畢業(yè)設(shè)計(jì)--鍋爐水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一種鍋爐液位控制器，它以8051作為控制器，通過8051單片機(jī)，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)具有液位檢測(cè)報(bào)警和控制雙重功能，同時(shí)也具有壓力報(bào)警和顯示控制的功能,并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的水暖鍋爐控制，在設(shè)計(jì)中主要有水位檢

2、測(cè)、溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)、按鍵控制、水位控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來實(shí)現(xiàn)供暖控制。主要用水位傳感器檢測(cè)水位，用光纖溫度傳感器來檢測(cè)水溫，用六個(gè)控制按鍵來實(shí)現(xiàn)按健控制，用三位7段LED顯示器來完成顯示部分，用變頻器來控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。把這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要開啟補(bǔ)水泵，來實(shí)現(xiàn)對(duì)液面的控制，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)

3、自動(dòng)控制液面的目的。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐液位、溫度和壓力的控制,而且有造價(jià)低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 鍋爐，8051單片機(jī)， 模數(shù)轉(zhuǎn)換，水位控制，自動(dòng)控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This design ta

4、sk requirement level controller design of a boiler, which in 8051 as controller, through 8051 MCU, pressure sensor and the hardware system and software design methods, such as implementation of adc has a dual function, l

5、iquid level detection alarm and control also has the function of pressure alarm and display control, and to show the liquid level and pressure value. </p><p>　　The water heating boiler design is based on sin

6、gle chip microcomputer, are mainly in the design water level detection, temperature detection, pressure testing, button control, water level control and display part, fault alarm and so on several parts to achieve heatin

7、g control. Mainly use groundwater level sensors, optical fiber temperature sensor is used to detect temperature, press with six control keys to achieve the healthy controls, with three 7 segment LED display to complete d

8、isplay part, </p><p>　　Keyword boiler，8051 single chip microcomputer, modulus conversion, water level control, automatic control </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

9、　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 課題背景3</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制的優(yōu)點(diǎn)3<

10、/p><p>　　1.4 研究方案及預(yù)期結(jié)果4</p><p>　　1.4.1 系統(tǒng)硬件總體方案4</p><p>　　1.4.2 系統(tǒng)軟件總體方案4</p><p>　　1.4.3 設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程4</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 核心芯片8051單

11、片機(jī)5</p><p>　　2.2 液位傳感器設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器9</p><p>　　2.3.1 D／A轉(zhuǎn)換基本原理9</p><p>　　2.3.2 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片11</p><p>　　2.4 鍵盤及顯示接口12</p><p&

12、gt;　　2.5 自動(dòng)報(bào)警電路13</p><p>　　3 傳感器的選擇設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 液位傳感器的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1.1光電式傳感器15</p><p>　　3.1.2光電式傳感器的基本特性17</p><p>　　3.2溫度傳感器的設(shè)計(jì)19</p>

13、<p>　　3.3 壓電式傳感器的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.3.1 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取20</p><p>　　3.3.2 壓電式傳感器的測(cè)量電路20</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1單片機(jī)源程序23</p><p>　　4.2 水位檢測(cè)

14、主程序25</p><p>　　4.3 水位檢測(cè)子程序26</p><p><b>　　結(jié)論29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　1

15、 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　目前我國(guó)的鍋爐的數(shù)量眾多，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái),目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。而鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生正是能夠有效緩解這一現(xiàn)狀的良好契機(jī)，鍋爐水位控制系統(tǒng)是微型計(jì)算機(jī)軟件，硬件，自動(dòng)控制，鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物

16、，作為鍋爐控制裝置，其主要目的是保證鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少能源的損耗更加合理高效的利用能源，減輕操作人員的勞動(dòng)程度。采用微機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。提高鍋爐工作效率，保證生產(chǎn)安全。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　目前在我國(guó)的鍋爐水位控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)生產(chǎn)中都取得了很大的成效，在各方面的發(fā)張過程中多數(shù)還只是采用理論的計(jì)算的各

17、方面論文很多，但是能夠運(yùn)用的工業(yè)生產(chǎn)中的還很少。而我們現(xiàn)在要把鍋爐水位控制系統(tǒng)能夠很好地全面的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中這還需要大家的努力。在我過上海沿海等地生產(chǎn)鍋爐水位控制所需要的器材的實(shí)力比較雄厚，生產(chǎn)廠商能夠讓理論產(chǎn)物和實(shí)際產(chǎn)物能夠很好地結(jié)合，生產(chǎn)多高效實(shí)際合理的工業(yè)設(shè)備。在我國(guó)的新型測(cè)控裝備與系統(tǒng)研究與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著差距但是我國(guó)科研人員能夠克服困難不斷鉆研爭(zhēng)取，在摸索中前進(jìn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域能夠趕上并超過發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平。</p&

