基于DSP的取暖鍋爐流量溫度的在線檢測

1、目錄第1章 緒 論11.1 問題的提出及研究的目的和意義11.2 國內外發(fā)展現狀和趨勢2第2章 課題的總體介紹與研究方案42.1 系統(tǒng)的方案和技術指標42.1.1方案及實施計劃42.1.2主要的技術指標及水平42.2 鍋爐的整體系統(tǒng)介紹42.2.1鍋爐的原理介紹42.2.2 鍋爐的工作82.2.3 鍋爐的結構9第3章 測量理論原理113.1火焰溫度場理論113.2 相關流量測量原理12第4章 控制系統(tǒng)的硬件設計144.1 DSP時鐘電路設計144.1.1晶振電路設計144.1.2 DSP分頻電路設計154.2 DSP仿真接口154.3 系統(tǒng)的供電設計164.4 A/D采集電路設計174.5復位

2、電路以及電源指示燈電路設計184.6 DSP中的上拉電路194.7液晶接口電路設計194.8點平轉換電路設計204.9 通信電路設計224.10流量信號放大電路224.11溫度采集電路23第5章 系統(tǒng)軟件設計245.1 CCS3.1的使用245.2 系統(tǒng)的框圖265.3 DSP5409芯片介紹275.4 TMS320C54x DSP簡介285.5 TMS320C54x DSP的主要特征285.6 A/D采集程序31第6章 總結與展望326.1 全文總結326.2 展望32致謝33參考文獻34第1章 緒 論1.1 問題的提出及研究的目的和意義在火焰監(jiān)視系統(tǒng)中,對火焰圖像檢測處理均要求有較高的實時

3、性.目前系統(tǒng)的硬件一般采用圖像采集卡加計算機的結構,其實時性和并行性都無法得到保證。本文設計了一套基于DSP與PCI總線的嵌入式圖像火焰溫度場測量和燃燒診斷系統(tǒng),用硬件來實現一部分PC的功能,把軟件算法嵌入到DSP中實現,充分利用DSP的高速度和并行性,不僅使數據處理能力和系統(tǒng)的實時性得到大幅的提升,而且還減輕了PC的負擔,同時也增強了系統(tǒng)的可靠性。針對電站鍋爐溫度場測量及燃燒診斷中存在的問題,設計了一套基于PCI總線和DSP嵌入式火焰圖像處理系統(tǒng),給出了DSP接口的電路以及程序設計的方法.經過200MW機組試驗表明,系統(tǒng)實現了高速連續(xù)的視頻采集及處理,其溫度場測量相對誤差5%,滿足了焰監(jiān)測和

4、燃燒診斷的實時性以及系統(tǒng)對測量精度的要求相關流量測量技術是以隨機過程的相關理論為基礎的一種流動參數檢測技術。它在解決兩相(氣/液、氣/固和液/固等)流體以及多相多組份)流體的流動參數測量問題上具有巨大的力。相關流量測量技術的發(fā)展已有二十余年的時間了,但距工業(yè)生產中的大范圍應用仍有一定的距離。在相關測量機理、傳感器及相關器的設計等方面仍有一些問題需要解決。DSP應用產品獲得成功的一個標志就是進入產業(yè)化。在以往的二十年中，這一進程在不斷重復進行，只是周期在不斷縮小。在數字信息時代，更多的新技術和新產品需要快速地推上市場，因此，DSP的產業(yè)化進程還是需要加速進行。 問題補充：DSP的產業(yè)價值體系可分

5、為以下幾個層面: 作為DSP產品最核心的，或是最底層的當然是器件，芯片制造商應當提供完整的文檔資料，技術支持，并提供價格和貨期支持。但對于DSP系統(tǒng)開發(fā)，這顯然是不夠的，因為最終產品開發(fā)必然與系統(tǒng)集成緊密相關是最高層。那么，這其中的幾個層面是如何劃分的呢？在DSP器件之上是開發(fā)和演示系統(tǒng)，其中包括參考設計和一些定制化的設計，一般由TI和第三方合作伙伴提供；在此之上就是標準應用算法，TI和第三方合作伙伴可部分提供，而客戶將介入，并存在目標代碼或源代碼的授權問題。然后就是操作系統(tǒng)、設備驅動和協(xié)議棧層，需要開發(fā)授權；由此，可以上升到系統(tǒng)應用層面，已驗證系統(tǒng)概念演示。至此，產品開發(fā)底層工作已經就緒，客

