锅炉汽包水位控制系统优质资料

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锅炉汽包水位控制系统优质资料(可以直接使用，可编辑优质资料，欢迎下载）过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2021年1月5号附录：仪表配接图………….20锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。它可以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而且随着工质参数的提高，常采用多级给水加热器。空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空气中的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧热损失，这对于燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐射热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。因此空气预热器也成为现代大型锅炉机组中必不可少的组成部件。综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。锅炉控制系统流程图如图四所示图4锅炉控制系统流程图3.汽包水位的控制与调整：维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一。当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热恶化，过热气温降低。汽包严重满水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机内的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁。如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。3．1影响水位的因素：锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50～150㎜范围内，容许变动范围为±50㎜。对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限制取决于循环泵的工作，但一般来说其水位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通过热化学实验和水循环试验确定。最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最低允许水位应不影响水循环安全。3.2影响水位变化的主要因素:锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。4.仪表的选择：控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。为了实现自动控制，除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。4．1变送器：变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液位，成分等物理量进行检测，以供显示，记录或控制之用。无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能,因此在复杂的工业过程控制中得到了广泛的应用.产品简介：UYZ－50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。仪表的输出电流0～10mA可以接电流表或DDZ－Ⅱ型显示控制仪表，回路中任何一点不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。UYZ－50系列电容物位计由以下六个部件构成：1.传感器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形式的产品。UYZ－50系列电容物位计工作原理图如图五。图5UYZ－50系列电容物位计工作原理当被测物位发生变化时，传感电容量发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送到显示仪表放大成标准电信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。图6UYZ-50接线图1，2输入，3,4输出5,6，7是上限报警8，9，10是下限报警11是显示单元电源16接地18—20是交流电参数与规格：精度：非防爆型±1％防爆型±1.5％测量范围：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ－561B型的测量范围可为3.0，4.0，6.0，10m四档）。负载电阻：1.5kΩ输出信号：0～10mADC供电电源：220VAC（+10%/-15%）50Hz介质压力：2.5Mpa工作环境：传感器温度－40～＋85℃，相对湿度10～95%显示仪表温度0～45℃，相对湿度10～90%高低位报警定点误差：±2.5％高低位报警设定点范围：0～100%全量程内任意给定高低位报警触点容量：220VAC3A防爆型选用防爆栅型号：DFA－3100型检测端齐纳安全栅防爆型仪表防爆等级：iaⅡCT6型号表示表1UYZ－5□□□□5系列代号□测量电极形式□介质温度范围□迁移□防爆等级1）绝缘式2）同轴裸极式3）裸极式4）同轴绝缘式5）分离式6）绝缘绳式1）标准：－40～＋85℃2）高温：85～200℃3）低温：Ⅰ－100～－40℃4）低温：Ⅱ－156～－100℃5）低温：Ⅲ－200～－156℃A）微电容6～50pFB）中电容30～1300pFiaⅡCT64.2控制器控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行器。单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有DDZ-Ⅱ型电动调节器，DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。对于液位控制器，阀气闭为，变送器为⊕，对于研究对象当控制信号增大时液位将相应减小，故为，液位控制器LC为⊕，为反作用。对于流量控制器，阀气闭为，变送器为⊕，当控制信号增大时给水流量将相应增大，故为⊕，流量控制器为，为正作用。产品概述：DTL型调节器是DDZ-Ⅱ型系列仪表中的一个主要单元。它接受从变送器或转换器来的0～10mADC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出0～10mADC信号至执行机构。仪表分二类：DTL-221A、321A、121A型主要为石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硬手动、自动切换、带刻度的手操作拨盘，单针0～10mADC输出电流指示表。另一类DTL-331A、231A、154A型主要为电厂服务，输入通道数达4～5通道，都不带手动操作。当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。DTL-221A、321A、231A、331A为大偏差表，指示调节器。图7DTL-231接线图1，2是出入Ⅰ3,4是输入Ⅱ5,6是输入Ⅲ7,8是输入Ⅳ11,13输出14,15外部手操18接地19,20电源技术参数输入信号：DC0～10mA输出信号：DC0～10mA负载电阻：0～1.5KΩ

⑾⑿端0KΩ～3KΩ

⑾⒀端独立微分增益：K（D）=0－10倍可调（DTL-154A、331A）积分增益：K1≥180倍（P=100%时）干扰系数：1+2TD/TI微分独立运算内给定值稳定度：±0.25%内给定值刻度误差：±2.5%工作条件：环境温度：0～45℃相对湿度：≤85%工作振动：频率≤25Hz振幅≤0.1mm（双向）供电电源;220V

