摘要：文章主要設(shè)計了一種鍋爐液位控制器,，它以8051作為單片機(jī),。通過8051單片機(jī),、液位傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法,，實現(xiàn)具有液位檢測報警和控制的雙重功能，同時也具有報警和顯示控制的功能,，并對液位和壓力值進(jìn)行顯示,。本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的水暖鍋爐控制系統(tǒng)，在設(shè)計中主要有水位檢測,、溫度檢測,、按鍵控制、水位控制,、顯示部分,、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)供暖控制。
關(guān)鍵詞：鍋爐液位控制,；單片機(jī),；壓力傳感器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0 引言
    目前我國燃燒鍋爐的數(shù)量眾多,，現(xiàn)有中,、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的四分之一,，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高,、浪費大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài),。鍋爐微機(jī)控制,，是近年來新開發(fā)的一項新技術(shù)。它是微型計算機(jī)軟件,、硬件,、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,。由于被控對象和過程的非線性,、時變性，多參數(shù)間的強(qiáng)耦合,、隨機(jī)干擾等因素,，使得建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型變得很困難。在這些復(fù)雜的系統(tǒng)面前,，傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度,，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。更好地對鍋爐進(jìn)行自動化控制,，并利用單片機(jī)及其外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可能,。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1．1 核心芯片8051單片機(jī)
    整個系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號采集,、處理,、輸出三個過程。這種芯片內(nèi)置4kEPROM,，因為系統(tǒng)要求控制線較多,，如果采用8031外置EPROM程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠,；而8051卻可以利用P0,、P2口作控制總線，大大簡化硬件結(jié)構(gòu),，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入,、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù),，使整個系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高,。
    本設(shè)計采用MCS-8051單片機(jī)來控制系統(tǒng)報警。MCS-51系列單片機(jī)中的8051采用40Pin封裝的雙列直插結(jié)構(gòu),。其40個引腳中,，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根,，4組8位共32個I／O口,，中斷口線與P3口線復(fù)用。
1．2 模擬信號的采集和處理
    為了實現(xiàn)鍋爐在爐內(nèi)液位過高或低液位時發(fā)出聲光報警,，本系統(tǒng)決定采用傳感器來采集爐內(nèi)壓力,，傳感器輸出的模擬信號均接放大器輸入端，經(jīng)過放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,，然后把數(shù)字信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理,。
    所用ADC是0809,。該芯片使用逐次逼近法能換開關(guān)CD4511將輸入擴(kuò)展成十五路。ADC0809內(nèi)部沒有時鐘電路,，故用8051的ALE為其提供時鐘脈沖信號,。0809要求的時鐘脈沖頻率不能超過640kHz(否則轉(zhuǎn)換精度下降，甚至不能工作),，所以又接一74LS74將8051ALE的1MHz輸出二分頻成500kHz再送入0809,。ADC0809的選通信號Y2由74LS138將8051的P2．5至P2．7輸出譯碼提供。
1．3 A／D轉(zhuǎn)換器
    我們采用常見的ADC0809,。ADC0809是8位逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器,。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器,、一個A／D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道,，允許8路模擬量分時輸入,，共用A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A／D
轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,，當(dāng)OE端為高電平時,，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。
    ADC0809是帶有8位A／D轉(zhuǎn)換器,、8位多路開關(guān)以及與微型計算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件,，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。在A／D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個高阻抗斬波穩(wěn)定比較器,，一個帶有模擬開關(guān)樹組的256電阻分壓器,，以及一個逐次逼近型寄存器。8路的模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制,，可以在8個通道中任意訪問一個通道的模擬信號,。由于多路開關(guān)的地址輸入部分能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且三態(tài)TTL輸出也可以鎖存,，所以它易于與微型計算機(jī)接口,。
    A／D轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字量,。該控制器采用CMOS工藝制造的逐次逼近式8位A／D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809,。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待3種方式編制A／D轉(zhuǎn)換程序,。A／D轉(zhuǎn)換部分在接線時先經(jīng)過運算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,，然后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器。
1．4 傳感器
    傳感器使用SY-9411L-D型變送器,，它內(nèi)部含有1個壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路,。壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的555-2型OEM壓阻式壓力傳感器，具有全溫度補償功能。傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,。壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運行,，必須對壓力進(jìn)行檢測和控制,，當(dāng)被測壓力達(dá)到極限值需報警的，則應(yīng)選用附帶報警裝置的各類壓力計,。
1．5 液位顯示電路
    液位顯示采用數(shù)碼管動態(tài)顯示,，范圍從0～999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接,，型號是LDS18820,。在這里使用到了74LS373，它是一個8位的D觸發(fā)器,，在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用,，可以作地址數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動器件,，由于單獨使用CD4511七段譯碼驅(qū)動顯示器來完成數(shù)碼管的驅(qū)動顯示,，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖。

2 軟件設(shè)計
2．1 鍵盤程序
    由于鍵盤采用的是4×4結(jié)構(gòu),，因此可使用的鍵有16個,，根據(jù)需要分別定義各鍵，0～9號為數(shù)字鍵,，10～15號分別是確定鍵,、修改鍵、移位鍵,、加／減鍵,、取消鍵和復(fù)位鍵。程序如下：
   
2．2 A／D轉(zhuǎn)換子程序
    程序設(shè)計內(nèi)容：
    (1)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時,，采用查詢EOC的標(biāo)志信號開檢測A／D轉(zhuǎn)換是否完畢,，若完畢則把數(shù)據(jù)通過P0口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示,。
    (2)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換之前,，要啟動轉(zhuǎn)換的方法：ABC=110選擇第三通道；ST=0,，ST=1,，ST=0產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)換的正確脈沖信號。
   
   

3 總結(jié)
    采用MCS-8051單片機(jī)設(shè)計出的工業(yè)鍋爐控制器,，能夠針對水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進(jìn)行控制,，單片機(jī)運行穩(wěn)定,、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善,；同時大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,，保證了工業(yè)鍋爐的穩(wěn)定運行。工業(yè)鍋爐控制器充分利用了單片機(jī)的特點,，較好地解決了高性能與低成本之間的矛盾,。控制裝置具有成本低,、抗干擾能力強(qiáng),、控制性能好等優(yōu)點，且系統(tǒng)硬,、軟件維護(hù)簡單方便,，尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場，具有良好的應(yīng)用前景,。