6、戶和其OEM廠商可進行最后的產品化工作。相關流量測量技術是以隨機過程的相關理論為基礎的一種流動參數檢測技術。它在解決兩相(氣/液、氣/固和液/固等)流體以及多相(多組份)流體的流動參數測量問題上具有巨大的潛力。相關流量測量技術的發(fā)展已有二十余年的時間了,但距工業(yè)生產中的大范圍應用有一定的距離。在相關測量機理、傳感器及相關器的設計等方面仍有一些問題需要解決。以往的相關器的設計多是基于時域的計算方法,為了簡化計算,一般采用極性相關,即將信號進行1bit量化后進行相關運算,為了減小量化帶來的誤差,一般需要較長的積分時間,而且在量化的同時也丟失了流動信號中包含的與流動狀態(tài)有關的信息。近年來隨著微電子學

7、、數字信號處理、計算技術的發(fā)展,數字信號處理器(DSP)獲得了飛速的發(fā)展。它可將數字信號處理的理論與算法實時地實現。因而獲得了廣泛的應用。正是由于DSP及快速傅立葉變換等信號處理的快速算法的發(fā)展,使得在頻域進行相關運算成為可能。同時將流動信號變換到頻域并利用各種信號分析方法可能會得到一些與流動狀態(tài)有關的信息,從而可進一步改進與完善相關測量技術。因而頻域內的相關方法的研究具有極大的潛在價值。本文正是對此進行了初步的嘗試,并利用DSP構成了一個相關流量測量系統(tǒng),在頻域內將相關運算實時地實現。1.2 國內外發(fā)展現狀和趨勢進入九十年代，有多家公司躋身于DSP領域與TI進行市場競爭。TI首家提供可 定制

8、 DSP，稱作cDSP。cDSP 基于內核 DSP的設計可使DSP具有更高的系統(tǒng)集成 度，大加速了產品的上市時間。同時TI瞄準DSP電子市場上成長速度最快的領域，適時地提供各種面向未來發(fā)展的解決方案。到九十年代中期，這種可編程的DSP器件已廣泛應用于數據通信、海量存儲、語音處理、汽車電子、消費類音頻和視頻產品等等，其中最為輝煌的成就是在數字蜂窩電話中的成功。德州儀器通過不斷革新，推陳出新，DSP業(yè)務也一躍成為TI的最大的業(yè)務，并始終處于全球DSP市場的領導地位。雖然這個階段DSP每MIPS的價格已降到10美分到1美元的范圍，但DSP所帶動的市場規(guī)模巨大。 目標應用 工業(yè)儀器軍事 調制解調器硬盤

9、驅動器數字答錄機蜂窩電話等 多媒體網關數字相機智能電話數字廣播等 新一代手機流媒體設備數字電視機等等?？梢钥闯鲈诟鱾€時代，DSP性能隨集成度的增加而提高，而價格卻一直在下降。DSP突出的性能價格比趨勢似乎也在很好地演繹著Moore定律。從不斷擴大的目標應用來看，DSP在數字信息產品的市場地位越來越重要。八十年代前后，陸續(xù)有公司設計出適合于DSP處理技術的處理器，于是DSP開始成為一種高性能處理器的名稱。TI在1982年發(fā)表一款DSP處理器名為TMS32010，其出色的性能和特性倍受業(yè)界的關注，當然新興的DSP業(yè)務的確承擔著巨大的風險，究竟向哪里拓展是生死攸關的問題。當努力使DSP處理器每MIP