50Hz消耗功率：≤6W结构型式：面板嵌入式表2

型号规格型号T1STDS独立微分P%TDS独立微分操作通道数偏差表型式DTL-121A6～12003～3001～200

带2小DTL-154A6～6003～3001～2003～300不带5/DTL-221A6～600

1～500

带2大DTL-321A6～12003～3001～200

带2大DTL-331A6～12003～3001～2003～300不带5大DTL-231A6～600

1～500

不带4大4.3执行器：执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。执行器的构成如下：P0I0执行机构调节机构被控介质流量图8变送器的基本组成执行机构：执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀，高压差等情况下工作。使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。如果执行器选择使用不当，往往给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。近年来还研制了增力型薄膜调节阀。电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。4.3．1执行机构：由于我们采用的是DDZ－Ⅱ型的0—10mA信号，故选择DDZ－Ⅱ型仪表。DKJ角行程、DKZ直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，它是我国计划经济时期，全国联合统一设计的产品。随着现代工控计算机管理的发展，今天，我们的DKJ、DKZ系列与以前相比，有了2大实质性改进，①生产出直接受计算机控制的智能电子式型、户外型、隔爆型等改进型产品②将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，俗称模块，形成了便于维护的即插即用型，调节精度更高、使用寿命更长。DKJ/ZKJ型角行程电动执行机构DKZ/ZKZ型直行程电动执行机构ZKJ/DKJ-210DKJ电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发信器和电动操作器组成。其工作原理如图十所示。图9DKJ电动执行机构原理图来自调节器的输入信号，在伺服放大器内与位置反馈信号相比较，其偏差经伺服放大器放大后，去驱动伺服电动机旋转，然后经减速器输出角位移。位置发信器将执行机构输出轴角位移转换成与输入信号相对应的直流信号(0-10mA或4-20mA)，作为位置反馈信号。执行机构的旋转方向决定于偏差信号的极性，而又总是朝着减小偏差的方向转动，只有当偏差信号小于伺服放大器的不灵敏区时，执行机构才停转，因此执行机构的输出位移与输入信号始终成正比关系。配用电动操作器可实现自动调节系统的自动-手动无扰动切换。手动操作时，由操作开关直接控制电动机电源，使执行机构在全行程转角范围内操作。自动调节时，两相伺服电动机由伺服放大器供电，输出轴转角随输入信号而变化。主要技术参数：

*输入信号：0--10mADC

*出轴有效转角：0--90度

*输入电阻：200Ω(Ⅱ)、250Ω(Ⅲ)

*输入通道：3个隔离通道

*电源电压：AC220V50Hz

*使用环境温度：-10--+55℃

*使用环境湿度：≤95%图10DKJ执行器安装图图11DKJ接线图1脚接位置发送器正电；2脚接位置发送器反负；3－4－5可以连一起做电机正转接DTL-23111脚；8－9－10可以连一起做电机反转接DTL-23113脚；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好表3DKJ、DKZ系列电动执行器规格及参数规格型号Ⅱ型Ⅲ型输出力矩(N.m)每转时间(S)消耗功率(VA)重量(Kg)ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086ZKJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-710060001001800500调节阀：调节机构是执行器重要部分，在执行机构的输出力F(输出力矩M)和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯和阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀概述：图12KVGD9113-1P结构示意图KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀系我厂95年度通过国家科委鉴定,并荣获国家级新产品证书,广泛地应用于冶金、化工、建材、电站等行业中的超高温气体管道中,作为高温气体介质流量调节或切断装置,可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。该阀中的阀体采用优质碳钢和不锈钢内腔通水冷却,阀板采用双层优质耐热钢,内腔和轴通水冷却,并在阀出口处设有流量开关报警功能,同时在进出口设有二个流量调节阀。具有耗水量少、耐温高、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等优点。公称压力：0.1MPa额定转角：0～90°普通型泄漏率：≤5%后座型低泄漏：≤1%工作温度：P9t≤950℃；P10t≤1050℃；P11t≤1150℃；P12t≤1150℃；P13t≤1350℃（瞬间最高温度：≤1400℃）适用介质：高温烟气或其它含尘高温气体；调节型：（KVGD9113a-1）配ZKJ型电动执行机构（或根据用户选定执行机构）电压：根据用户选定的执行机构而定220（或380）VAC；输入信号：0～10（4～20）mADC（用户自定）；两位开关型：（KVGD9113b-1）配Z型电动装置，本阀可水平或垂直安装，但阀轴应处于水平位置安装4.4操作器：DFD-07型电动操作器是DDZ-Ⅱ型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。适用于由DDZ-Ⅱ型变送单元、调节单元与电动执行机构所组成的自动调节系统。应用DFD-07型电动操作器可实现自动调节系统由“自动到手动（或手动到自动）”工作状况的无扰动切换。1．电源电压：220V

