摘要：文章主要設(shè)計(jì)了一種鍋爐液位控制器,，它以8051作為單片機(jī),。通過(guò)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(jì)方法，實(shí)現(xiàn)具有液位檢測(cè)報(bào)警和控制的雙重功能,，同時(shí)也具有報(bào)警和顯示控制的功能,，并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。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(jì)中主要有水位檢測(cè),、溫度檢測(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(lái)實(shí)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(guó)燃燒鍋爐的數(shù)量眾多,，現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái),，每年耗煤量占我國(guó)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(fèi)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(lái)新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。它是微型計(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,，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(duì)象和過(guò)程的非線性、時(shí)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(duì)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(wú)法滿足控制精度，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差,。更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制,，并利用單片機(jī)及其外圍芯片實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 核心芯片8051單片機(jī)
    整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片,，控制信號(hào)采集,、處理、輸出三個(gè)過(guò)程,。這種芯片內(nèi)置4kEPROM,，因?yàn)橄到y(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(jiǎn)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(chǎng)調(diào)試和維護(hù),，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。
    本設(shè)計(jì)采用MCS-8051單片機(jī)來(lái)控制系統(tǒng)報(bào)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(gè)引腳中，正電源和地線兩根,，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根,，4組8位共32個(gè)I／O口，中斷口線與P3口線復(fù)用,。
1．2 模擬信號(hào)的采集和處理
    為了實(shí)現(xiàn)鍋爐在爐內(nèi)液位過(guò)高或低液位時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警,，本系統(tǒng)決定采用傳感器來(lái)采集爐內(nèi)壓力，傳感器輸出的模擬信號(hào)均接放大器輸入端,，經(jīng)過(guò)放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),，然后把數(shù)字信號(hào)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(kāi)關(guān)CD4511將輸入擴(kuò)展成十五路,。ADC0809內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，故用8051的ALE為其提供時(shí)鐘脈沖信號(hào),。0809要求的時(shí)鐘脈沖頻率不能超過(guò)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(hào)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(jiàn)的ADC0809。ADC0809是8位逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器,。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān),、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成,。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道,，允許8路模擬量分時(shí)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(shí)，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(kāi)關(guān)以及與微型計(jì)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(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器,，一個(gè)帶有模擬開(kāi)關(guān)樹(shù)組的256電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器,。8路的模擬開(kāi)關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制,，可以在8個(gè)通道中任意訪問(wèn)一個(gè)通道的模擬信號(hào)。由于多路開(kāi)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(jì)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(hào)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(shí)可選擇中斷、查詢和延時(shí)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(shí)先經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),，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(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路,。壓力傳感器是美國(guó)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(bǔ)償功能,。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。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(yùn)行,，必須對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè)和控制，當(dāng)被測(cè)壓力達(dá)到極限值需報(bào)警的,，則應(yīng)選用附帶報(bào)警裝置的各類壓力計(jì),。
1．5 液位顯示電路
    液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)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(hào)是LDS18820。在這里使用到了74LS373,，它是一個(gè)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(dòng)器件,，由于單獨(dú)使用CD4511七段譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器來(lái)完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖,。

2 軟件設(shè)計(jì)
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(gè)，根據(jù)需要分別定義各鍵,，0～9號(hào)為數(shù)字鍵,，10～15號(hào)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(jì)內(nèi)容：
    (1)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時(shí),，采用查詢EOC的標(biāo)志信號(hào)開(kāi)檢測(cè)A／D轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過(guò)P0口讀入，經(jīng)過(guò)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)換的正確脈沖信號(hào)。
   
   

3 總結(jié)
    采用MCS-8051單片機(jī)設(shè)計(jì)出的工業(yè)鍋爐控制器,，能夠針對(duì)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(yùn)行穩(wěn)定,、控制品質(zhì)良好,、控制效果明顯改善；同時(shí)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(yùn)行,。工業(yè)鍋爐控制器充分利用了單片機(jī)的特點(diǎn)，較好地解決了高性能與低成本之間的矛盾,?？刂蒲b置具有成本低、抗干擾能力強(qiáng),、控制性能好等優(yōu)點(diǎn),，且系統(tǒng)硬、軟件維護(hù)簡(jiǎn)單方便,，尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng),，具有良好的應(yīng)用前景。