锅炉水位仪设计

内容提要本文主要设计了一种基于单片机的锅炉液位控制系统，它以AT89S51单片机作为核心控制器，通过AT89S51单片机，电位器式传感器和模数转换器，数码管显示等硬件系统和软件设计方法实现具有液位检测报警和控制双重功能.本系统在设计中主要有水位检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现液位控制。主要用液位传感器检测液位，用三个控制按键来实现按健控制，用三位7段LED显示器来完成显示部分，用MOC3041双向可控硅来控制水泵的开关，用压力传感器检测锅炉内部压力，并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要开启水泵，来实现对液位的控制,从而实现单片机自动控制液位的目的。本设计用单片机控制易于实现锅炉液位、温度和压力的控制,而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便等优点。关键词：AT89S51单片机,液位控制，显示，报警目录第一章绪论...............................................................41.1锅炉液位控制的背景..................................错误!未定义书签。1.2锅炉液位控制国内外发展概况..........................错误!未定义书签。1.2.1国内发展概况..................................错误!未定义书签。1.2.2国外发展概况..................................错误!未定义书签。1.3本课题研究目的及意义................................................41.4系统简介...........................................................4第二章.主要芯片介绍........................................................62.1单片机STC89C52介绍.................................................62.1.1STC89C52单片机的外部引脚说明.................................62.1.2STC89C52RC单片机的中断系统...................................62.1.3选择使用STC89C52RC的原因.....................................82.2芯片74LS164介绍...................................................102.2.174LS164的引脚图及引脚功能：.................................112.2.274LS164的内部功能图........................................112.2.374LS164的真值表.............................................122.2.474LS164有如下特点：.........................................122.3模数转换器A/D0809.................................................132.3.1ADC0809的逻辑结构...........................................132.3.2ADC0809的通道选择...........................................132.3.3ADC0809的引脚图及各引脚作用.................................142.4温度传感器DS18B20.................................................152.4.1DS18B20的内部结构及管脚图...................................152.4.2DS18B20技术性能描述.......................................162.4.3DS18B20的温度处理过程.......................................172.5LED数码管显示...................................................192.5.1LED数码管显示器的结构.....................................192.5.2LED数码管显示器的显示段码...................................192.5.3LED显示器的参数............................................21第三章．锅炉液位控制的硬件设计.............................错误!未定义书签。3.1系统硬件设计的总体方案及框图........................错误!未定义书签。3.1.1系统硬件设计总体方案..........................错误!未定义书签。3.1.2系统设计的总体框图............................错误!未定义书签。3.2键盘控制电路设计...................................错误!未定义书签。3.3复位电路设计.......................................错误!未定义书签。3.4显示电路的设计.....................................错误!未定义书签。3.4.1静态显示......................................错误!未定义书签。3.4.2动态显示......................................错误!未定义书签。3.4.3该设计中显示电路的选择........................错误!未定义书签。3.5液位控制电路的设计.................................错误!未定义书签。3.5.1液位控制电路的工作原理及液位控制状态图........错误!未定义书签。3.5.2液位控制的控制电路............................错误!未定义书签。3.5.3液位控制中的“虚假水位”......................错误!未定义书签。3.6测温电路及温度传感器的选择.........................错误!未定义书签。3.6.1温度传感器的选择..............................错误!未定义书签。3.6.2温度检测电路..................................错误!未定义书签。第四章.软件设计及试验运行结果和讨论........................错误!未定义书签。4.1系统的软件设计.....................................错误!未定义书签。4.2试验调试及运行结果..................................错误!未定义书签。4.2.1硬件调试......................................错误!未定义书签。4.2.2软件调试......................................错误!未定义书签。4.2.3软硬件实时调试................................错误!未定义书签。4.2.4系统实际调试结果..............................错误!未定义书签。4.3试验中遇到的问题及讨论..............................错误!未定义书签。论文小结...................................................错误!未定义书签。致谢.......................................................错误!未定义书签。参考文献...................................................错误!未定义书签。附录一设计程序清单......................................错误!未定义书签。附录二电路原理图........................................错误!未定义书签。附录三硬件实物图........................................错误!未定义书签。第一章绪论1.1本课题研究目的及意义在现代社会中，随着工业的发展，居民生活区的集中热力供应量的需求也越来越大，蒸汽锅炉的容量不断提高，对操作过程要求更加严格，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，传统的液位控制不能进行远距离的集中控制，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不断提高。由于被控对象和过程的非线性、时变性,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，同时随着单片机技术，自动控制技术的迅速发展，利用单片机及其外围芯片实现锅炉液位控制已经成为可能，而且也成为一种发展的趋势，单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，因此应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供水，维持稳定系统，保证安全经济运行。本文即是用单片现的一种锅其有较高的实用价值和优越性。1.4系统简介本课题的研究对象为锅炉的液位，对其液位进行控制。基本思想是以AT89S51作为控制器，通过AT89S51单片机，电位器式传感器（DS18B20）和模数转换器（ADC0809）等硬件系统和软件设计方法实现具有液位报警和控制的双重功能，同时也具有压力和温度显示控制的功能,并对温度和压力值交替进行显示。系统硬件设计包括以下几部分：AT89S51芯片为核心控制器，液位数据采集，键盘显示部分、A/D变换部分、报警部分、液位控制等部分组成。可实现的具体功能如下：（1）当液位低至给定的下限液位时，启动水泵对锅炉进行加水，同时水泵工作状态指示灯亮2个，表明水泵以中速在加水。（2）当液位高至给定上限的液位时，停止水泵对锅炉进行加水，水泵工作状态指示灯全灭，表明水泵停止工作。（3）当由于某种特殊原因，液位低于下下限水位时，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，并进行报警。（4）当液位高于上上限水位时，停止水泵加水，并进行报警。（5）有消除报警按钮，当有报警时操作人员在知道的情况下可以按下其其消除报警并去做相应的处理工作。（6）有紧急停止按钮，在遇到紧急情况时可以停止系统的运行。（7）采用双向可控硅来控制水泵的开与关，比电机控制简单。（实际设计中用三个发光二极管来表示水泵的开度，即流量。）第二章.主要芯片介绍2.1AT89S51单片机介绍AT89S51是一个低功耗，