10、S成本也降到了適合于商用的低于$10美元范圍時，DSP不僅在在軍事，而且在工業(yè)和商業(yè)應用中不斷獲得成功。1991年TI推出的DSP批量單價首次低于$5美元而可與16 位 的微處理器相媲美，但所能提供的性能卻是其5至10倍。在經歷整整二十年的市場拓展之后，DSP所樹立的高速處理器地位不僅不可動搖，而且業(yè)已成為數字信息時代的核心引擎。與此同時，DSP的市場正在蓬勃發(fā)展。根據Forward Concepts 分析家的預測，今年全球DSP銷量將達到$82億美元，比去年增加約三分之一。而對于2004年和2005年的預測值，則分別是$108億元和$140億元，并預言未來幾年DSP都將以每年超過30%的速度

11、成長。根據CCID權威的分析，中國DSP市場今年可達到120億元人民幣，比去年增長約40%，未來的增長將可能超過全球的平均速度。對于DSP市場的高速增長，許多人充滿著濃厚的興趣。本文將結合DSP縱向的發(fā)歷程和橫向的拓展方向進行探討，以便探討DSP市場拓展的特點。 DSP商品化歷程。 第2章 課題的總體介紹與研究方案2.1 系統(tǒng)的方案和技術指標 2.1.1方案及實施計劃系統(tǒng)采用主從機結構及中斷方式工作,結合DSP的高速處理能力及頻域內的快速算法,從而保證了相關運算的實時性。實驗表明系統(tǒng)計算實際流動噪聲信號所得相關波形良好,例如對油水兩相流的流動信號作相關運算,在幾個典型的流量及含水值下,連續(xù)測量

12、的實時性也很好,從而表明頻域內的相關計算方法是可行的。以DSP為核心的實時圖像采集處理系統(tǒng)采用視頻解碼器SAA7111A和CPLD完成實時圖像采集,由6205進行實時圖像處理并獲得火焰特征參數,通過PCI總線完成與主機系統(tǒng)的通信任務,由主機實現燃燒診斷算法.這樣大大提高了火焰圖像檢測處理速度,提高了鍋爐燃燒監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性,為復雜的運算和判據的實現以及進一步的燃燒診斷與指導鍋爐運行提供了堅實的基礎.目前本系統(tǒng)已在國產200MW火電機組上投入試運行,效果良好。2.1.2主要的技術指標及水平針對電站鍋爐溫度場測量及燃燒診斷中存在的問題,設計了一套基于PCI總線和DSP的嵌入式火焰圖像處理系

13、統(tǒng),給出了與DSP接口的電路以及程序設計的方法.經過200MW機組的試驗表明,該系統(tǒng)實現了高速連續(xù)的視頻采集及處理,其溫度場測量相對誤差小于5%,滿足了火焰監(jiān)測和燃燒診斷的實時性以及系統(tǒng)對測量精度的要求。2.2 鍋爐的整體系統(tǒng)介紹2.2.1鍋爐的原理介紹1、什么是鍋爐 將其它熱能轉變成其它工質熱能，生產規(guī)定參數和品質的工質的設備稱為鍋爐。 鍋爐設備中，吸熱的部分稱為鍋，產生熱量的部分稱為爐。例如水冷壁、過熱器、省煤器等吸熱的部分可以看成是鍋；而爐膛、燃燒器、燃油泵，送、引風機可以看成是爐?，F代化的鍋爐不像一般家庭用的鍋和爐那樣分得清楚。例如空氣預熱器既是吸熱的部分，又是產生熱量的部分，既可以看

14、成是鍋的部分也可以看成是爐的部分。 2、鍋爐如何分類 鍋爐可按不同的方式分類： 按鍋爐燃用的燃料分類可分為：燃煤爐、燃油爐和燃氣爐。 按燃燒方式分類可分為：層燃爐、室燃爐和介于二者之間的沸騰（流化床）爐。 按鍋爐水循環(huán)方式分類可分為：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐和復合循環(huán)鍋爐。 按有無汽包分類可分為：汽包鍋爐和直流鍋爐。 按蒸汽壓力分類可分為：低壓鍋爐、中壓鍋爐、次高壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界壓力鍋爐和超臨界壓力鍋爐。 按管內通過的是水還是煙氣分類可分為：火管鍋爐、水管鍋爐和水火管組合式鍋爐。 按鍋爐的用途分為：生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐和熱水鍋爐。 3、什么是火管鍋爐 所謂火管鍋爐