50～60Hz2．开关触关额定容量：主回路：L500V

15A3．信号回路：110V

2A4．跟踪电压：0～10V

DC5．环境温度：0～45℃6．相对湿度：≤85%7．重量：3㎏8．外形尺寸：295×80×160（mm）9．开孔尺寸：75+1×153+1（mm）图13DFD-07操作器接线图5．仪表配接图及说明：配接图见附录，各仪表之间说明如下：UYZ－50系列电容物位计有测量和变送物位的功能，输出0～10mADC电流信号，其中1，2脚接测量电极至于锅炉中，3，4脚分别接调节器的1，2脚，57接上限报警电路，810接报警电路的下限，11脚接自带显示仪表部分工作电源+18V或者+24V，16脚接地，18和20接220V交流工作电源，其他引脚不要接或内部已经接好。DTL-231调节器1脚接来自UYZ-50变送器3脚的0～10mADC电流信号，2脚接来自UYZ-50变送器4脚的0～10mADC电流信号，11脚输出至DJK-210执行机构8脚，13脚输出至DJK-2104脚如果需要外加手操再分别接14,15脚，18脚接地，19和20接220V交流工作电源，其他引脚不需要接内部已经接好。DFD-07操作器3和4脚接DKJ-210执行器1和2脚位置接收信号（输入），9和10脚接KVGD9113b-1的1和2脚，11和12分别接DKJ-210执行器1和2，18接地，19，20接220V交流电。DKJ-210执行机构1脚接DFD-07操作器5脚；2脚接位置DFD-07操作器6脚；3－4－5可以连一起DFD-07操作器11脚控制伺服电机反转；8－9－10可以连一起接DFD-07操作器13脚控制伺服电机正转；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好6.仪表清单：表4仪器清单仪表名称仪表数量变送器UYZ-50同轴式电容物位计1调节器DTL-231A1角行程执行器DKJ-2101操作器DFD-071调节阀KVGD9113b-117.参考文献：1叶江祺.热工测量和控制仪表的安装.北京：中国电力出版社，19982周泽魁.控制仪表与计算机控制装置.北京：化学工业出版社，20023金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社，19934张宝芬.自动检测技术及仪表控制系统.北京：化学工业出版社，20045杨献勇.热工过程自动控制.北京：清华大学出版社，20006吴秋峰.自动化系统计算机网络.北京：机械工业出版社，2001江西理工大学南昌校区毕业设计（论文）题目：基于单片机的水位检测系统的研究与设计系别：信息工程系专业：电气自动化班级：09自动化1班学生：凌晖学号：09321108指导教师：郭泉江职称：助教摘要现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹.在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统发挥着越来越大的作用。随着社会的进步、生产工艺和生产技术的发展，人们对液位的检测与控制提出了更高的要求.而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及,单片机控制系统以其控制精度高，性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用到液位系统的控制中来。本设计用液位检测集成芯片LM1042、A/D转换芯片A/D574A、继电器、水泵,以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测与控制的原理、电路及监控程序。用LM1042液位检测集成芯片测量液位，具有测量精度高、速度快、可靠、稳定等优点；采用单片机来控制液位信息的采集，并且计算出真实液位值，通过运算判断是否超限报警，使检测与控制具有更高的智能性。关键词：AT89C51；AD574A；液位检测；LM1402;超限报警；继电器；水泵。ABSTRACTModernsensingtechnology，electronictechnology，computertechnology,automaticcontroltechnology,informationprocessingtechnologyandnewtechnology，newmaterialforthedevelopmentoftheintelligentdetectionsystemdevelopmenthasbroughtanunprecedentedmiracle.Inindustry，nationaldefense,scientificresearchandmanyotherfieldsofapplication，intelligentdetectionsystemisplayingthemoreandmoremajorrole。Alongwiththeprogressofthesociety，theproductiontechnologyandproductiontechnologydevelopment，thepeopletotheleveloftestandcontrolputforwardhigherrequest。