锅炉液位控制系统.docx
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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：
学号：
指导教师：
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
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
图1系统原理框图
3硬件设计
3.1A/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
制逻辑。
接线图如图2所示：
word文档可自由复制编辑
图2ADC0809与CPU的接线图
3.2D/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：
图38051与DAC0832接口电路
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：
图中，①1是光源发出的光信号，①2是光电器件接受的光信号。
4软件的设计
4.1建模
10e」一
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）s
「=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宀
ss1
由此可以求出广义对象的脉冲传递函数:
-T
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：
由上式，D（z）有3个极点
z=1乙二-0.49670.864j,乙二-0.4967-0.864j
z=1处的的极点不会引起振铃现象，所以引起振铃现象的极点为
Z2|=|Z3二£-e耳=0.9966那1
令z=1，代入上式即可消除振铃现象，此时
1
…、0.8451（1-0.6065Z）D（z）-
1-z
4.2控制系统结构图
控制系统结构图如图5所示：
图5控制系统结构图
0⑵
G（z）
r
4.3
Simulink仿真
8s以后,
设置采样周期为0.5s，延迟时间为0.1s，仿真得到下图，可以看到,经过数字控制器D（z）的调整，系统已趋于稳定，并且没有超调。
4.4软件程序流程图
软件流程图如图7所示:
开始
1「、，
P系统
自检
系统正常？
Y
|e（k）|>0
1
Yf
大林算法控制
1
求出控制量送A/D转换器
1
控制量输出执行
图7系统软件流程图
4.5序仿真结果图
仿真结果曲线如图8所示:
5总结
本系统的设计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。
减轻了工作人员的劳动强度，节省了资源。
采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器测量水位，可有效保证水位的自动控制，保证水质无污染，能更好地对锅炉进行自动化控制,测量温度时采取光电耦合器，实现光电隔离，避免了工作人员在现场进行检测操控。
参考文献
[1]刘玉强，刘晓为等•高温扩散炉恒温区温度的自动控制•哈尔滨工业大学学报，1999
[2]曹天汗•单片机原理与接口技术•第一版•北京：
电子工业出版社，2003
[3]胡汉才•单片机原理及其接口技术•第二版•北京:
清华大学出版社,2003
单片机源程序
ORG
AJMP
ORG
AJMP
ORG
AJMP
ORG
AJMP
ORG
AJMP
ORG
AJMP
ORG
MAIN:
CLR
MAIN1:
MOV
ACALL
MOV
MOV
ACALL
ACALL
ACALL
AJMP
BBB1:
MOV
ADD
CLR
SUBB
JNC
CLR
MOV
ADD
CLR
0000H
MAIN0003hMAIN
000bh
MAIN0013hMAIN001bhMAIN
0023HMAIN0030Hp3.6p0,#0ffhQL;
3BH,#95
3bh,#95SHUICPMBAOJINGDELAY2MAIN1;;;;
A,37H
A,#10
C
A,3BH
OK2;
P2.1;
A,37H
A,#20
C
附录
;水位检测子程序］
;报警子程序
SUBB
A,3BH
JNC
OK2
CLR
P2.1;
SETB
20H.0
RET
CLR
20H.0
RET
ok2:
水位检测主程序
这是程序运行的主要程序段，主要实现启动ADC0809转换器
SHUICPM:
MOV
A,P1
ANL
A,#0FH
MOV
30H,#0FH；00001111
CJNE
A,30H,AAA1
SETB
P2.0
SETB
20H.1；setb水位状态标志位
AJMP
OUT2
AAA1:
MOV
30H,#0EH；00001110
CJNE
A,30H,AAA2
SETB
P2.0
CLR
20H.1
AJMP
OUT2
AAA2:
MOV
30H,#0CH；00001100
CJNE
A,30H,AAA3
CLR
20H.1
CLR
p2.0
AJMP
OUT2
AAA3:
MOV
30H,#08H；00001000
CJNE
A,30H,AAA4
CLR
P2.0
CLR
20H.1
AJMP
OUT2
AAA4:
MOV
30H,#00H；00000000
CJNE
A,30H,AAA5
SETB
P2.0
SETB
AJMP
20H.1
OUT2
AAA5:
SETB
20H.2
RET
OUT2:
CLR
20H.2
RET
BAOJING:
JB20H.3,OUT6
MOVA,20H
MOV30H,#00H
CJNEA,30H,OUT5
AJMPOUT6
OUT5:
SETBP3.6
JB20H.4,OUT9
SETBP0.1
OUT10:
JB20H.2,OUT11
SETBP0.2
OUT12:
JB20H.1,OUT13
SETBP0.3
OUT14:
JB20H.0,OUT15
SETBP0.4
OUT16:
RET
OUT6:
CLRP3.6
RET
OUT9:
CLRP0.1
AJMPOUT10
OUT11:
CLRP0.2
AJMPOUT12
OUT13:
CLRP0.3
AJMPOUT14
OUT15:
CLRP0.4
AJMPOUT16
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