精品资料（2021-2022年收藏的）毕业设计基于AT89C51单片机的锅炉液位控制系统设计

1、 目录目录目录1摘要2关键词2Abstract2Key words21引言32研究现状及设计目标33 锅炉基本工艺过程分析34 锅炉汽包水位动态特性分析34.1 给水流量 W 作用下的汽包水位 H 的动态特性44.2 汽包水位 H 在蒸汽扰动 D 扰动下的动态特性55 锅炉液位的控制方案66 系统实现76.1 硬件设计76.1.1 输入模块76.1.2 键盘/显示模块86.1.3 报警模块96.1.4 输出模块106.2 软件设计106.2.1 干扰来源及其预防106.2.1.1 硬件防干扰106.2.1.2 软件防干扰116.2.2 软件设计127 应用14致谢15参考文献16附录 1 主程

2、序17附录 2 定时器 T0 中断服务程序202基于 AT89C51 单片机的锅炉液位控制系统摘要：本文首先分析了锅炉基本的工艺过程；针对锅炉汽包水位动态过程，设计了锅炉液位的控制方案，该方案采用了三冲量串级控制来实现对汽包液位的控制；针对该方案,文中给出了系统的软硬件设计：硬件方面以 AT89C51 单片机作为控制系统的中央处理单元，完成对数据采样、运算、Intel 8155H 初始化、内部资源初始化、定时器初始化，以及键盘扫描、显示、报警等内容的循环处理；软件程序包括主程序和定时器 T0 中断服务程序两大模块。该系统能很好地克服“虚假水位”现象，将汽包液位控制在给定的范围内，保证了生产的正

3、常进行。关键词：汽包水位；串级三冲量控制；单片机 The Liquid Level Control System of Boiler Based on AT89C51 Single Chip ComputerStudent majoring in Automation in grade 2003 Wu FenglingTutor Wang HuajianAbstract：The main body of this paper have analysed fundamental procedure of boiler first; For the boiler vapor bag liquid

4、levels dynamic process,we designed the liquid level control system of boiler.This scheme adopted impulse three and serial control scheme to control vapor bag liquid.This paper gave the hardware design and the software design of the system for this scheme:This system is AT89C51 single chip computer a

5、s central treatment element of controlling system at hardware aspect,completing to sample the data,arithmetic,internal Intel 8155H,resource and timer handle as well as contents such as keyboard scaned,displaying,giving an alarm cycles;The software program included the host procedure and the timer T0

6、 interruption servicer two big modules.This system is able to overcome false liquid level phenomenon very well and the boiler vapor bag liquid level has been controlled within the given range.This ensured that the regularity of producing is in progress. Key words:boiler liquid level;impulse three an

7、d serial control;single chip computer31引言汽包液位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，液位过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证汽包水位在正常范围是非常重要的。本论文首先分析了锅炉基本的工艺过程；然后进行了锅炉汽包水位动态过程分析，包括给水流量作用下的动态特性分析和汽包水

8、位在蒸汽扰动下的动态特性分析；其次就是设计了锅炉液位的控制方案；最后就是系统实现的设计，包括硬件设计和软件设计。2 研究现状及设计目标本系统与 PLC 控制系统相比将大大降低使用成本，提高控制运行速度。经过两个多月的性能测试与分析，该系统能很好地克服“虚假水位”现象，将汽包液位控制在给定的范围内，保证了生产的正常进行，具有一定的应用和推广价值。3锅炉基本工艺过程分析 图 1 锅炉的汽水系统1-给水管；2-调节阀；3-省煤器；4-汽包；5-下行管；6-上行管；7-过热器；8-蒸汽管 工业锅炉汽水系统如图 1 所示。汽包及蒸发管道中贮存着蒸汽和水。贮存量的多少，是以被测量水位表征的。给水管道的水经

9、过调节阀，进入省煤器,靠锅炉的烟气加温，然后进入汽包，汽包和上、下行管道内的水被锅炉燃烧系统产生的热量加热成饱和蒸汽，经过热器加热成过热蒸汽，然后进入主蒸汽管道。当给水流量等于蒸汽流量时，汽包水位就恒定不变。44锅炉汽包水位动态特性分析 汽包水位的扰动主要有 4 个来源：一是给水方面的扰动，包括给水压力的变化和减温器调节阀开度的变化，这个扰动来自给水管道和给水泵；二是蒸汽负荷的扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和蒸汽调节阀开度的变化；三是燃料量的变化，包括引起燃料发热量变化的燃料热值、燃料压力、含水量等种种因素；四是汽包压力的变化，压力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力升高时的“自凝结

