号接收模块、蜂鸣器模块、单片机模块、可调电阻模块、继电器驱动模块、电压转换电流和模块通信模块等部分组成；软件部分主要C语言所编写的程序组成。本系统可实现液位报警、控制和传递水位高度信号等功能，并使液位通过电流表直观的显示出来，且通过串口数字化表现出来。关键词：AT89C52;可调电阻X9C102;TC4584FN芯片;光耦PC357;485通信 Ab

2、stract The design is controlled by single chip microcomputer AT89S51 boiler water level automatic controller has alarm function. It mainly are part of the complete control system hardware and software functions. The hardware part is mainly composed of power supply module, water level signal receivin

3、g module, a buzzer module, MCU module, adjustable resistance module, relay driver module, voltage conversion current module and communication module and other parts; Software part of main programs written in C language. This system can realize the liquid level alarm, water level control and transmis

4、sion signal, and other functions, and make the liquid level through the ammeter intuitive display, digital and via a serial port.Key Words： AT89C52， adjustable resistance X9C102， TC4584FN chip，optical coupling PC357，communications 485目 录1 引言12系统的整体方案设计22.1 功能要求22.2 设计要求22.3 系统基本方案选择和论证22.3.1单片机芯片的选择

5、方案论证22.3.2通信显示模块选择方案论证33系统硬件的设计43.1系统功能模块的划分43.2电源模块53.2.1 电源模块设计原理及电路图53.3单片机模块63.3.1 89C52单片机及其IO口控制原理图63.3.2为何选择AT89C5263.4水位信号接收模块的设计73.4.1 水位信号接收模块的原理图73.4.2 TC4584FN芯片73.4.3 PC357芯片83.5可调电阻模块93.5.1水位信号接收模块的原理图93.5.2可调电阻X9C102的引脚和时序及内部电路103.6电压转换电流模块113.6.1水位信号接收模块的原理图113.7继电器驱动模块123.7.1继电器模块的原

6、理图123.8蜂鸣器模块123.8.1蜂鸣器模块的原理123.9通信模块133.9.1通信模块的原理图133.9.2通信模块485芯片的引脚的定义、和收发定义133.9.3这里我们为何选择485通信144 PCB板的设计155系统软件的设计165.1系统软件流程图165.1.1 流程图166系统的组装与调试176.1电子系统的组装176.2 电子系统的调试176.2.1 调试电路前的检查176.2.2 调试步骤177 结 论19致 谢20参考文献21附录 程序清单221 引言锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,工业锅炉

7、采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1、直观而集中的显示锅炉各运行参数,能显示液位、压力、温度状态。2、在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位、压力、温度的上限、下限。3、作为锅炉控制系统装置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减少劳动人员的劳动强度。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的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。目前我国燃烧过路的数量众多

8、，现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的四分之一目前大多数工业锅炉仍处于能耗大、浪费大、环境污染严重的生产状态。锅炉微机控制是近年来新开发的一项新技术。它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制。由于被控对象和过程的非线性、是变性，多参数间的强耦合、随机干扰等因素，使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难。在这些复杂的系统面前，传统的控制方法无法满足控制精度，而且系统稳定性差。更好地对锅炉进行自动化控制，并利用单片机及外围芯片实现锅炉液位控制应经成为可能。另一方面，在现代社会中，随着工业的发展，居民生活区的集中

9、热力供应量的需求量越来越大，蒸汽锅炉的容量不断高，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一种趋势，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AT89C52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

10、控制，可进行相应功能扩展改进和性能提高，又有很广的优化空间，为人们提供更多的工业自动化控制便利。2系统的整体方案设计2.1 功能要求实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用水位传感器测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以AT89C52单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统，该系统能实现水塔水位检测、串口显示当前水位功能以及蜂鸣器鸣笛报警，用继电器来实现自动注水和停止注水，实现过低和正常警戒水位报警、过低和正常警戒水位处理的系统要求。2.2 设计要求我们通过读取水位信号来，水位信号经过集成的施密特触发器TC4584BP和光耦PC357送到单片机89C52，由单片机