18、gt;<p>　　1.3 使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　當(dāng)今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)及應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。雖然單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)雖然問世不久，然而體積小、廉價(jià)、功能強(qiáng)、其銷售額已每年近80%的速率增長(zhǎng)。</p><p>　　使用單片機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有較高的使用價(jià)值和成本較低穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)鍋爐測(cè)

19、量水位使用高亮二極管和光敏三極管來實(shí)現(xiàn)。測(cè)量溫度采用光電耦合器實(shí)現(xiàn)光電隔離，方便人員對(duì)液位系統(tǒng)的控制且穩(wěn)定性較好。對(duì)液位壓力測(cè)量使用電陶瓷傳感器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。使用單片機(jī)控制不僅具有體積小、安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用前景廣、具有很高的性價(jià)比。通過微機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)來保證系統(tǒng)穩(wěn)定高效安全的運(yùn)行。</p><p>　　本文采用8051單片機(jī)作為核心來對(duì)鍋爐水位進(jìn)行自動(dòng)控制。

20、具有較高的優(yōu)越性和使用價(jià)值。</p><p>　　1.4 研究方案及預(yù)期結(jié)果</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用8051單片機(jī)為核心，及相關(guān)硬件來實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制系統(tǒng)。在測(cè)量液位的同時(shí)需要對(duì)鍋爐壓力和溫度進(jìn)行檢測(cè)。使用3位七段LED顯示液位、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全控制，及時(shí)報(bào)警。</p><p>　　1.4.1 系統(tǒng)硬件總體方案</p>&l

21、t;p>　　系統(tǒng)采用高亮二級(jí)管和光敏三極管對(duì)液位進(jìn)行控制。并通過四對(duì)傳感器分別安裝在鍋爐四個(gè)不同位置來測(cè)量鍋爐液位。使用模數(shù)轉(zhuǎn)換把信號(hào)傳送到單片機(jī)中。通過LED現(xiàn)實(shí)出來。然后根據(jù)當(dāng)前液位值和用戶設(shè)定的水位來決定水位是否開關(guān)水泵。還采用了光電傳感器和電壓式傳感器來對(duì)鍋爐溫度壓力進(jìn)行測(cè)量，因此我們所提到的鍋爐常用于供暖而不是工業(yè)上的燃燒鍋爐。采用壓力傳感器只要是為了防止鍋爐壓力過大對(duì)鍋爐造成損害甚至爆炸，而壓力過低則會(huì)導(dǎo)致鍋爐無(wú)法正常

22、穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　1.4.2 系統(tǒng)軟件總體方案</p><p>　　水位檢測(cè)通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平

23、。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。</p&

24、gt;<p>　　1.4.3 設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程</p><p>　　本設(shè)計(jì)第二章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件分析,主要介紹了本設(shè)計(jì)所使用的核心芯片8051,重要對(duì)其端口進(jìn)行介紹,介紹其功能與用途,還介紹了液位傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC0809、執(zhí)行設(shè)備、LED顯示和報(bào)警裝置,介紹了他們的原理、結(jié)構(gòu)和電路連接。第三章著重介紹了本設(shè)計(jì)所使用的傳感器,因?yàn)閭鞲衅鞯男阅茉谡麄€(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用,尤其對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的

25、作用,在其中我重點(diǎn)介紹了液位傳感器,光電式傳感器和壓電式傳感器。第四章介紹了整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍋爐自動(dòng)控制包括對(duì)鍋爐的液位，壓力，溫度等的控制，本設(shè)計(jì)主要介紹鍋爐的液位控制。液位控制是利用由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809把

26、輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位報(bào)警和鍵盤顯示與控制；其壓力控制是通過壓電傳感器將接受的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與8051單片機(jī)接口相連，使其與設(shè)定值相比較從而實(shí)現(xiàn)壓力報(bào)警和控制；其溫度檢測(cè)選用的是光電隔離器，實(shí)行光電隔離，有利于人員對(duì)溫度的檢測(cè),再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與8051單片機(jī)接口相連，使其與設(shè)定值相比較從而實(shí)

27、現(xiàn)溫度報(bào)警。 </p><p>　　而本設(shè)計(jì)主要是對(duì)液位進(jìn)行控制,下圖是鍋爐液位控制系統(tǒng)</p><p>　　圖2.1 基于單片機(jī)的鍋爐液位控制系統(tǒng)</p><p>　　由上圖可觀察到傳感器通過對(duì)液面、溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量，輸出模擬信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過LED進(jìn)行顯示,通過報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之