10、”过程和压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。由于燃料量对汽包水位的影响有传递滞后和容积滞后，影响十分缓慢，可以略去不计。对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化引起的，因此，压力的变化可归到蒸汽负荷中去，所以压力变化对汽包水位的影响可略去不计。这样在锅炉汽包水位的控制系统中，引起汽包水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水量的变化。下面我们将着重分析在给水流量（称为内干扰）和蒸汽流量（称为外干扰）扰动下，汽包水位调节对象的动态特性。4.1 给水流量 W 作用下的汽包水位 H 的动态特性如果蒸汽负荷量 D 不变，给水流量 W 产生阶跃变化时，汽包水位调节对象的动态方程式可近似表示为：G(s)=H

11、(s)/Uw(s)=k0/s*es（1）图 2 给水扰动下的水位响应曲线其中：s复参数；H(s)液位 h(t)的拉氏变换；Uw(s)给水流量 uw(t)的拉氏变换；G(s)锅炉在给水流量变化时的数学模型；k0反应速度，即给水流量改变单位流量时，5水位的变化速度， （mm/s）/（t/h） ；延迟时间，s 出现时滞的原因是：给水温度低于汽包内饱和水温度，当给水流量增加时，需从饱和水中吸收部分热量，因此，水位下气泡容积减少，只有当水位下气泡容积变化达到平衡后，给水量增加才与水位变化成比例增加。表现在响应曲线的初始段，水位的增加比较缓慢，可用时滞特性近似描述。根据上述，如果给水温度低，则从饱和水中吸

12、收的热量要多些，时滞也要大些。例如，非沸腾式省煤器锅炉时滞约为 30100s，沸腾式省煤器锅炉的时滞约为 100200s。反应速度也可用响应时间 T0 表示。响应时间是给水流量变化 100%时，水位变化所需的时间。这里，100%表示给水量允许变化的最大范围。因此，有 T0=1/ k0。从（1）式中可看出，汽包水位在给水流量作用下的动态特性是由一个积分环节和一个延迟环节所组成。在给水流量扰动下，汽包水位响应曲线如图 2 所示。如把汽包及水循环系统当作单水槽对象，水位的响应曲线应该如图 2 的直线 h1 所示。考虑到给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使

13、锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽包总体积 Vs 也就相应减少，导致水位下降。Vs 对水位的影响可以用图中的曲线 h2 表示。水位的实际响应曲线是 h1 和 h2 的总和。从图 2 可知，响应过程有一段延迟时间 。给水的过冷度越大，纯延迟时间也越大。4.2 汽包水位 H 在蒸汽流量 D 扰动下的动态特性 图 3 蒸汽流量扰动下的水位响应曲线6在给水量不变的情况下，当负荷蒸汽量发生阶跃变化后，汽包水位调节对象的动态特性可近似表示为：Gd(s)=H(s)/Ud(s)=-kf/s+k2/(T2s+1)（2）式中： Ud(s)蒸汽负荷 ud(t)的拉氏变换；Gd(s)蒸汽负荷 ud(t)作用下锅炉的数学

14、模型； kf响应速度，即蒸汽变化单位流量时，水位的变化速度（mm/s）/（t/h） ；k2响应曲线 h2 的放大系数；T2响应曲线 h2 的时间常数。在蒸汽流量扰动下，汽包水位响应曲线如图 3 所示。汽包水位的特性曲线可分为h1 和 h2 两部分，当仅考虑蒸汽负荷作阶跃增加，即用汽量增加时，根据物料平衡关系，蒸汽流量大于给水流量，水位应下降，所以 h1 是由于蒸汽流量和给水流量不平衡引起的水位变化； 由于蒸汽用量增加，使汽包压力下降，汽包内的水沸腾加剧，水中气泡迅速增加，由于气泡容积的增加造成水位的变化如图 3 中的响应曲线 h2 所示。因此，实际汽包水位的响应曲线是 h1 和 h2 的合成，

