锅炉液位控制系统的设计

（6）5个中断源，2个中断优先级；
（7）全双工串行接口。
2.8051系列单片机的内部结构
8051系列的内部结构可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。
并行口：P0，P1，P2，P3；
中断口：IE，IP；
定时器/计数器：TMOD，TCON，T0，T1（分别由两个8位寄存器TL0和THO，TL1和TH1组成）；
为此，设计了一种数字式锅炉液位控制系统,该系统采用干簧管阵列作为传感器，利用单片机循环检测其输出状态，从而控制锅炉液位达到用户预先设定的高度。当水位超过最高水位或低于最低水位时,系统报警，同时控制停炉。
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1.1系统结构及测量原理
用单片机实现的锅炉液位测量是基于干簧管和浮子,该浮子(即磁钢浮子)是一种特制的不锈钢圆筒,圆筒内附有磁铁，像原来浮子测量液位一样,是通过水位计与锅筒汽水连管结合处的专用连接三通,将锅炉汽水引至传感器外套筒内,使磁钢浮子在套筒内与锅炉水位同步升降,浮子的磁场力作用在套筒外的磁控开关阵上，当液位高时,浮子上移,与浮子磁铁对应处的干簧管吸合,其他的干簧管则处于断开状态,ＣＰＵ循环检测干簧管阵列中某一个或几个干簧管触点闭合状态来表示浮子位置，即液面位置,从而控制液位高度，其测量原理如图3-2所示。
图3-2 锅炉液位测量原理
锅炉允许液位波动范围小于20cm,要求传感器测量精度为1cm,在安全与非安全界限处要求传感器的测量精度为0.5cm.所以设计传感器时,使最高安全液位界限处的干簧管与上、下相邻的干簧管中心距为0.5cm;使最低安全液位界限处的干簧管与上、下相邻的干簧管中心距为0.5cm.根据以上要求需要22个干簧管，液位值为-75cm处表示最低安全界限,那么表示液位值为-70cm和-80cm的干簧管与表示液位值为-75cm的干簧管中心距为0.5cm;同理,表示液位值为75cm处表示最高安全界限,那么表示液位值为70cm和80cm的干簧管与表示液位值为75的干簧管中心距为0.5cm.其余的干簧管间距1cm.
1.2系统测量特点
一般的检测方法是采用电阻分压方式，其输出电压Vo是第i个闭合干簧管的分压值。这种测量方法需精确稳定的电源Ve和分压电阻R，通过适当的变换电路(V/I)，可获得4~20mA标准电流输出。但是，如果多个干簧管同时接通，就会影响其分压电阻比，产生较大的测量误差。若在测量中产生一个或多个干簧管永久性导通(干簧管失效)，则测量无法正常进行。
2数字式锅炉液位控制系统
2．1控制Hale Waihona Puke Baidu统
系统由数据采集、显示报警、电机驱动、键盘输入几个模块组成。结构如图3-1所示。该系统采用传感器（干簧管阵列）测量锅炉液位值，由单片机循环检测干簧管阵列中某一个或几个干簧管触点闭合状态来表示浮子位置，即液面位置,从而控制液位高度，然后分别在LED上显示；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、低水位报警，同时关闭加热用的鼓风机。
关键词;锅炉液位；单片机；传感器；干簧管；报警
0引言
锅炉的液位监控是锅炉运行过程中的一个重要环节。在锅炉运行中，要同时控制锅炉的液位、流量按一定规律变化，才能保证锅炉的正常运行。
目前常用的液位传感器有：旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、非接触式超声波传感器、压力式传感器、磁浮子接点式传感器(连续式和液位开关式)等。其分辨率从毫米级到厘米级不等，测量范围从几十厘米到几十米。除磁浮子接点式传感器外，其余传感器均比较适合测量范较宽的应用场合。一般压力式和超声波传感器均带有变送部分，即将液位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种，光电式又分为绝对型和增量型。除智能型一体化传感器外(压力式或超声波)，其他传感器一般没有就地显示和数字通信功能，控制和使用都很不方便。
图3-1 系统硬件原理图
2．2控制核心—
1．8051是MCS51系列单片机的一个产品。MCS51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机，其结构特点如下：
（1）8位CPU；
（2）片内震荡及时钟电路；
（3）32根I/O线；
（4）外部存储器寻址范围ROM、RAM各64K；
（5）2个16位的定时器/计数器；
数字式锅炉液位的测量机理与原模拟系统相似,其差别是用微处理器来读取干簧管的工作状态,与浮子正对的干簧管吸合,则CPU读取该位的数据为“0 ”,否则为“1”，不同的液位必对应不同的干簧管状态,那么,微处理器读到的数据也不同，由软件对数据进行一系列处理,最后,取得表征液位的编码,通过微处理器的串口与上位机相连,这样就达到了数字化的要求，由于每一个干簧管与CPU的P1,P2,P0端口相连,每一个端口对应一段液位,测量液位就是读取P1,P2,P0口的数据[1],将这些数据组合表征了液位的高低。
串行口：SCON，SBUF，PCON。
3．其引脚功能说明如下：
Vcc:+5V电源线。
VSS:接地线。
XTAL1和XTAL2:片内振荡电路输入线。这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。即用来连接8051片内OSC的定时反馈回路，石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的。
锅炉液位控制系统的设计
摘要：设计了一种数字式锅炉液位控制系统，并给出了硬件原理图和软件流程图。该控制系统主要由8051单片机、传感器、LED显示、声光报警、电机驱动、键盘输入等相关硬件来实现,利用传感器(干簧管阵列)监测锅炉液位、ＣＰＵ循环检测传感器的输出状态,并用光柱和数码管LED指示液位高度。当液位达到设定值时，系统自动关闭水泵停止上水。当水位处于危险高水位和危险低水位时，单片机发出信号，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。同时，和它并联的发光二极管发光，提醒工作人员采取相应措施，进而避免危险事故发生。该系统结构简单，性能可靠、具有很好的容错能力,简化了系统安装和维护，具有较高的性价比,能很好地完成锅炉液位控制的要求。