28、后再通過對(duì)閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2.1 核心芯片8051單片機(jī) </p><p>　　計(jì)算機(jī)芯片MCS-51是一個(gè)電腦晶片,英特爾公司生產(chǎn)系列。它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。在51子系列中，主要有8051、8031、8751三種機(jī)型。其代表就是8051。其他系列的單片機(jī)都以它為核心,所以本設(shè)計(jì)

29、采用的核心芯片是8051單片機(jī)。CPU是它的核心設(shè)備,從功能上看,CPU包括兩個(gè)部分:運(yùn)算器和控制器,它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。</p><p>　　采用8051用P0、P2口作控制總線，可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。</p><p>　　系統(tǒng)的原理是采用液位式傳感器測(cè)量鍋爐液位值,通過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在

30、LED上顯示及輸出控制;根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開關(guān)水泵,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位,需要關(guān)閉閥門。</p><p>　　圖2.2 8051引腳圖</p><p>　　上圖是8051的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源一根，地線一根，石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，P3與中斷口線P3口線復(fù)用。下面對(duì)引腳加以說明：</p><p>　

31、　Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。</p><p>　　Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。</p><p>　　Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫程序時(shí)，接+5V電源。</p><p>　　8051的時(shí)鐘可分為兩種方式：一種為片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容,振蕩電容

32、的值一般取10p-30p。另一種為外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路及外接晶振和電容組成振蕩器。 </p><p>　　輸入輸出(I/O)引腳：</p><p>　　Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，</p><p>　　Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳,</p>

33、<p>　　Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，</p><p>　　Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。</p><p>　　在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中，P0口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入/輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口,P2口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高八位地址總線口，P1口為輸入/輸出口。</p><p&g

34、t;　　Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，通電，時(shí)鐘電路開始工作，系統(tǒng)初始復(fù)位。程序計(jì)數(shù)器PC將指向0000H， P0-P3輸出口為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器清“0”。RESET由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。初始復(fù)位將不改變RAM的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下：</p><p>　　表2.1 寄存器初始狀態(tài)</p><p>　　8051的

35、復(fù)位方式分為手動(dòng)和自動(dòng)復(fù)位。 RESET/Vpd是一個(gè)復(fù)用腳，在Vcc掉電期間，可以使用后備電源使單片機(jī)RAM數(shù)據(jù)不丟失。</p><p><b>　　圖2.3 復(fù)位電路</b></p><p>　　Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，確定單片機(jī)是否

36、工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。而且當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。</p><p>　　如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間,prog將用于輸入編程脈沖。</p><p>　　Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí),此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V

37、的編程電壓。</p><p>　　2.2 液位傳感器設(shè)計(jì)</p><p>　　在鍋爐液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。</p><p>　　傳感器的種類很多,有溫度傳感器,加速度傳感器,光學(xué)傳

38、感器,壓力傳感器的,本設(shè)計(jì)主要采用的是由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器來對(duì)液位進(jìn)行控制，又用光電式傳感器和壓電式傳感器來對(duì)溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè),在把檢測(cè)的電信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析,這個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是液位的控制,所以下面我要對(duì)液位傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　采用的是四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位傳感器如下圖</p><p>　　圖2.4 液位傳感器&

39、lt;/p><p>　　由圖2.4可知，液位傳感器的主要元件是高亮二極管和光敏三極管,它們都屬于光電元件,光電元件主要采用的是光電效應(yīng),光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng), 光電效應(yīng)的原理是PN結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，當(dāng)光照PN結(jié)時(shí)，光子能量h大于材料的禁帶寬度，在PN結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子、空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)少數(shù)載流子濃度增加，載流子在外加反向電壓和PN結(jié)

40、內(nèi)電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，分別在兩個(gè)方向上渡越PN結(jié)，使反向電流明顯增大。如果入射光照強(qiáng)度變化，光生電子及空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng)。光敏二極管的作用就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。</p><p>　　圖2.5.a 光敏三極管的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2.5.b 基本電路</p><p>　　而光敏三極管有兩個(gè)PN結(jié)，因而可以獲得電流增益

41、，它比光敏二極管具有更高的靈敏度,也是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。</p><p>　　光敏三級(jí)管是由高亮二極管進(jìn)行發(fā)光的, 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它的原理和光敏二極管相似,也是產(chǎn)生光電效應(yīng)。只不過原理正好相反,當(dāng)有電流導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電流,照射在PN結(jié)上,在內(nèi)部產(chǎn)生光電流,</p><p>　　它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。

42、因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。</p><p>　　水位檢測(cè)是通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水