15、即图中的响应曲线 h。当蒸汽用量增加时，由于汽包中气泡容积的增加，使水位出现先增加的现象称为“虚假水位” 。 “虚假水位”产生的原因主要是蒸汽流量增加，汽包内的气压下降，炉水沸点降低,使炉管和汽包混合物中的汽容积增加，体积膨大，引起汽包水位上升。这给控制带来很大困难，在设计控制方案时，必须有效地克服“虚假水位”的影响。因为蒸汽用量增加，大于给水流量，因此，最终水位应下降。这种因虚假水位造成的过程特性称为反向特性。虚假水位的变化幅度与锅炉的工作压力和蒸发量有关。例如，100200t/h 的中高压锅炉在蒸汽负荷变化 10%时，能够引起虚假水位的变化达 3040mm。5 锅炉液位的控制方案针对以上对

16、汽包动态特性的分析，为了有效地克服“虚假水位”的影响，我们采用三冲量（即用液位 H、给水量 W、蒸汽负荷 D 三个变量作为被控量）串级控制方案来控制汽包液位，其控制方框图如图 4 所示，它实际是把一个蒸汽流量作为前馈信号的串级控制系统。系统中的锅炉水位 H 是被控变量，是主控制变量，蒸汽流量 D 和给水流量 W 是两个辅助控制变量，由蒸汽前馈及补偿系统通过相应的计算和输出来保证水位稳定。 图 4 三冲量串级控制系统在三冲量控制中，水位调节器作为主调节器，用于稳定水位，它可抑制闭环内一切引起水位波动的扰动，给水流量调节器作为副调节器，用于消除给水流量、给水压7力等各种引起水位波动的二次扰动，使水

17、位更加稳定，蒸汽流量作为前馈信号，用于抑制蒸汽负荷波动对水位的影响。当蒸汽负荷突然增大，蒸汽流量信号使给水调节阀阀门开度增大，大大削弱了由于“虚假水位”引起的误动作，因而减少了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量控制系统调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位就很少受到影响。主调节器采用 PID 控制算法，副调节器采用 P 控制算法。由于水位调节器测量值是汽包水位信号，因此，当水位调节器具有积分控制作用时，该控制方案可实现汽包水位无余差控制。

18、6 系统实现6.1 硬件设计 AT89C51 单片机是 ATMEL 公司生产出的一种低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微控制器，片内含有 4KB 快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） ，采用高密度、非易失存储技术制造，它与 80C51 引脚和指令系统完全兼容。芯片上的 FPEROM 允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。它支持通用 EPROM 等各种存储器、PAL、GAL、以及Intel、ATMEL、PHILIPS 等公司的全系列对 80C51 单片机的编程。AT8

19、9C51 产品与87C51 相比，除了其片内有快闪存储器，编程/擦除速度快之外（4KB 的编程只需 3s，其擦除时间为 10ms） ，AT89C51 还可实现在线编程和远距离编程，而且其产品价格比片内带 EPROM 的 87C51 低，这就充分显示出 AT89C51 的优越性。图 5 系统硬件结构图因此本系统以 AT89C51 单片机作为控制系统的中央处理单元，完成对数据采样、运算、Intel 8155H 初始化、内部资源初始化、定时器初始化，以及键盘扫描、显示、报警等内容的循环处理。硬件组成可分为输入模块、键盘/显示模块、报警模块及输出8模块。整个控制系统的硬件结构如图 5 所示。6.1.1

20、 输入模块Intel 8155H 芯片内包含有 256 个字节的 RAM 存储器（静态） ，RAM 的存取时间为 400ns。两个可编程的 8 位并行口 PA 和 PB，一个可编程的 6 位并行口 PC，以及一个 14 位减法定时器/计数器。PA 口和 PB 口可工作于基本输入输出方式（同 8255A 的方式 0）或选通输入输出方式（同 8255A 的方式 1） 。 Intel 8155H 可直接和 MCS-51 单片机相连，不需要增加任何硬件逻辑。ADC0809 是一种逐次逼近式的、与微处理器兼容的 8 路模拟输入、8 位数字量输出的 A/D 转换器。它主要由逐次逼近式 A/D 转换器和 8