15、就是燃料燃燒后產生的煙氣在火筒或煙管中流過，對火筒或煙管外水、汽或汽水混合物加熱。 4、什么是水管鍋爐 所謂水管鍋爐，就是水、汽或汽水混合物在管內流動，而火焰或煙氣在管外燃燒和流動的鍋爐。 5、什么是循環(huán)流化床鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐是在流化床鍋爐（又稱鼓泡床或沸騰床鍋爐）的基礎上改進和發(fā)展起來的一種新型鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐保留了流化床鍋爐的全部優(yōu)點，而避免和消除了流化床鍋爐存在的熱效率低、埋管受熱面磨損嚴重和脫硫劑石灰石利用不充分、消耗量大和難于大型化等缺點。 循環(huán)流化床鍋爐床料處于流化狀態(tài)與流化床鍋爐是相同的，前者與后者的主要區(qū)別是前者的流化速度較高，爐膛出口煙氣中物料的濃度很高，大量的物料被

16、爐膛出口的物料分離器分離后返送回爐膛，即有大量物料在爐膛和物料分離器之間循環(huán)。 鍋爐常用名詞解釋 6、蒸汽鍋爐 蒸汽鍋爐是用熱能加熱水（工質）產生蒸汽的設備。它由鍋和爐兩部分組成：鍋是鍋爐接受熱量，并把熱量傳給工質的受熱面系統(tǒng)；爐是指鍋爐中把燃料的化學能變?yōu)闊崮艿目臻g和煙氣流通的通道。通常用“噸/時”或“t/h”表示鍋爐的容量。用“Mpa”或“兆帕”（舊單位用“公斤力/厘米2”或“kgf/cm2”）表示鍋爐的額定壓力，用“”（攝氏度）表示額定壓力下飽和蒸汽的溫度和過熱蒸汽溫度。 7、熱水鍋爐 是指載熱工質為熱水的鍋爐。通常用“MW”（兆瓦），舊單位用“萬千瓦/時”或“萬大卡/時”，即“104k

17、cal/h”表示鍋爐的容量，用“Mpa”表示鍋爐的額定壓力，用“”表示熱水溫度。 熱水鍋爐主要用于北方采暖，分為高溫熱水鍋爐（熱水溫度為130或更高一些）和低溫熱水鍋爐（熱水溫度在95以下），過去多半采用低溫熱水鍋爐，今后要發(fā)展高溫熱水鍋爐，熱水鍋爐有自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種。我司臥式三回程鍋殼式熱水鍋爐為自然循環(huán)。 8、有機熱載體爐 是指載熱工質為高溫導熱油（也稱熱煤體、熱載體）的新型熱能轉換設備。通常也用“MW”（兆瓦）表示爐的容量，舊單位也用“萬千瓦/時”或“萬大卡/時”，即“104kcal/h”表示。有機熱載體爐（也稱導熱油爐）的優(yōu)勢在于“高溫低壓“、運行平穩(wěn)而被廣泛運用。有機熱載體爐有

18、液相、氣相之分。我司有機熱載體爐為液相。 9、鍋爐容量 是指蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、有機熱載體爐提供熱能的一種能力。容量大供熱的能力大、出力大；反之就小。如：容量為1t/h蒸汽鍋爐，即表示該鍋爐在1小時內可以將1噸的水變成一定壓力下飽和蒸汽的能力；如0.7 MW的熱水爐和有機熱載體爐表示可以在1小時內產生相當于0.7MW功率的熱量（相當于1噸蒸汽的熱量）。 10、鍋爐受熱面 通常是指接觸火焰或煙氣一側之金屬表面積（另一側接觸水或導熱油）。鍋爐的熱交換就是通過這樣的金屬表面積來進行的。一般用米2（m2）來計量的，受熱面積大，鍋爐容量就大，反之就小。 11、溫度 是標志著物體冷熱程度的狀態(tài)參數，一般用