Andthenewelectronictechnologyofmicroelectronicstechnologyandmicrocomputer'swidelyusedinpopularity,single—chipmicrocomputercontrolsystemwithitshighcontrolaccuracy,highperformanceisstableandreliable，setting,convenientoperation,costlowcharacteristic，hasbeenappliedtotheliquidlevelcontrolsystems。ThisdesignwithliquidleveldetectionintegratedchipsLM1042,A/Dconverse.Keywords：AT89C51;AD574A；Theliquidleveldetection;LM1402;Overrunalarm；Relay；Waterpump.目录TOC\o”1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc322371502”第一章绪论1HYPERLINK\l”_Toc322371503"1。1水位检测技术的应用与发展1HYPERLINK\l”_Toc322371504”1.2水位检测系统设计的意义1_Toc322371506"第二章系统硬件设计32.1系统总体功能概述32.3硬件原理图10HYPERLINK\l”_Toc322371510”第三章系统软件设计153。1软件功能概述15HYPERLINK\l”_Toc322371512"3。2主程序设计163。3定时器T0中断服务程序17HYPERLINK\l”_Toc322371514”3。4A/D转换子程序18第四章结论19参考文献20HYPERLINK\l”_Toc322371518”致谢21附录22.其中光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，在本设计当中发光源为发光二极管，受光器为光敏三极管。在本设计当中我们采用光电耦合器组成开关电路的作用，能够很好地将单片机信号稳定地送给继电器驱动继电器闭合。（7)水泵：定义：通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力，即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。分类：根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量,有离心泵、轴流泵和混流泵等类型.工作原理：1、容积式泵:利用工作腔容积周期变化来输送液体。2、叶片泵:利用叶片和液体相互作用来输送液体。本系统中可选用普兰迪2202的水泵。2。3硬件原理图图2-5电源电路(1）电源部分本系统供电为市电AC220v,经变压器T1降为交流18v，经整流桥堆整流后得到脉动直流电压18v,再分别经三端稳压器LM7805、LM7815、LM7915分别得到VCC（+5v）、+15v和—15v,其中电解电容C1、C3、C22、C5、C7、C9起滤波作用，C2、C4、C23、C6、C8、C10是旁路电容,起抑制干扰的作用。电源电路如图2—5所示.（2)传感器电路图2—6传感器电路传感器电路如图2-6所示。在传感器电路中,7脚和10脚是用于探针2的调整，由于本系统只用到探针1,故只需将7脚和10脚接地即可；1脚是热阻探针输入端；5脚是探针故障检测端;6脚是电源端；3，4脚分别接PNP管的发射极和集电极用于给探针提供200MA的固定电流;16脚为模拟电压输出端，输出与液位成正比的模拟电压;12,13脚用来调整探针的测量周期;9,14脚外接两个电容作为探针的记忆电容，记忆探针的电压值。(3)A/D转换电路A/D转换电路如图2—7所示.图2-7A/D转换电路本系统经过采用AD574A芯片,其中1脚为电源端；10脚输出标准10V电压经过变阻器R4连接到8脚给芯片内部解码网络供电;9脚为地端；12脚外接电阻网络用于调整零点，13脚为0-10V量程输入端；14脚为0-20V量程输入端,此系统不用；7,11脚为±基准电压输入端；16-19脚接单片机P1.4-P1。7用于输出低4位，20-27脚接单片机P1.0-P1.7用于输出高8位;28脚输出转换完成信号，6,3,4，5脚用于控制芯片的工作方式，2脚接地代表芯片用于12位转换。当传感器信号输入13脚,单片机控制6脚为高电平，3，4,5脚为低电平时，芯片使28脚输出低电平并启动12位A/D转换，转换完成后置位28脚，允许单片机读取数据，当单片机检测到28脚为高电平,控制6脚为高电平，3，4,5脚为低电平读取高8位，再4，6脚为高电平，3,5脚为低电平读取低4位，这样就完成一次A/D转换和数据读取。（4）单片机外围电路及蜂鸣器电路单片机外接12MHZ晶振，在9脚外接手动复位电路;P0.3接蜂鸣器用于报警.电路如图2-8所示:图2—8单片机外围及蜂鸣器电路图2-9ICM7218A显示电路（5)ICM7218A显示电路ICM7218A显示电路如图2-9所示。