21、 路模拟开关组成。ADC0809的特点是：可直接与微处理器相连，不需要另加接口逻辑；具有锁存控制的 8 路模拟开关，可以输入 8 个模拟信号；分辨率为 8 位，总的不可调误差为（1/2）LSD 和1LSB；输入、输出引脚电平与 TTL 电路兼容；当模拟电压范围为 05V 时，可使用单一的+5V 电源；基准电压可以有多种接法，且一般不需要调零和增益校准。8155PC 口5005005005005005005008155PB 口500 图 6 输入模块图本系统以一片 ADC0809 作为数据采样的接口单元，可通过编程来选通相应的采样模拟量输入通道。系统需要对蒸汽流量、给水量、汽包压力、水位（差压）

22、等参数进行采集，用差压式流量计 DPP 50 测量蒸汽流量、给水量，用膜片式压力传感器 YP-150 测量汽包压力，用应变式容器内液位传感器 4000PC 测量水位（差压） ，得到的每路参数的 0-10mA 直流电流经 500 电阻转换成 0-5V 的直流电压信号。由于单片机的 I/O 口有限，所以系统扩展一片 Intel 8155H 并行 I/O 口，C 口用来控制选通相应的模拟量输入通道和 A/D 转换的启动，B 口与其 8 位数字量输出端口相连，A 口留作与 D/A 转换器的 8 位数字量输入引脚相连。输入电路如图 6 所示。6.1.2键盘/显示模块扩展一片 Intel 8155H 并行

23、 I/O 口，A 口作为 LED 显示器的位选输出，B 口作为它的段码输出，C 口作为键盘行线输入口，A 口作为它的列线输出口。设 3 个 LED 七段显示器，采用动态扫描方式，显示实时液位与设定液位的差值；有 15 个按键，除 10个数字键外，还设立 Kp、Ki、H0（液位设定值）的输入选择及确认键和取消键等 5 个STARTALECBA IN7IN6IN5D7 IN4D6 IN3D5 IN2D4 IN1D3 IN0D2D1D0 ADC08099功能键。通过显示子程序将各自显示缓冲区的内容调入 LED 显示器进行显示；通过键盘子程序将在键按下时求出键值，并转到相应的数字键或功能键处理程序。键

24、盘/显示电路如图 7 所示5.1k*50 1 2+5V+5 +5V100*875452*3共阴极共阴极a b c d e f g h 图 7 键盘/显示模块图6.1.3 报警模块 图 8 报警电路图在对采样的数据进行处理及运算后，要进行查询报警，查看锅炉的液位是否超出锅炉正常运行的允许范围。555 定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其电路类型有双极型和 CMOS 型两大类，二者的结构与工作原理类似。双极型的电源电PA2PA1PA0PC0PC48155H PB0 PB7 7407*2 10压 Vcc=+5V+15V，输出的最大电流达 200mA，CMOS 型的电源电压为+3+18V。

25、555 定时器只要在外部配上少量的元件如适当的阻容元件，就可以方便地获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力，在工业控制定时、仿声、电子乐器及防盗报警等方面应用很广。因此，本系统中选用一片 555 定时器芯片来构成多谐振荡电路，它是一种自激振荡电路，通过控制它的起振使喇叭发出声响。报警电路如图 8 所示。6.1.4 输出模块美国国家半导体公司的 DAC0832 芯片是具有两个输入数据寄存器的 8 位 DAC，它能直接与 MCS-51 单片机相连接,适用于系统中多个模拟量同时输出的系统，它可以与各种微处理器直接接口。其主要特性如下：A、分辨率 8 位；B、输入电平与 TTL 兼容，基准电压

26、 VREF 工作范围为+10-10V，电流输出，稳定时间为 1s,功耗为20mW；C、可双缓冲、单缓冲或直接数字输入；D、只需在满量程下调整其线性度；E、单一电源供电（+5+15V） ；F、低功耗，20mW。 图 10 输出电路原理图因此输出模块由一片 8 位的 D/A 转换器 DAC0832 与 Intel 8155H 芯片的 A 口相连，通过接收单片机输出给 Intel 8155H A 口的数字量控制信号，并进行 D/A 转换，输出给执行机构。运用集成运算放大器与其输出引脚进行合理的连接及进行相应的软件设计，可实现手动控制方式与自动控制方式的平衡无扰动的相互切换（图 10） 。6.2 软件