19、“”（攝氏度）表示。英、美等國過去通用“”（華氏度），水沸點為100，轉換為華氏度為212。 12、鍋爐壓力 鍋爐行業(yè)通常所指的鍋爐壓力（壓強）即表示垂直于容器單位壁面積上的力，用“Mpa”表示，舊單位“公斤力/厘米2” （kgf/cm2）。 13、飽和蒸汽 鍋爐中的水在某一壓力下被燃料燃燒所放出的熱量加熱而發(fā)生沸騰，汽化變?yōu)檎羝?，這種處于沸騰狀態(tài)下的爐水溫度是飽和蒸汽；鍋內壓力高，飽和蒸汽溫度就高。如1.0 Mpa飽和蒸汽溫度184，1.25 Mpa飽和蒸汽溫度193。 14、過熱蒸汽 溫度高于對應壓力下的飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽的熱焓大，熵值高做功的能力大，與飽和蒸汽質量相同的

20、過熱蒸汽作為熱源用，可使被加熱的介質溫度升得高，送入汽輪發(fā)電機則可以發(fā)出較多的電力。 15、鍋爐熱效率 是指鍋爐或有機熱載體爐在熱交接過程中，被水、蒸汽或導熱油所吸收的熱量，占進入鍋爐的燃料完全燃燒所放出的熱量的百分數。 被鍋爐吸收的熱量（有效利用熱量） 燃料完全燃燒放出的熱量 鍋爐的種類及應用 將其它熱能轉變成其它工質熱能，生產規(guī)定參數和品質的工質的設備稱為鍋爐。燃燒設備以提供良好的燃燒條件，以求能把燃料的化學能最大限度地釋放出來并其轉化為熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所。鍋爐中產生的熱水或蒸汽可直接為生產

21、和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產中也有少量應用。產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。鍋爐的發(fā)展 鍋爐的發(fā)展分鍋和爐兩個方面。 18世紀上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機，包括瓦特的初期蒸汽機在內，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應，最早的蒸汽鍋爐是一個盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒

22、火。隨著鍋爐越做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝火筒，在火筒前端燒火，煙氣從火筒后面出來，通過磚砌的煙道排向煙囪并對鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。開始只裝一只火筒，稱為單火筒鍋爐或康尼許鍋爐，后來加到兩個火筒，稱為雙火筒鍋爐或蘭開夏鍋爐。1830年左右，在掌握了優(yōu)質鋼管的生產和脹管技術之后出現了火管鍋爐。一些火管裝在鍋殼中，構成鍋爐的主要受熱面，火(煙氣)在管內流過。在鍋殼的存水線以下裝上盡量多的火管，稱為臥式外燃回火管鍋爐。它的金屬耗量較低，但需要很大的砌體。19世紀中葉，出現了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到

23、鍋殼直徑的限制，有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。二十世紀初期，汽輪機開始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參數較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術的發(fā)展，出現了彎水管式鍋爐。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應用，以及鍋筒內部汽、水分離元件的改進，鍋筒數目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。 以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產生自然流動。在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐

24、的同時，從30年代開始應用直流鍋爐，40年代開始應用輔助循環(huán)鍋爐。輔助循環(huán)鍋爐又稱強制循環(huán)鍋爐，它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎上發(fā)展起來的。在下降管系統(tǒng)內加裝循環(huán)泵，以加強蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。直流鍋爐中沒有鍋筒，給水由給水泵送入省煤器，經水冷壁和過熱器等蒸發(fā)受熱面，變成過熱蒸汽送往汽輪機，各部分流動阻力全由給水泵來克服。第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因為當時發(fā)電機組要求高溫高壓和大容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不用鍋筒，可以采用小直徑管子作受熱面，可以比較自由地布置受熱面。隨著自動控制和水處理技術的進步，它們漸趨成熟。因此，不但要求發(fā)展各種爐型來適應不同燃料的燃燒特點，而且還

25、要提高燃燒效率以節(jié)約能源。此外，爐膛和燃燒設備的技術改進還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物(硫氧化物和氮氧化物) 早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排，多燃用優(yōu)質煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現后開始采用機械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應用。2.2.2 鍋爐的工作鍋爐參數是表示鍋爐性能的主要指標，包括鍋爐容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度等。鍋爐容量可用額定蒸發(fā)量或最大連續(xù)蒸發(fā)量來表示。額定蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度和效率下，單位時間內連續(xù)生產的蒸汽量。最大連續(xù)蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度下，單位時間內能最大連續(xù)生產的蒸汽量。蒸汽參數包括鍋爐的蒸汽壓力和溫度，通常是指過熱器、再熱