本系统显示用的4位七段数据管由数据管专用驱动芯ICM7218A驱动，27，3，1，25，2,24，26脚分别接数据管的a~g，15,16，23，20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID0~7为数据线,接单片机P2口,WRITE，MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P0。6，P0.7。（6）继电器控制水泵加水电路K1该电路由继电器RL1和闭合开关、光电耦合器、水泵、R7、R8、R9、R10以及D2、Q3等组成。当水位在低水位时单片机给P3。1送出一个高电平导通光电耦合器然后光电耦合器驱动Q3导致继电器闭合从而让220V的交流电接通使水泵加水。K1U3U3GDOUHEJUMPRELAY-SPDT123CON3R91KR152KR72KR1010KD7Q3NPN+5V+5V图2—10继电器控制水泵加水电路的原理图第三章系统软件设计3.1软件功能概述在系统的硬件确定以后,功能完善的软件能够很好的指导和协调硬件的工作，可使系统发挥其最大的作用，并且便利以后的更新换代升级.一个完整的系统都离不开对系统状态的监控，为了更好的协调软件，硬件各个部分正常工作就必须对整个系统进行严密监控。在本系统中定时器T0中断服务程序担任数据读取，处理和输出显示任务，每隔一定的时间对A/D转化进行一次采样，并进行相应的处理，在经过LED驱动电路来实现液位的显示。而主程序完成的任务相对简单，它只是完成初始化和启动T0定时的工作.显示液位高度显示液位高度传感器测量启动水泵继续供水启动A/D转换报警提示启动水泵关闭水泵停止供水报警提示关闭水泵结束开始测量值高于上限值测量值等于设定值测量值低于下限值YYYNNN图3—1主程序设计开始开始写入控制字读取高8位计算液位值修改控制字逐微分离液位值并将各位放到ADV[]中读取低4位结束重装ID初值T0c++LED显示判断报警开始结束YY图3—2定时器T0中断服务子程序图3—3A/D转换子程序3。2主程序设计主程序如图3-1所示。系统开始工作时，由LM1042传感器检测出水位深度，经A/D转换后，送入单片机与设定值相比较。如果测量值高于上限值则发出警报并关闭水泵;如果测量值低于下限值则发出警报并启动水泵供水;如果测量值等于设定值则关闭水泵停止供水,并由显示水位值,否则启动水泵继续供水且显示水位值.返回返回开始ICM置于中作模式1写模式控制字ICM置于中作模式0输出液位值8位完？ 显示YX图3—4LED显示子程序3.3定时器T0中断服务程序T0中断服务程序完成的任务比较多，主要包括：每一秒启动一次A/D转换，读取并处理数据，显示和超限报警.T0中断服务程序流程图如图3—2所示：其中读取和处理数据放到A/D值读取子程序;显示放到LED显示子程序；由于液位是一种变化比较缓慢的量，故只需每隔一定时间检测一次即可满足需要，在此选定一秒检测一次，即1秒进行一次A/D转换。由于本系统所用晶振为12MHZ，故定时器每计时一次用时为1/12*10^（-6）*12S=1us，因此定时器为16位定时器，故最多计时2^16=65536次，即计时65536US=65.536MS，此时用定时器T0定时50ms，则当定时器定时20次，共定时20＊50MS=1S，满足系统需要.据TC=M—T/T计数（T=50ms,T计数=1us，M=2^16）得TC=15536则定时器初值为TH0=3C，TL0=B0。超限预警则是通过把A/D转换值与上下限值比较得出液位是否有超限，若超限则输出高电平驱动蜂鸣器报警。3.4A/D转换子程序A/D转换子程序主要完成A/D值的读取以及数据的处理。因为AD574A进行A/D转换的过程中第28脚STS=0,转换完成后STS=1，故启动A/D转换后要先检测STS,若STS为高电平才进行A/D值读取操作，A/D值读取要先写读高8位控制字，然后读取高8位，再写入读低4位控制字然后读取低4位,将读取得到的12位数据用于计算得到液位值，然后再对液位值逐步分离,分别得到数码管显示饿百位,十位,个位和一位小数位，并将它们放到字符数组A/D中，用于LED显示，A/D转换子程序流程图如图3—3所示。3.5LED显示子程序LED显示子程序主要完成液位值的显示,本系统采用数码管专用驱动芯品ICM7218驱动4位七段数码管用于液位值的显示,只需要把要显示的数据写入ICM7218的RAM中即可，由于该芯品默认驱动八位数码管，必须写入8字节显示数据,而此系统只用低4位,只需把高4位置为随机数即可，故先通过ICM7218的控制位WR=0和MODE=1使芯片工作于方式1，写入控制字，然后使MODE=0使芯片工作于方式0,写入8字节数据即可完成液位值的LED显示。LED显示子程序流程图如图3-4所示.第四章结论本次毕业设计主要是由LM1042内部转换电路网络转换为与液位成线性关系的电压信号，再由12位逐次逼近型A/D转换芯片AD574A将模拟信号转换为数字信号，实现液位信息的输入，AT89C51从AD574A读取液位信息后进行数据处理和超限判断，随后将处理过的数据输出到数码管驱动芯片ICM7218的RAM中，由ICM7218实现数码管的静态显示，若液位超限则由单片机驱动蜂鸣器报警。