27、设计6.2.1 干扰来源及其预防单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。一般把影响单片机测控系统正常工作的信号称为噪声，又称干扰。在单片机系统中，出现了干扰，就会影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，在测量通道中产生了干扰，就会使测量产生误差，计数器收到干扰有可能乱记数，造成记数不准，电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。6.2.1.1 硬件防干扰环境对单片机控制系统的干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，干扰窜入单片机系统的渠道主要有三条：11（1）空间干扰 空间干扰来源于太阳及其它天体辐射的电磁波；广播电台或通讯发射台发出的电磁波；周

28、围的电气设备如发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。这些空间辐射干扰可能会使单片机系统不能正常工作。一般这种干扰可以通过接地技术和屏蔽技术进行抑制。（2）供电系统干扰 由于工业现场运行的大功率设备众多，特别是大感性负载设备的起停会造成电网的严重污染，使得电网电压大幅度涨落（浪涌） ，工业电网电压的欠压或过压常常达到额定电压的15%以上。这种状况有时长达几分钟、几小时，甚至几天。由于大功率开关的通断，电机的启停，电焊等原因，电网上常常出现几百伏，甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。实际上，几乎所有的单片机系统都是由交流电源供电，因此，必须采用措施克服

29、来自供电电源的干扰。（3）过程通道干扰 为了达到数据采集或实时控制的目的，开关量输入输出，模拟量输入、输出是必不可少的。在工业现场，这些输入输出的信号线和控制线多至几百条甚至几千条，其长度往往达几百米或几千米，因此不可避免地将干扰引入单片机系统。当有大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，都会使通道中直接串入干扰信号；各通道的线路如果同处一根电缆中或绑扎在一起，各路间会通过电磁感应而产生瞬间的干扰，尤其是若将 015V 的信号与交流 220V 的电源线同套在一根长达几百米的管中其干扰更为严重。这种彼此感应产生的干扰其表现形式仍然是通道中形成干扰电压。这样，轻者会使测量的信号发生

30、误差，重者会使有用信号完全淹没。有时这种通过感应产生的干扰电压会达到几十伏以上，使单片机系统无法工作。一般这种干扰可以用隔离措施进行抑制。窜入单片机测控系统的干扰，其频谱往往很很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统。因此，除了采用硬件抗干扰方法外，还要采取软件抗干扰措施。6.2.1.2 软件防干扰软件抗干扰技术是当系统受干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。因此软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。但由于软件设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰技术已得到较为广泛的应用。软件抗干扰技术主要有如下四种方法：（1

31、）软件滤波。采用软件的方法抑制叠加在输入信号上噪声的影响，可以通过软件滤波剔除虚假信号，求取真值。（2）开关量的输入/输出抗干扰设计。可采用对开关量输入信号重复检测，对开关量输出口数据刷新的方法。（3）由于 CPU 受到干扰而使运行程序发生混乱，最典型的故障是程序计数器 PC的状态被破坏，导致程序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在地址空间内“乱飞” ，或者进入“死循环” 。因此必须尽可能早地发现并采取措施，使程序纳入正轨。为使“乱飞”的程序被拦截，或程序摆脱“死循环”可采用指令冗余、软件陷阱和“看门狗”等技术。（4）为了确保程序被干扰后能恢复到所要求的控制状态，就要对干扰后程序自动恢复入口

32、实施正确设定。因此，程序自动恢复入口方法也是软件抗干扰设计的一项重要内容。对于实时数据采集系统，为了消除传感器通道中的干扰信号，在硬件措施上常采取有源或无源 RLC 网络，构成模拟滤波器对信号实现频率滤波。同样，运用单片机的运算、控制功能用软件也可以实现滤波，完成模拟滤波器类似的功能，这就是数字滤波。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比12重，实际上它是一个程序滤波。数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比有以下几个优点：1、数字滤波是用程序实现的，不需要增加设备，所以可靠性高、稳定性好。2、数字滤波可以对频率很低（如 0、01Hz）的信号实行滤波，

33、具有灵活、方便、功能强的特点。在一般数据采集系统中，人们常采用一些简单的数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果。一般有四种常用的简便有效的方法。A算术平均滤波法 算术平均滤波法就是对一点数据连续取 N 个值进行采样，然后算术平均。这种方法适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。这种滤波法当N 值较大时，信号的平滑度高，但是灵敏度低；当 N 值较小时，平滑度低，但灵敏度高。应视具体情况选取 N，以使既节约时间，又滤波效果好。对于一般流量测量，通常取 N=12；若为压力，则取 N=4。一般情况下 N 取 35 次平均即可；B、滑动平均滤波法 滑动平均滤波法是把 N 个测量数据看成一个队列，队列的长度为