26、器出口處的過熱蒸汽壓力和溫度如沒有過熱器和再熱器，即指鍋爐出口處的飽和蒸汽壓力和溫度。給水溫度是指省煤器的進水溫度，無省煤器時即指鍋筒進水溫度。鍋爐可按照不同的方法進行分類。鍋爐按用途可分為工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、船用鍋爐和機車鍋爐等；按鍋爐出口壓力可分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力等鍋爐；鍋爐按水和煙氣的流動路徑可分為火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐，其中火筒鍋爐和火管鍋爐又合稱為鍋殼鍋爐；按循環(huán)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、輔助循環(huán)鍋爐(即強制循環(huán)鍋爐)、直流鍋爐和復合循環(huán)鍋爐；按燃燒方式，鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等。在水汽系統(tǒng)方面，給水在加熱器中加熱到一定溫度后，經給水管道進

27、入省煤器，進一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁管內吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經上升管到達鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器，繼續(xù)吸熱成為450的過熱蒸汽，然后送往汽輪機。在燃燒和煙風系統(tǒng)方面，送風機將空氣送入空氣預熱器加熱到一定溫度。在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉，由來自空氣預熱器的一部分熱空氣攜帶經燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器后，再經過除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風機送往煙囪排向大

28、氣。2.2.3 鍋爐的結構 鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉，并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內

29、燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐墻的內表面上常敷設水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經濟性和可靠性都可能降低。鍋筒是自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優(yōu)質厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。鍋筒內部裝置包括汽水分離和蒸汽清

30、洗裝置、給水分配管、排污和加藥設備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來，并盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風分離器進行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測和保護設施。 為了考核性能和改進設計，鍋爐常要經過熱平衡試驗。直接從有效利用能量來計算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來反算效率的方法叫反平衡?？紤]鍋爐房的實際效益時，不僅要看鍋爐熱效率，還要計及鍋爐輔機所消耗的能量。 第3章 測量理論原理3.1火焰溫度場理論1火焰溫度場理論火焰溫度

31、場的動態(tài)測量直接反映了燃燒工況組織是否合理,為判斷燃燒穩(wěn)定性和燃燒產物污生成量的重要依據.根據輻射測溫理論,這里采用色法1-2測溫.輻射測溫的基礎是普朗克定律,在燃燒火焰的波長范圍(400750 nm)內及溫度在3 000 K以下時,用維恩公式代替普朗克公式較好維恩公式M(,T)= C1(,T)-5exp-C2T. (1式中:M(,T)表示波長為輻射能;(,T)為輻射率;T為熱力學溫度;C1,C2分別為第一、第二輻射常數. C1=3.741 84410-16Wm2,C2=0014 388 33 mK.由于CCD獲取的彩色火焰圖像在計算機內是以像素為單位逐點存貯的,每一點存貯的信息量都包含了該點

32、的R,G,B三種與接收到的輻射能成正比的亮度值.在窄帶假設下,三色的亮度值可分別表示為:Re= k0780320M(,T)R()d= k0kRM(R,T),Ge= k0780320M(,T)G()d= k0kGM(G,T),Be= k0780320M(,T)B()d= k0kBM(B,T).(2)式中,R()、G()、B()分別為R,G,B三通道的光譜響應函數.k0為系統(tǒng)的增益,M(i,T)(i =R,G,B表示火焰對應于=i的單色輻射能,ki為比例因子,R、G、B分別表示獲取的圖像的R,G,B三通道光譜響應曲線峰值所對應的波長.由上式可得ReGe=kRkGRGBG5e-c2T1R-1G, (

33、3)GeBe=kGkBGBGB5e-c2T1G-1B, (4)由式(3)、(4)可得T =C22G-1B-1BlnReGeBe2+5lnRBG+lnkRkBkG2+lnRBG2. (5)由小粒子散射理論和Hottgl-Brougtoh1方程可以推得,R,G,B三色波輻射率滿足RBG2=1.03,而kRkBkG2可通過黑體爐實驗標定3.3.2 相關流量測量原理相關測量原理如圖1所示,上、下游傳感器檢測到流體流動過程中產生的流動噪聲信號x(t)、y(t),然后對x(t)、y(t)作如下相關運算 圖3-1 測量原理 Rxy()=lim1TT0y(t)x(t-)dt (1)圖1 相關測量原理 由于隨機