通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识也更加深入，使自己对本专业更加的热爱，对专科四年的学习做了进一步的总结,更加明确了自己学习的目标和方向，由很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识,为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。在这次系统设计过程中,我深刻的认识到要做好一个项目，不仅需要学好本身相关知识,还要广泛涉猎其他学科知识。不仅需要有坚实的知识，还要有坚强的意志和精益求精的精神,追求,只有这样才能做好工程项目。才能成为一名合格的人才。参考文献[1］刘守义、钟苏。数字电子技术.西安电子科技大学出版社，2003.[2]孙亮、杨鹏。自动控制原理。北京工业大学出版社，2010修订版.［3]王新.微型计算机控制技术.中国电力出版社，2009.［4］张毅刚、彭喜元.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社，2008.［5]梁森,欧阳三泰,王侃夫.自动检测技术及应用.北京:机械工业出版社,2010.［6]莫正康。电力电子应用技术.机械工业出版社,2010.[7］李华。MCS——51系列单片机实用接口技术.［M].北京：北京航空航天大学出版社，1993.［8]王毅.单片机器件应用手册[M].人民邮电出版社,1995.[9]王昌明。传感与测试技术[M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.［10]李谋主.位置检测与数显技术［M］.北京：机械工业出版社,1993。[11]张毅刚.MSC_51单片机实用子程序设计.哈尔滨工业大学出版社,2003。［12]占跃华。C语言程序设计.北京邮电大学出版社,2010.[13］涂时亮。单片机软件设计技术［M]。重庆：科学文献出版社重庆分社，1987.［14］刘存.现代检测技术[M］.北京：机械工业出版社，2005。[15］8—bitMicrocontrollerWith4KBytesFlashAT89C51。ATMEL，2000。致谢在此论文最终完成之际，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示深深感谢！首先感谢信息工程系的领导和老师对我的关心和帮助，感谢他们为我提供便利的条件，使我的毕业设计能顺利完成。同时,我要衷心感谢郭泉江老师，从毕业设计的开始到毕业论文的最终定稿，在此期间戴老师给了我细心的指导和帮助，郭老师渊博的知识、诚恳的为人、严谨的治学态度深深感染了我，让我终生受用.在此，我向我的指导老师致以诚挚的谢意和深深的敬意.此外，在我撰写论文期间，还得到了同班同学的支持和鼓励，我要特别感谢赖志颖和涂东方等同学，每当我遇到困难进行不下去的时候,他们都能耐心细致地给我讲解,帮助我度过了一个又一个难关，我的毕业设计和论文才得以顺利地进行,在此我衷心地对他们说声:"谢谢！”。附录附录一主程序代码＃include<reg51。h〉＃defineA_DINP1＃defineICMOUTP2sbitBuzzer=P0^3；sbitICMMODE=P0^6；sbitICMWR=P0^7；sbitSTS=P3^0;sbitRC0=P3^1；sbitA0=P3^2；sbitCS0=P3^3;sbitCE=P3^4；unsignedcharA_DV0，A_DV1;//A_D转换得到值unsignedHmax，Hmin；//上下限值unsignedcharA_DV［4]；//当前液位值floatU1，U2，H；voidT0Run（void)；//T0启动子程序voidIcmdis(unsignedcharA_DV[]）;//LED显示子程序voidA_DRun(void)；//启动A_D转换子程序unsignedcharA_DReA_D（void)；//A_D转换子程序intAAA;bitBjj（intAAA，unsignedHmax，Hmin)；//数值比较函数charT0c=0;//T0计时次数main(）｛P0=0x07;//设置输入位P1=0xff；P3=0x01;Hmax=3000；//上限值，根据实际情况设定Hmin=10;//下限值,根据实际情况设定T0Run（);｝voidT0Run（void）//T0启动子程序｛IE=0x82;//启动中断T0TMOD=0x01；//设置T0工作于模式1TH0=0x3C；TL0=0xB0;//送入计数初值TR0=1;//启动定时器T0}voidtime0(void)interrupt1｛ TH0=0x3C； TL0=0xB0；//重装计数初值 T0c++; if(T0c>19)//如果计时20次即1s ｛ T0c=0; A_DRun(）;//启动A_D转换 A_DReA_D(）; Icmdis(A_DV)；Bjj(AAA，Hmax,Hmin）； ｝}voidA_DRun(void)//启动A_D程序{ RC0=1;//启动12位转换 CS0=0; CE=1； A0=0;}unsignedcharA_DReA_D（void){intA_DV2; floatA_DV3; A0=0； RC0=0; A_DV1=A_DIN;//读取高8位 