34、 N，每进行一次新的测量，就把测量结果放入队尾，而仍掉原来队首的一次数据，这样在队列中始终有 N 个“最新”数据。计算滤波值时，只要把队列中的 N 个数据进行平均，就可以得到新的滤波值。这种滤波算法称为滑动平均滤波法。滑动平均滤波法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差，不易消除由于脉冲干扰引起的采样值的偏差。因此它不适用于脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡系统。通常观察不同 N 值下滑动平均的输出响应来选取 N 值，以便既少占有时间，又能达到最好滤波效果。其工程经验值为：流量 N 值为 12，压力 N 值为 4，液面 N 值为 412，温

35、度 N 值为14；C、中位值滤波法 中位值滤波法就是对某一被测参数连续采样 N 次（一般 N 取奇数） ，然后把 N 次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值。中位值滤波能有效地克服因偶然因素引起的波动干扰。对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果。但对于流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法。D、防脉冲干扰平均值滤波法 在工业控制等应用场合中，经常会遇到尖脉冲干扰的现象。干扰通常只影响个别采样点的数据，此数据与其他采样点的数据相差比较大。如果采用一般的平均值法，则干扰将会“平均”到计算结果中去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的采样值的误差。为此，可采取先

36、对 N 个数据进行比较，去掉其中的最大值和最小值，然后计算余下的 N-2 个数据的算术平均值。这个方法类似于一般体操比赛等采用的平分方法。它即可以滤去脉冲干扰又可以滤去小的随机干扰。在实际应用中，N 可取任何值，但为了加快测量计算速度，一般 N 不能太大，常取为4，即为四取二再取平均值法。因此，他计算方便、速度快、存储量小。在本设计中用防脉冲干扰平均值滤波法来进行滤波。6.2.2 软件设计系统的软件程序可分为主程序和定时器 T0 中断服务程序两大模块，其中，主程序模块包括 AT89C51 本身的初始化、Intel 8155H 的初始化、液位差显示和键盘扫描等程序，其流程如图 11 所示；T0

37、中断服务程序中的核心部分是数据处理程序，它包含了求液位值子程序、跟踪子程序、数字滤波子程序、PID 控制运算子程序，其流程如图9 所示。13图 11 主程序流程图147 应用在该系统中我们用了一片 AT89C51 作为控制单元，所有的控制程序都固化在该芯片的程序存储器中，一片模/数转换芯片 ADC0809 将传感器送来的液位、给水流量和蒸汽流量信号转换为数字量通过接口芯片 Intel 8155H 送给 AT89C51，AT89C51 按本文所介绍的控制算法计算后通过接口芯片 Intel 8155H 发出控制信号给数/模转换芯片DAC0832，该芯片将控制单元 AT89C51 送来的数字量转换成

38、模拟量去控制给水阀门的开度，从而改变给水流量的大小来控制锅炉的液位。另外该系统还能完成显示，参数设置及报警等功能。通过对锅炉汽包液位动态特性的分析，本论文介绍了基于 AT89C51 单片机的液位控制系统的软硬件组成，并运用到实际系统中，这将大大降低使用成本，提高系统的性/价比，取得良好的控制效果。15致谢经过两个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经结束了。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方。如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作同学的支持，想完成这个设计是难以想象的。在论文已经完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少师长、同学给予了我

39、无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在这里首先要感谢王*老师。王老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从接到课题到查阅资料、设计草案的确定和修改、中期检查、后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导，耐心的给我指出了许多错误与不足之处，并提供了各方面的学习资源，使我有足够的实验设备和参考资料来进行设计。除了敬佩王老师的专业水平外，他治学严谨和科学研究的精神也给我留下了深深的印象，是我永远学习的榜样，成为我今后一笔宝贵的财富；他的严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予了我无尽的启迪，在这里向王老师表示衷心的感谢。然后还要感谢学院的各