34、信號x(t)、y(t)具有一定的相關性,故互相關函數Rxy()會出現一峰值,峰值Rxy(0)對應的0即是流體流經上游傳感器到下游傳感器的渡越時間。由于兩傳感器的間距L一定,故流體的平均流速為: Vcp=L/0(2)將(1)式簡化成有限時間長度和式為: Rxy()=1NNi= 1y(i)x(i-) (3)式中為采樣時間間隔?？梢娡瓿蒒個不同延時值的相關運算要分別進行N2次的乘加運算,運算量非常大,運用相關定理可大大減少運算量。2.2 相關定理設X(ej)、Y(ej)及Pxy(ej)分別是x(n)、y(n)及Rxy()的傅立葉變換,且Rxy()是x(n)、y(n)的互相關函數,則有: Pxy(ej

35、)=X(ej)Y(ej) (4)由此可見,利用傅立葉變換將運算由時域變換到頻域,只需進行N次乘法并將結果變換到時域,即可得到N個不同延時值的相關結果,大大減少了運算量。利用快速傅立葉變換和DSP的高速運算能力,即可構成實時性很好的相關流量測量系統(tǒng)。第4章 控制系統(tǒng)的硬件設計4.1 DSP時鐘電路設計4.1.1晶振電路設計無源晶體與有源晶振的區(qū)別、應用范圍及用法：1、無源晶體無源晶體需要用DSP片內的振蕩器，在datasheet上有建議的連接方法。無源晶體沒有電壓的問題，信號電平是可變的，也就是說是根據起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價

36、格通常也較低，因此對于一般的應用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產品線豐富批量大的生產者。無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。建議采用精度較高的石英晶體，盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。2、有源晶振有源晶振不需要DSP的內部振蕩器，信號質量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構成的PI型濾波網絡，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），不需要復雜的配置電路。有源晶振通常的用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。相對于無源

37、晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。對于時序要求敏感的應用，個人認為還是有源的晶振好，因為可以選用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補償晶振。有些DSP內部沒有起振電路，只能使用有源的晶振，如TI的6000系列等。有源晶振相比于無源晶體通常體積較大，但現在許多有源晶振是表貼的，體積和晶體相當，有的甚至比許多晶體還要小。鑒于以上分析，DSP工作需要時鐘，為了使DSP工作正常，我選擇無源晶體振蕩器。電路如圖4.1所示。圖 4.1晶振電路4.1.2 DSP分頻電路設計DSP倍頻電路如圖4.2所示。在仿真時要將MP/MC設置成1，不讓片內ROM映射到

38、程序空間，也就是不用讓片內bootload程序運行以便進行仿真。當不仿真時MP/MC不用接地。我們可以同過選擇撥碼開關來選擇DSP的工作頻率。例如當CLMD3為0 、CLMD2為0、CLMD1為0時不進行分頻。這樣可以給DSP的工作時鐘選擇8個不同的頻率。圖4.2 DSP分頻電路4.2 DSP仿真接口DSP的仿真接口JTAG完全遵循IEEE標準，所以我們就按照IEEE標準來連接DSP5409的仿真接口。電路圖如圖4.3所示。圖4.3 DSP5409的JTAG仿真接口電路4.3 系統(tǒng)的供電設計為了使系應用市電220V交流電，我設計了一個工頻變壓器。變壓器的線圈匝數比為220:12。這樣變壓器的輸

39、出端口得到了12V的交流電壓。在通過全橋整流得到10.8V的電壓作為LM7805的輸入。10.8V送入L三段穩(wěn)壓塊M7805，這樣就可以在LM7805的輸出端得到+5v的電壓。其次由于輸入側電容并聯(lián)，并且與LM7805的地相連，這樣可以得到一個負電壓。將這個負電壓送入LM7905就可以得到-5V電壓，供AD使用。具體電路圖如圖4.4所示。圖4.4 5V電源電路由于DSP5409的IO供電為3.3V,但是DSP5409芯片的內核供電為1.8V。所以采用TI公司的TPS73HD7301電源芯片來給DSP5409的IO以及內核供電。電路如圖4.5所示。圖4.5 DSP5409內核以及IO供電電路系統(tǒng)