A0=1; A_DV0=A_DIN；//读取低4位 A_DV0=A_DV0/8; A_DV2=A_DV1*16+A_DV0；//计算A_D转换值 A_DV3=(A_DV2—U1)＊H/(U2—U1);//计算液位值 AAA=A_DV3*10； A_DV［0]=AAA%10;//逐位分离液位值 A_DV[1］=（AAA%100)/10; A_DV[2]=（AAA％1000)/100; A_DV[3]=AAA/1000； A_DV[1]=A_DV［1］|0x80;//第一位显示小数点 returnA_DV［4]；｝voidIcmdis（unsignedcharA_DV[］)//LED显示子程序｛ chari； ICMWR=0; ICMMODE=1;//工作模式1 ICMOUT=0xB0；//输出模式控制字 ICMMODE=0;//工作模式0 for（i=0;i〈4;i++） ICMOUT=A_DV[i];//输出液位值｝bitBjj(intAAA，unsignedHmax，Hmin）//数值比较函数｛if（AAA〉Hmax||AAA〈Hmin）Buzzer=1； return1;｝附录二电路图附录三PCB版佳木斯大学毕业论文基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真学院信息电子技术专业通信工程班级12级2班学籍号姓名李方鹏指导教师周经国佳木斯大学201６年６月1０日摘要随着社会的进步,生产工艺和生产技术的发展，人们对液位检测提出了更高的要求。由于新型电子技术、微电子技术和微型计算机被广泛的应用，单片机控制系统以其控制精度高,性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等诸多特点，被应用到液位系统的控制中来。单片微机在许多过程控制设备和产品中都得到广泛的应用。由于其体积小，价格低，具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能,在各个领域、各个行业都得到了广泛应用.本文介绍了以LM型液位传感器，A/D转换芯片AＤＣ080９，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测系统的设计方法。通过软件和硬件的联合调试，实现了在一定范围内对水位的调节,动态显示出水位结果,实现报警,完全实现了任务书上的要求.关键词:液位检测;Ａ/Ｄ转换;ＬM型液位传感器；超限报警AbｓｔractAssocietyaｄvaｎceｓ，thedｅvelopｍentofproductｉonproceｓsesaｎdproｄuｃtｉonteｃhnｏlogiｅs,thｅdeｔectiｏnofｔｈelｅvｅlcoｎtroｌsysｔｅｍhavｅａhigｈerdemand.Nｅwelectｒonｉｃtechnｏlogｙｏfｍiｃroeleｃｔrｏｎicstｅcｈｎologyaｎdmiｎiａｔurecomｐｕｔｅrsｉswideｌyusｅd。Sinｇlｅｃｈipｃonｔroｌsyｓtｅmtoｓｅｔuｐｏperatｉonswｉｔhｈigｈｃontroｌaｃcｕｒacy，reliａｂleｐerｆｏｒmance，conｖｅnieｎt,lowcost,isａppliedtｏｔｈｅlｅvｅlcｏｎtral.ThｉｓartiｃlｅdescribestｈｅLM-typeliｑｕidｌevelｓensoranｄA/DcoｎｖersiｏnｃｈipADC０8０9，andAT８9C5１microcontｒｏllerasthｅmaｉncｏntroｌcompｏｎeｎｔoftｈeliｑuｉdlｅｖｅlｄeｔectｉonsｙstemdesｉｇnmethoｄs.Tｈｉｓarｔiｃｌｅｒesｐectｉｖelyｆroｍthｅｌｉquidｌevｅｌｄeｔｅction,A／Ｄcｏnveｒteｒ,Ｄiｇitalｄiｓｐlａy，Limiｔalaｒｍａｎdseｖｅralaspｅctsofｔhehardｗarecｉrｃuithａvecｏｎｄuctamoｒｅｄｅｔaileddescｒｉpｔion.ThｅｎtｈeA/Dｃｏnverｓioｎproｃｅss，Digitaltubedisｐｌａｙpｒogrａm，Limitaｌａｒmprocedurｅshaveａfairｌydetailed,ａnｄusiｎgaｆlｏｗｃhartforfurtherexplanation。Thrｏuｇhjointdｅｂuｇｇiｎgofsoftｗareandｈaｒdwaｒe，Thebａsicreaｌizatiｏnoｆtheｒegulatｉｏnontheleｖeｌｗithｉnacerｔaｉnｒａｎgeofｌｉquｉdleｖｅlregｕlａtion,Dｙnａmicaｌlyshowsthelevelｒesultｓ，Achiｅｖealaｒm，EntｉrelyAchｉevethｅrequiｒemｅntsofｔhemｉsｓionｓtatement.Ｋeyworｄs:theliqｕidlｅvelｄetection，A/Dconvertｅr，ｌm—typeｌiｑｕidlevelｓｅｎｓor,ｌimitaｌａｒm目录摘要...。.。.．..。。。.．..．．。.。。。．..．..。。。。。.．.。．．.。..．。.。.。．。..．。。。。..．．.。。.．．．。。．．．...。．．。。。..。..．.。．。..。．。．．．。。.。。。.．.。。.．