43、位高于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。</p><p>　　2.3 ADC

44、0809A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　A/D是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),把由傳感器傳來的液位控制的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后再通過8051單片機(jī)的分析處理進(jìn)行LED顯示和液位、壓力和溫度的報(bào)警。</p><p>　　2.3.1 D／A轉(zhuǎn)換基本原理</p><p>　　D／A轉(zhuǎn)換器的功能是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。使每一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流，電流的大小

45、則正比于相應(yīng)的二進(jìn)制位的權(quán)。輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)D7～DO控制電子開關(guān)組，當(dāng)某 一位為“1”時(shí)，則電子開關(guān)閉合，基準(zhǔn)電壓Vin接電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，使某一支路電阻上有電流流過。當(dāng)某一位為“0”時(shí)，則電子開關(guān)斷開，該支路電阻上無(wú)電流流過。加權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)各支路的電阻值與二進(jìn)制數(shù)據(jù)D7～DO的“權(quán)”相對(duì)應(yīng)，“權(quán)”大的電阻值小，“權(quán)”小的電阻值大。因此各支路的電流不僅決定于輸入數(shù)字量的值(0或1)，還決定于“權(quán)”，各支路的電流如下：</p>

46、<p><b>　　式（2.1）</b></p><p>　　因此，總電流為Iou</p><p>　　該總電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器后有: </p><p><b>　　其中</b></p><p>　　由式（2.4）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于D／A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來說是等效的。就8位

47、D／A轉(zhuǎn)換器而言，每一數(shù)字輸入位所代表的輸出模擬量是其相鄰的2倍，這樣就組成二進(jìn)制數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　D／A轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)如下:</p><p>　?、俜直媛省Ｐ盘?hào)的敏感程度數(shù)字量的數(shù)位表示，分辨率為n位的D／A轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)滿量程的1／2n的增量做出反饋。</p><p>　?、谙鄬?duì)精度。在校準(zhǔn)前提下有效刻度內(nèi)模擬量的輸出與理論值

48、之差，用ISB來表示和該偏差相對(duì)滿刻度的百分比。</p><p>　?、坜D(zhuǎn)換時(shí)間。數(shù)字變化量是滿刻度時(shí)，達(dá)到終值±LSB／2所需要的時(shí)間，通常為幾十納秒至幾微秒。</p><p>　?、芊蔷€性誤差。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為0.l％～0.03％。</p><p>　　其工作步驟是：比較開始時(shí)，首先對(duì)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高位置“1”，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換

49、和比較判斷。如果模擬輸入U(xiǎn)in大于Ui，比較器輸出為1，輸出鎖存器的最高位保持為1。依照此方法從低到高依次進(jìn)行比較。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來完成A/D轉(zhuǎn)換。總共需要重復(fù)這種過程n次。</p><p>　　2.3.2 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的A／D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件是由ADC0809轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。ADC0809是8位8通路逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，輸

50、入電壓在(O～5)V，最大不可調(diào)誤差小±1LSB。ADC0809芯片的引腳圖如圖2-6所示。8路模擬通道要能正常工作，首先通過地址譯碼鎖存器選通所要開通的8路模擬通道中的一路開關(guān)，將模擬信號(hào)進(jìn)行A/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)放到三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器中，由CPU讀取后由CPU啟動(dòng)新一次的地址譯碼，重復(fù)以上完成新一次的A/D轉(zhuǎn)換。下圖為ADC0809芯片的引腳圖。</p><p>　　圖2.6 ADC0809 芯片的

51、引腳圖</p><p>　　2.4 鍵盤及顯示接口</p><p>　　采用三位7段LED顯示器，LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。用LED是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我

52、們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來用。</p><p>　　在微型機(jī)系統(tǒng)中，LED常用的顯示方法有兩種。一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。所謂的靜態(tài)顯示是由單片機(jī)一次輸出后就能顯示后就能保持，直到下次送新的顯示模式為止。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一個(gè)八位輸出控制，我的設(shè)計(jì)就是采用的就是靜態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯

53、示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。</p><p>　　鍵盤是有若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或

54、命令，來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤有并行接口掃描和串聯(lián)接口掃描，我采用的是串行接口，它的組成是由移位寄存器74LS164和六個(gè)鍵組成，74LS164是一個(gè)14位腳的寄存器，集成電路芯片，由8051串行接口的TXD端輸出列掃描信號(hào)到74LS164的1、2引腳，鍵閉合信號(hào)則用端口P3.3、P3.4、P3.5輸入8051單片機(jī)，由8051單片機(jī)的TXD引腳輸出移位時(shí)鐘脈沖到74LS164的時(shí)針輸入端（C