40、位领导和所有的老师们为我们打下的专业知识基础，并在设计期间给予的精心指导和大力帮助，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成！对王老师的关心和指导，大家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是各方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图、说明书的编辑、多种信息的收集与分析、对 Word 文档的使用等多方面的能力。这样的学习机会对我们来说非常珍贵，我们非常重视，同时我们还发扬团队合作的精神，互相配合。最后感谢审阅、评议本论文和参加论文答辩的老师、专家们！16参考文献：1金以慧，方崇智.过程控制M.北京：清华大学出版社，2001.2李全利，迟荣强.单

41、片机原理及接口技术M.北京：高等教育出版社，2004.3胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京：清华大学出版社，2003.4郑毛祥.单片机原理及应用M.成都：电子科技大学出版社，2001.5杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2001.6李广弟.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7王幸之.单片机应用系统抗干扰技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2000.8房小翠.单片机使用系统设计技术M.北京：国防工业出版社，1999.9何立民.单片机应用技术选编M.北京：北京航空航天大学出版社，1996.10王毅.单片机器件应用手册M.北京：

42、人民邮电出版社，1995.11何立民.单片机应用技术选编M.北京：北京航空航天大学出版社，1993.12李振格等. 微机高级语言与汇编语言接口技术和实例M.北京：北京航空航天大学出版社，1994.13陈汝全等.单片机实用技术M.北京：电子工业出版社，1991.14何为民.低功耗单片微机系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，1994.15周航兹.单片机应用程序设计技术M.北京：北京航空航天大学出版社，1992.16徐爱卿等.单片微型计算机应用和开发系统M.北京：北京航空航天大学出版社，1993.17何立民主编.余永权，李小青，陈林康编著.单片机应用系统的功率接口技术M.北京：北京航空航天大学

43、出版社，1993.20陈粤初等.单片机应用系统设计与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，1991.21洪时亮.单片机软件设计技术M.重庆：科学文献出版社重庆分社，1987.22徐君毅等.单片微型计算机原理及应用M.上海：上海科学技术出版社，1988.23张毅刚.单片微机原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，1994.17附录 1：主程序ORG 0000H ；开始LJMP MAIN ；上电，转主程序ORG 000BH ；T0 的中断入口LJMP IT0P ；转 T0 中断处理程序 IT0PORG 0100HMAIN: LJMP PT0M0 ；定时器 T0 初始化PT0M0: MOV SP

44、, #60H ；设堆栈指针MOV R7, #78H ；设循环次数MOV B, #28HMOV TMOD, #01H ；设 T0 工作在方式 1MOV TL0, #0B0H ；给 T0 设初值MOV TH0, #3CHMOV A, R0CLR AINC R0MOV A, R0CLR AINC R0MOV A, R0CLR A ；初始化 8155H（1）MOV DPTR, #2003H ；控制口地址DPTRMOV A, #03H ；控制字AMOVX DPTR, A ；控制字控制口 ；初始化 8155H（2）MOV DPTR, #4003H ；控制口地址DPTRMOV A, #35H ；控制字AMO

45、VX DPTR, A ；控制字控制口 ；开关中断，启动 T0 工作SETB TR0 ；启动 T0SETB ET0 ；允许 T0 中断SETB EA ；CPU 开放中断LJMP DIRRET ；显示子程序DIR: MOV R0, #79H ；置缓冲区指针初值MOV R3, #01HMOV A, R318LD0: MOV DPTR, #2001H ；扫描模式8155HPA 口，最左边 LED亮MOV DPTR, AINC DPTR ；数据指针指向 PB 口MOV A, R0 ；显示数据AADD A, #0DH ；加偏移量，即根据显示数据查到对应的字型码MOVC A, A+PC ；查表取字型码DIR

46、1: MOVX DPTR, A ；段码8155H 的 PB 口ACALL DL1ms ；延时 1msINC R0 ；显示数据缓冲区指针指向下一个单元MOV A, R3JB Acc.2, LD1 ；判是否扫描到最右边的 LED，如到最右边则返回RL AMOV R3, AAJMP LD0LD1: RETDSEG:DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H ；共阴极 LED 段码表DB 6DH 7DH 07H 7FH 6FHDL1ms:MOV R7, #02H ；延时子程序DL: MOV R6, #0FFHDL6: DJNZ R6, DL6DJNZ R7, DLRET ；键输入子程序KEY1:AC