11、来控制可调电阻X9C102,通过调节电阻的大小来控制输出电压UUU，然后通过电压转换电流模块把电压转换为电流，通过电流的偏转大小来判断水位的高低；同时由单片机来判断继电器是否吸合，继电器的吸合来决定是否往锅炉里面注，同时串口给发数据，我们通过串口小助手观察水位的变化，在这里我们选择用485通信来增加数据的传输距离。2.3 系统基本方案选择和论证 此系统可以采用多种的方式设计，能采用液罐液压检测的方式来做，这样在不同的水位时因为有不同的压力值，所以我们可以根据不同的压力值来确定到底水位在某个状态，但是这样的系统设计理念用处比较狭窄，因为这样的设计理念的前提必须是一个液压的封闭系统，这样才能有精确

12、的压力值传送，保证系统的稳定性。但是目前很多用到的水塔水位控制系统都不是封闭的水罐，所以这个方案有一定局限性。而采用特殊的水位传感器，就可以克服上述的困难。因为液位检测器可以很精确的检测到液位系统，同样达到预期的目的，且系统的应用面很广，而且系统的安全性能很好，但价格较贵，成本考虑我们不采用这种方法。当采用我们这种方法时，原理简单，易于调试，因此我们采取检测液位作为系统的设计思想。 2.3.1单片机芯片的选择方案论证目前市场上的单片机的种类有很多种，最多的51单片机、AVR单片机，和Msp430，以及PIC单片机，但是由于单片机的种类很多，功能各不一样，我们不需要多先进，功能多强大的单片机，我

13、们设计的要求就是够用即可，因为性能低劣了，系统功能实现不了，并且系统的稳定性很差，用的单片机性能太好了，由于高性能的单片机不只是价钱昂贵，且有很多资源都不会用到，这样造成了很大的浪费。因此我们选用目前市场上用到比较多的、且可以满足系统设计要求的51单片机,而AT89C52就满足这一要求，因而我们选择AT89C52。2.3.2通信显示模块选择方案论证通信显示模块是系统的人机交互模块，增加了通信显示模块增加了系统的交互性。目前市场上用到的通信显示模块有很多种，有数码管显示，还有液晶显示，因为数码管只是显示数字，不能显示字符，而此系统需要用到显示当前的水位状态。这样就必须要用到字符显示的液晶显示器，

14、液晶显示器也有很多种，但液晶模块的成本偏高，所以我们不选择它，在这里我们选择串口显示、电流表显示出水位的变化。 3系统硬件的设计3.1系统功能模块的划分按照设计要求，系统可以分为以下几个基本功能模块：电源模块、水位信号接收模块、蜂鸣器模块、单片机模块、可调电阻模块、继电器驱动模块、电压转换电流模块和通信模块。由于水位测量应用广泛，所以选取设计比较方便，程序处理也较简单，通过读取水位信号，水位信号经过集成的施密特触发器TC4584BP和光耦PC357送到单片机89C52，由单片机来控制可调电阻X9C102,通过调节电阻的大小来控制输出电压UUU，然后通过电压转换电流模块把电压转换为电流，通过电流

15、的偏转大小来判断水位的搞低；同时由单片机来判断继电器的吸合，继电器的吸合来决定是否往锅炉里面注。；根据设计思路，初步分析完成本设计需要的以下几个模块：系统框图如图3.1所示。电源模块水位信号接收模块AT89C52通信模块TC4584BP PC357继电器驱动模块电压转换电流模块可调电阻模块图3.1 水位自动控制系统框图3.2电源模块3.2.1 电源模块设计原理及电路图图3.2电源模块框图如图3.2所示，此图为本设计的所有电源模块设计电路。先有220V通过变压器输出+25V和+12V，分属两个地，再经过由LM7805稳压芯片和LM7812稳压芯片变+5V和+12V。电源需要完成以下任务：首先，电源必须能给单片机AT89C52、继电器驱动模块、可调电阻模