55、LK）。還有非前者用軟件來識(shí)別和產(chǎn)生代碼，后者則用鍵盤來識(shí)別，鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍵盤的管理，顯示具體見下圖。</p><p>　　圖2.7 LED顯示電路</p><p>　　2.5 自動(dòng)報(bào)警電路</p><p>　　下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警： </p><p>　?、佼?dāng)鍋爐達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；&

56、lt;/p><p>　　②鍋爐內(nèi)壓力過高報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過高與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警；</p><p>　?、坼仩t內(nèi)壓力過低報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過低與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警；</p><p>　?、苎h(huán)泵故障報(bào)警，當(dāng)循環(huán)泵開啟后，出水與回水溫度的差值很大，認(rèn)為循環(huán)泵故障，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。</p><p>　　圖2.8 自動(dòng)報(bào)警電路的

57、接線圖</p><p>　　3 傳感器的選擇設(shè)計(jì)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，傳感器的選擇是非常重要的，傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。</p><p>　　傳感器的種類很多，有溫度傳感器、加速度傳感器、光學(xué)傳感器、壓力傳感器等

58、。本設(shè)計(jì)主要采用的是電容式傳感器、光電式傳感器和壓電式傳感器來對(duì)液位、溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè)，在把檢測(cè)的電信號(hào)通過ADC0809入到單片機(jī)進(jìn)行分析,在由LED進(jìn)行顯示和鍵盤控制、實(shí)行對(duì)液位、溫度和壓力的報(bào)警。</p><p>　　3.1 液位傳感器的設(shè)計(jì)</p><p>　　液位傳感器主要是由高亮二極管和光敏三極管所組成的設(shè)備。水位檢測(cè)是通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，

59、由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁

60、閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。</p><p>　　高亮二極管和光敏三極管都屬于光電傳感器，下面介紹光電式傳感器。</p><p>　　3.1.1光電式傳感器</p><p>　　

61、光電傳感器是一種小型電子設(shè)備。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　液位傳感器的主要組成光敏三級(jí)管就是屬于模擬式光電傳感器。通過吸收高亮二極管的光來測(cè)量液位的高度,在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器ADC0809中。光電傳感器中的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng),通常把光電效應(yīng)分為三類：</

62、p><p>　?、?外光電效應(yīng)指在光的照射下材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類。它們的光電發(fā)射極即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。 ② 內(nèi)光電效應(yīng)指在光的照射下材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。 ③ 光生伏特效應(yīng)利用光勢(shì)壘效應(yīng)光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的是自發(fā)電式有源器件。</p><

63、p>　　PN結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小由P區(qū)和N區(qū)中少數(shù)載流子的濃度決定，在無(wú)光照的情況下P區(qū)中電子及N區(qū)中的空穴都很少，所以反向電流很小。在有光照的情況下，光子能量h大于材料的禁帶寬度，在PN結(jié)及附近就會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，在P區(qū)和N區(qū)的載流子增大到一定程度時(shí)，就會(huì)在外加反向電壓和PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)入射光的照度發(fā)生變化時(shí)，光生電子-空穴對(duì)的濃度也會(huì)產(chǎn)生改變，外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨入射光照強(qiáng)度及光生電子-空穴對(duì)

64、的濃度產(chǎn)生變化，然后把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。其工作原理與二極管相似。結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1.a 光敏三極管的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3.1.b 基本電路</p><p>　　光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成,如下圖光電傳感器框圖:</p><p>　　圖3.2 光電傳感器

65、框圖</p><p>　　光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，如圖3.2所示。圖中，Ф1是光源發(fā)出的光信號(hào)，Ф2是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào)I。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　光敏三級(jí)管是由高亮二極管進(jìn)行發(fā)光的, 高亮二極管是一種把

66、電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。</p><p>　　3.1.2光電式傳感器的基本特性</p><p><b>　?、俟庾V特性</b></p><p>　　在入射光照度一定時(shí)，光敏晶體管的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變化而變化，

67、一種光敏晶體管只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的人射光敏感，這就是光敏晶體管的光譜特性，見圖3.3：</p><p>　　圖3.3 光敏晶體管的光譜特性</p><p>　　由曲線可以看出，當(dāng)入射光波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降，這是因?yàn)楣庾幽芰刻?，不足以激發(fā)電子—空穴對(duì)。當(dāng)人射光波長(zhǎng)太短時(shí)，光波穿透能力下降，光子只在半導(dǎo)體表面附近激發(fā)電子—空穴對(duì)，卻不能達(dá)到PN結(jié)，因此相對(duì)靈敏度也下降。</p&g

68、t;<p><b>　?、诜蔡匦?lt;/b></p><p>　　光敏三極管在不同照度下的伏安特性，就象普通三極管在不同基極電流下的輸出特性一樣，如圖3.4所示。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。</p><p>　　圖3.4 光敏三極管的伏安特性</p><p>　?、酃怆娞匦?在光敏電阻兩極間