47、ALL KS1 ；调用判有无键闭合子程序JNZ LK1NI: ACALL DIR ；调用显示子程序，延迟 6msAJMP KEY1LK1: ACALL DIR ；延迟 12ms ACALL DIRACALL KS1 ；调用判有无键闭合子程序JNZ LK2ACALL DIR ；调用显示子程序延迟 6msAJMP KEY1LK2: MOV R2, #0FEH ；扫描模式R2MOV R4, #00H ；R4 内容为列序号LK4: MOV DPTR, #2001H ；扫描模式8155H 的 PA 口MOV A, R2MOVX DPTR, AINC DPTR ；数据指针增 2，指向 PC 口INC DP

48、TRMOVX A, DPTR ；读 8155H PC 口的行线状态JB Acc.0, LONE ；转判 1 行MOV A, #00H ；0 行有键闭合，首键号 0A19AJMP LKP ；跳键号计算子程序LONE:JB Acc.1, LTW0 ；转判 2 行MOV A, #03H ；1 行有键闭合，首键号 3AAJMP LKP ；跳键号计算子程序LTW0:JB Acc.2, LTHR ；转判 3 行MOV A, #06H ；2 行有键闭合，首键号 6AAJMP LKP ；跳键号计算子程序LTHR:JB Acc.3, LTH1 ；转判 4 行MOV A, #09H ；3 行有键闭合，首键号 9A

49、AJMP LKP ；跳键号计算子程序LTH1: JB Acc.4, NEXT ；转判下一列MOV A, #0CH ；4 行有键闭合，首键号 0CHALKP: ADD A, R4 ；行首键号+列号=按下的键号PUSH A ；键号进栈保护LK3: ACALL DIR ；调用显示子程序延时 6ms ACALL KS1JNZ LK3 ；判键释放否POP A ；键号出栈ACJNE A， #00H， JIAN1JIAN0 处理程序JIAN1：CJNE A， #01H， JIAN2 JIAN1 处理程序JIAN2：CJNE A， #02H， JIAN3 JIAN2 处理程序JIAN3：CJNE A， #03

50、H， JIAN4 JIAN3 处理程序JIAN4：CJNE A， #04H， JIAN5 JIAN4 处理程序JIAN5：CJNE A， #05H， JIAN6 JIAN5 处理程序JIAN6：CJNE A， #06H， JIAN7 JIAN6 处理程序JIAN7：CJNE A， #07H， JIAN8 JIAN7 处理程序JIAN8：CJNE A， #08H， JIAN9 JIAN8 处理程序JIAN9：CJNE A， #09H， JIAN10 JIAN9 处理程序JIAN10：CJNE A， #0AH， JIAN11 JIAN10 处理程序JIAN11：CJNE A， #0BH， JIAN

51、12 JIAN11 处理程序JIAN12：CJNE A， #0CH， JIAN13 JIAN12 处理程序20JIAN13：CJNE A， #0DH， JIAN14 JIAN13 处理程序JIAN14：JIAN14 处理程序RETNEXT:INC R4 ；列序号增 1MOV A, R2 ；判是否已扫到最右边一列JNB Acc.2, KND ；已扫到最右一列，跳向键盘扫盘程序开始RL A ；扫描模式移向右一列MOV R2, AAJMP LK4KND: AJMP KEY1KS1: MOV DPTR, #2001H ；判有无键闭合子程序，全“0”扫描口（PA口）MOV A, #00H ；即列线全为低

52、电平MOVX DPTR, AINC DPTR ；DPTR 增 2，指向 PC 口INC DPTRMOVX A, DPTR ；读行线的状态CPL A ；按位取反，如有键按下，则 A 中内容非零，无键按下 A 为零ANL A,#1FH ；屏蔽无用的高 3 位，行线的状态在 A 中RETEND附录 2：定时器 T0 中断服务程序IT0P:CLR EA ；CPU 关中断PUSH PSW ；现场保护PUSH AMOV TL0, #0B0H ；T0 中断服务子程序，重新给 T0 装入初值MOV TH0, #3CHDJNZ B, LOOP1 ； 定时未到 2s 中断返回 ；启动 ADC0809MOV DPTR, #4003H ；ADC0809 口地址MOV R0, #50H ；R0 作存数缓冲器指针MOV R1, #00H ；R1 作通道数指针MOV A, R1 ；从 IN0 路开始MOVX DPTR, A ；启动转换MOVX A, DPTR ；读入数据MOV R0