iAbstracｔ。。。。。．...．.。。．．．.。。。.。．.．．.。．.。．．...。．．.。.。．.。．。..。...．..．．。。..。．．.。.。．。.。.。．．.。.。..．。．．．。。。。。．..．iｉ第1章绪论。。。．．。.。。。.。。.。．。.。..。。。。．。．.。。。。。．.。。。.．．．。。。。。．。。.。。。．。．．。．。。．。.。．。。．.。．。。．．。．。．..。．..。.．。.．．。..。．．。.。。。11.1液位检测系统的概况.。.。...．．...。．.。。.．．.．。．．。.．。。。．...。.。。。。。。.。．。..。.。．．..．．。．。。。.．．。。.。.11.2国内外研究动态.。．。．.。.．.。.。.．...。.。.。。.．。。。．。．。。。.。。。．。.．。.．。．。。。。。..。.。.。.。．.。．。。。.。.。。。11．３本次毕业设计的意义．.。。..．.．．。.。...．。.。.．.．..。。..．。。.．.。.。.。。.。．。．。..。。.。.．．..。.。。．。．。.。。．..。。。．。．.。。.21．4本次毕业设计的任务.．。。...．．。。。。.。。.．。。．．。．。..。．。.．.。...。..。.．。.。。。.．。.。。。.．．．。。。.。..。。。．...．。.。.。．２第２章硬件电路设计.。．..．.．．。。.。．。．。。。。.。。...。。．...．。.。.．。.．。。...．.。...。。。.．。.。。.．。。.。．...．．.。。.。。。.。．.．...４2。1硬件电路工作原...。。.。。。。。。。．．．。.。..．..．.．。。．.。．。．。．.。。..。.．。．。。。。.。。。.．。。。...。。.．。。。..．。。.．．.。．.。４2。2硬件电路设计..。。．．.．..．．。．.。..。．。.。．．。．．。。．．．.。.。。．.．..．．.。...．。。。.。...。.．。．.。.．。...。．。．．．..．．.．.。。．。。.．。．.。4２。２．１系统总体设计框图．。。。。。..。.。．。。..。。..．．.。。．。。．。．．...。。.．。．．。。.．。。.。．。.．.。.。。。。.。。。。.．.。。．。。..。。。．４2.2。2核心芯片的介绍.．..。．.。．．。..。．.。.．．..．。．.。．．。。。．..。...。。．.．．。.．．..．.。.。。．．。。.。。。。.．。。。。．..。。.．..５2．３硬件电路各模块设.．.。．.。..．。.。..．。．．．。．．。.．。．．。．．．.．。..。。..。．．．.。。.。．.。。..。..。.．.．。.．。．。.。1０2。3．1电源电路设计．。．。．．．。...。.。．.。。．.。．.。．.．．..。。。．。。...．．．．。。..。．．.。．。.．．.．．．..．。.。。.．...．。．.。..10２．3。2单片机最小系统电路设计．．..．。。。.。.。。。。。。。．。.。．。.。..。。．.．．。．．.．.。．..。..。.．。。。．。．．.。。.．.．。．.102。3。3显示电路设计..．。．.。。.。。。．。。。..。。．。.。。．.。.．．。.。.．。.。。．.。.．。。。...。..．．．。。。。．.。。。．.。.．。112．3.4液位传感器的接口电路设计.．。。。.．。．．．．..．。。。..。．．。。。。．．。..。．.．.．．。.。．。...．。．．。．.．。。。。.。。．.１３2.3．5AT89C５1与AＤC０809的接口电路设计。.。.。．.．。.．。..。.．。．。。。。．。。。..。.．...。。.．..。．。13２。3。6报警电路设计．..。．.．．．。.．。。.．.．。.。．.．.。．．。.．．.．．。。.。．。．。。。.．。..．..。。。..。.。．。.。..。．．..．．.．.。．..．．。。．152。４硬件电路总结.。.。。．..。。．．...．.．。。。..。．．。。。.。．.。．。.。..。..．.。.。。。．..。。。．.。。.。..．。..．。。。．.．。。。..。..。15第３章软件设计．．..。。。．．。。。.。．．。．。.．.。。。。。．.。.。。。．．.。。.．．．.。。。。。。.．..。。。.。．．．．。..。．。．。。．．。.．．..。。．。．。。．.173．１AT8９C５1的I/O口应用。.。．。．.．.。。.。.。。。.。.．.。。．．.。...。.．。.。。.．．。。..．．．.。。.。.。.．．．。。．..。１7３。1.1P0口的信号输入．．..。..。。.。。。.。..。。。．．..。。。。。。.。。.。.。。。...。．.。．..。。.。。.．。．...。..。。。．.。.．１７3．1。2Ｐ1口的信号输入．..．。..．．.．.．..．。。.．。．．。。．.。。。。。。.．。．.．．．.。。..。．。．。.。．．。．.。..。.．。．．.．。..．．．。。.．.。1７3。1．3Ｐ２口的信号输入.．。。。.。.．.。。.．.．.