69、電壓固定不變時(shí)，光照度與亮電流間的關(guān)系稱為光電特性，光敏電阻的光電特性呈非線性，如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5某型號(hào)光敏電阻的光電特性</p><p>　?。╝）光照/電阻特性 （b）光照/電流特性</p><p><b>　?、軠囟忍匦?lt;/b></p><p>　　溫度特性 溫度↑，暗電阻和靈敏度↓&

70、lt;/p><p><b>　?、蓊l率特性</b></p><p>　　光敏晶體管受調(diào)制光照射時(shí)，相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個(gè)數(shù)量級(jí)。 </p><p>　　光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。此外，光電傳感器的體積很小，而敏

71、感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光電傳感器在價(jià)錢方面可以同用其他技術(shù)制造的傳感器競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　3.2溫度傳感器的設(shè)計(jì)</p><p>　　光電式傳感器來對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點(diǎn)。</p><p>　　由上節(jié)了解到了光電式傳感器,光電式溫度傳感器是利用導(dǎo)光

72、管為感溫器件，能使所接受的信息比較真實(shí)地輻射出來。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過導(dǎo)光管進(jìn)入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過LED的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)警。由于有導(dǎo)光管保護(hù)而不受光路污染，從而達(dá)到高精度、高靈敏度。正常的爐膛內(nèi)的溫度能夠確保鍋爐安全的使用,鍋爐的設(shè)計(jì)工作溫度一般低于90°C，工作壓力小于0.7bar(絕對(duì)壓力)，屬真空容器，在正常運(yùn)行時(shí)絕無(wú)汽

73、爆的可能，本設(shè)計(jì)選用的是高靈敏度的溫度傳感器:光電溫度傳感器,與鍋爐控制器相連，當(dāng)熱媒水溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，燃油、燃?xì)忮仩t的燃燒裝置就自動(dòng)停止一切輸出，燃煤鍋爐就會(huì)報(bào)警提醒操作人員，限制鍋爐的燃燒強(qiáng)度。</p><p>　　我采用的器件是光電耦合器件,它是利用發(fā)光元件與光敏元件封裝為一體而構(gòu)成電-光-電轉(zhuǎn)換的器件,加到發(fā)光器件上的電信號(hào)為耦合器的輸入信號(hào),接收器件的輸出信號(hào)為耦合器的輸出信號(hào)。當(dāng)有信號(hào)電壓加到光電

74、耦合器的輸入端時(shí),放光器放光,光敏器受光照而產(chǎn)生光電流,使出端產(chǎn)生相應(yīng)的的電信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)了電-光-電的傳輸和轉(zhuǎn)換。</p><p>　　光電耦合器采用密封管殼,不受外界光的干擾,具有其穩(wěn)定性,同時(shí)器件利用光作為信號(hào)傳輸介質(zhì),輸入端和輸出端之間在電氣上是完全絕緣的。抗電磁干擾能力也很強(qiáng),諸多優(yōu)點(diǎn)讓我選擇它作為鍋爐爐膛內(nèi)的溫度檢測(cè)元件,下圖為光電耦合器傳輸隔離示意圖:</p><p>　　圖

75、3.6 傳輸隔離電路圖</p><p>　　3.3 壓電式傳感器的設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)鍋爐壓力進(jìn)行測(cè)量,采用的是壓電式傳感器來對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè), 可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。</p><p>　　3.3.1 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取</p><p>　　壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng)。</p><p&

76、gt;　　對(duì)于壓電陶瓷，通常取它的極化方向?yàn)閆軸。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時(shí)，則在垂直于Z軸的表面上將會(huì)出現(xiàn)電荷，其電荷量q與作用力F成正比，即</p><p>　　q=dzzF </p><p>　　式中，dzz為縱向壓電系數(shù)。 </p><p>　　式中，AX為極化面面積；AY為受力面面積。</p&

77、gt;<p>　　壓電陶瓷在受到如圖2-14所示的作用力F時(shí)，在垂直于Z軸的上下平面上分別出正、負(fù)電荷，即</p><p>　　a b </p><p>　　圖3.7 壓電陶瓷的壓電原理</p><p>　　3.3.2 壓電式傳感器的測(cè)量電路</p><p><b

78、>　?、俚刃щ娐?</b></p><p>　　壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。其電容量為</p><p>　　式中，ε0為真空介電常數(shù)：ε為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)；h為壓電元件的厚度；A為壓電元件極板面積。</p><p>　　可以把壓電式傳感器等效成一個(gè)與電容相并聯(lián)的電荷源，如圖3.8所示</

79、p><p>　　圖3.8 壓電式傳感器并聯(lián)電荷源</p><p>　　壓電傳感器與測(cè)量?jī)x表聯(lián)接時(shí)，還必須考慮電纜電容CC，放大器的輸入電阻Ri和輸入電容Ci以及傳感器的泄漏電阻Ra。圖3.9畫出了壓電傳感器完整的等效電路 </p><p>　　圖3.9 壓電傳感器的等效電路</p><p><b>　?、?/p>

80、基本測(cè)量電路 </b></p><p>　　壓電傳感器的測(cè)量電路要求前級(jí)輸入端需要有足夠高的阻抗要。前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。采用的是電荷放大電路。電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。圖3.10是電荷放大器連接的等效電路。</p><p>　　圖3.10 電荷放大器等效電路</p&g

81、t;<p>　　如果忽略電阻Ra、Ri及Rf的影響，則輸入到放大器的電荷量為</p><p>　　式中，A為開環(huán)放大系數(shù)。所以有 </p><p>　　故放大器的輸出電壓為</p><p>　　當(dāng)A>>1，而(1+A)Cf>>時(shí)，放大器輸出電壓可以表示為</p><p>　　由式中可以看出，由于引入了電容

82、負(fù)反饋，電荷放大器的輸出電壓只與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反饋電容有關(guān)。電荷放大器的靈敏度為</p><p>　　放大器的輸出靈敏度是采用切換運(yùn)算放大器負(fù)反饋電容Cf的辦法來調(diào)節(jié)靈敏度的。Cf越小則放大器的靈敏度越高。</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　下圖為軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖4-1 軟件設(shè)計(jì)

83、流程圖</p><p>　　該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是水泵開關(guān)的控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，通過控制水泵的開關(guān)來控制鍋爐水位的增減，由傳感器的測(cè)量反饋來進(jìn)行控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)。因此軟件程序較簡(jiǎn)單，整個(gè)軟件部分分為以下幾個(gè)部分。</p><p><b>　　4.1單片機(jī)源程序</b></p><

84、;p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0003h</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 000bh</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　

85、　ORG 0013h</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 001bh</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0023H </p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　

86、ORG 0030H</p><p>　　MAIN： CLR p3.6</p><p>　　MOV p0，#0ffh</p><p>　　ACALL QL；</p><p>　　MOV 3BH，#95</p><p>　　MAIN1：MOV 3bh，#95</p>

87、;<p>　　ACALL SHUICPM ；水位檢測(cè)子程序</p><p>　　ACALL BAOJING ；報(bào)警子程序</p><p>　　ACALL DELAY2</p><p>　　AJMP MAIN1;;;; </p><p>　　BBB1: MOV A，37H</p&

88、gt;<p>　　ADD A，#10</p><p>　　CLR C</p><p>　　SUBB A，3BH</p><p>　　JNC OK2；</p><p>　　CLR P2.1；</p><p>　　MOV A，37H</p>

89、<p>　　ADD A，#20</p><p>　　CLR C</p><p>　　SUBB A，3BH</p><p>　　JNC OK2</p><p>　　CLR P2.1；</p><p>　　SETB 20H.0</p>&l

90、t;p><b>　　RET</b></p><p>　　ok2: CLR 20H.0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.2 水位檢測(cè)主程序</p><p>　　這是程序運(yùn)行的主要程序段，主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)ADC0809轉(zhuǎn)換器，并從A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)

91、，</p><p>　　SHUICPM:MOV A，P1</p><p>　　ANL A，#0FH</p><p>　　MOV 30H，#0FH ；00001111</p><p>　　CJNE A，30H，AAA1</p><p>　　SETB P2.0</p&g

92、t;<p>　　SETB 20H.1；set b水位狀態(tài)標(biāo)志位</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA1: MOV 30H，#0EH；00001110</p><p>　　CJNE A，30H，AAA2</p><p>　　SETB P2.0</

93、p><p>　　CLR 20H.1</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA2: MOV 30H，#0CH；00001100</p><p>　　CJNE A，30H，AAA3</p><p>　　CLR 20H.1</p>&l

94、t;p>　　CLR p2.0</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA3: MOV 30H，#08H ；00001000</p><p>　　CJNE A，30H，AAA4</p><p>　　CLR P2.0</p><p>　

95、　CLR 20H.1</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA4: MOV 30H，#00H ；00000000</p><p>　　CJNE A，30H，AAA5</p><p>　　Set b P2.0</p><p>　　SET

96、B 20H.1</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA5: SETB 20H.2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　OUT2: CLR 20H.2</p><p><b>　　RE

97、T</b></p><p>　　BAOJING: JB 20H.3，OUT6</p><p>　　MOV A，20H</p><p>　　MOV 30H，#00H</p><p>　　CJNE A，30H，OUT5</p><p>　　AJMP OUT6</

98、p><p>　　OUT5: SETB P3.6</p><p>　　JB 20H.4，OUT9</p><p>　　SETB P0.1</p><p>　　OUT10: JB 20H.2，OUT11</p><p>　　SETB P0.2</p><p&

99、gt;　　OUT12: JB 20H.1，OUT13</p><p>　　SETB P0.3</p><p>　　OUT14: JB 20H.0，OUT15</p><p>　　SETB P0.4</p><p>　　OUT16: RET</p><p>　　OUT6:

100、 CLR P3.6</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　OUT9: CLR P0.1</p><p>　　AJMP OUT10 </p><p>　　OUT11: CLR P0.2</p><p>　　AJMP OUT12 <

101、;/p><p>　　OUT13: CLR P0.3</p><p>　　AJMP OUT14 </p><p>　　OUT15: CLR P0.4</p><p>　　AJMP OUT16 </p><p>　　4.3 水位檢測(cè)子程序</p><p>　　SHUICPM:M

102、OV A，P1</p><p>　　ANL A，#0FH</p><p>　　MOV 30H，#0FH；00001111</p><p>　　CJNE A，30H，AAA1</p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　SETB 2

103、0H.1；set b水位狀態(tài)標(biāo)志位</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA1: MOV 30H，#0EH；00001110</p><p>　　CJNE A，30H，AAA2</p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　CLR

104、 20H.1</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA2: MOV 30H，#0CH ;00001100</p><p>　　CJNE A，30H，AAA3</p><p>　　CLR 20H.1</p><p>　　CLR p2

105、.0</p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA3: MOV 30H,#08H ;00001000</p><p>　　CJNE A，30H，AAA4</p><p>　　CLR P2.0</p><p>　　CLR 20H.1<

106、/p><p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA4: MOV 30H，#00H ;00000000</p><p>　　CJNE A，30H，AAA5</p><p>　　Set b P2.0</p><p>　　SETB 20H.1</p>

107、<p>　　AJMP OUT2</p><p>　　AAA5: SETB 20H.2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　OUT2: CLR 20H.2</p><p><b>　　RET</b></p>&l

108、t;p>　　BAOJING: JB 20H.3，OUT6</p><p>　　MOV A，20H</p><p>　　MOV 30H，#00H</p><p>　　CJNE A，30H，OUT5</p><p>　　AJMP OUT6</p><p>　　OUT5:

109、 SETB P3.6</p><p>　　JB 20H.4，OUT9</p><p>　　SETB P0.1</p><p>　　OUT10: JB 20H.2，OUT11</p><p>　　SETB P0.2</p><p>　　OUT12: JB 20H.1

110、，OUT13</p><p>　　SETB P0.3</p><p>　　OUT14: JB 20H.0，OUT15</p><p>　　SETB P0.4</p><p>　　OUT16: RET</p><p>　　OUT6: CLR P3.6</p><p&g

111、t;<b>　　RET </b></p><p>　　OUT9: CLR P0.1</p><p>　　AJMP OUT10 </p><p>　　OUT11: CLR P0.2</p><p>　　AJMP OUT12 </p><p>　　OUT13: CLR

112、 P0.3</p><p>　　AJMP OUT14 </p><p>　　OUT15: CLR P0.4</p><p>　　AJMP OUT16 </p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要介紹了鍋爐的液位檢測(cè)控制，還介紹了對(duì)溫度和壓力的檢測(cè)控制，

113、介紹了8051單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來對(duì)液位、溫度和壓力的信號(hào)采集，利用LED來進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示,本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,系統(tǒng)精度較高，具有良好的人機(jī)交互功能,并設(shè)有液位報(bào)警、高壓、低壓和閥門失靈等故障報(bào)警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)控制液位并實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)溫度和水位的報(bào)警。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。<

114、/p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用傳感器來實(shí)現(xiàn)鍋爐的控制，測(cè)量準(zhǔn)確性較高且安裝簡(jiǎn)便，具有較高的性價(jià)比。而且利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)鍋爐實(shí)行自動(dòng)控制對(duì)工業(yè)發(fā)展具有重大意義。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在能夠?qū)崟r(shí)的控制鍋爐的正常運(yùn)行，能夠降低工業(yè)原料的損耗能夠科學(xué)的配比來實(shí)現(xiàn)鍋爐的水位控制。而且還大大的降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高工作環(huán)境的安全性。從而提高生產(chǎn)過程的安全和高效。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)鍋爐水位的自動(dòng)控制技術(shù)必將得到更加