40、的很多芯片供電都采用3.3V供電，所以才用LM1117，的到3.3V電壓。電路圖如圖4.6所示。圖4.6 3.3V電源電路4.4 A/D采集電路設計由于系統(tǒng)要求有快的響應速度，所以我選擇了采集速度很快的MAX115。MAX115的內部有RAM，采集完的數據都放在RAM區(qū)內。所以需要DSP5409對其進行讀寫。將DSP5409的讀寫端口與DSP5409的讀寫端連接，并且MAX115的地址線與DSP5409的地址總線相連。這樣可以方便的對MAX115的數據進行讀取。并且MAX115在采集完成后會產生一個終端信號，將這個信號與DSP5409的不可屏蔽端口相連。這樣DSP5409可以知道MAX115采

41、集的情況，并且選擇合適的時間對其進行操作。電路圖如圖4.7所示。圖4.7 A/D采集電路4.5復位電路以及電源指示燈電路設計由于DSP5409是低電平復位，只要按開關S2對電容C31放電就可以得到一定時間的低電平。這樣就可以達到目的。為了直觀的看到供電電源的工作與否，我家了LED現實電路。當電源正常時對應的LED燈亮。具體電路如圖4.8所示。圖4.8 復位電路以及電源指示燈電路4.6 DSP中的上拉電路DSP5409中有些管腳在使用或者未被使用時必須加上拉電阻，只有這樣DSP5409才可以正常供作。電路如圖4.9所示。圖 4.9DSP中的上拉電路4.7液晶接口電路設計為了同時能夠顯示足夠的數據

42、我選擇240X128的液晶顯示器。具體電路如圖4.10所示。圖4.10液晶接口電路4.8點平轉換電路設計由于DSP5409的管腳電平為3.3V，而液晶電路以及A/D采集電路的電平均為5V，所以要將3.3V的電壓信號轉換為5V的電平信號。需要進行電平轉換的管腳有：地址總線、數據總線以及讀寫中斷接口。地址總線為單向的所以，用74LS244就可以實現。但是數據總線為雙向的，所以必須采用雙向轉換的74LS245芯片。具體電路如圖4.11以及圖4.12所示。圖4.11 地址總線電平轉換電路圖4.12雙向電平轉換電路4.9 通信電路設計由于DSP5409的串口為同步的，而我們所需的通信為異步通信。所以必須

43、將同步串口轉換為異步串口。我們可以用程序來實現。只要有兩個IO口即可。具體電路如圖4.13所示。圖4.13通信電路圖4.14通信電路指示電路4.10流量信號放大電路由于流量傳感器感應出的電壓在420mV，而A/D采集電路所能采集的電壓不在這個范圍內，即使能采集那樣所得到的數據誤差比較大。所以要對流量傳感器輸出的信號進行放大處理。首先的對信號進行射極跟隨，這樣能夠穩(wěn)定信號，在對信號放大250倍。具體電路如圖4.15所示。圖4.15 流量信號放大電路4.11溫度采集電路由于鍋爐的溫度很高，所以采用的溫度傳感器所能感應的溫度的很高，選用PT100，能夠滿足要求。具體電路圖如圖4.16所示。圖4.16

44、 溫度采集電路第5章 系統(tǒng)軟件設計5.1 CCS3.1的使用步驟一：安裝完ccs3.1后桌面上有如下兩個圖標，雙擊下邊的圖標設置主界面圖5.1步驟二；設置主界面圖5.2步驟三：選中上圖中所選的 2812 XDS560 Emulator，雙擊打開，顯示如下圖5.3步驟四：將.光盤里的要復制文件夾里的 兩個文件復制到ccs 安裝文件下的 ccbin 文件夾下，我的安裝路徑是D盤，所以復制到的文件夾是D:CCStudio_v3.1ccbin，復制好后，右鍵單擊圖中左欄的選中系統(tǒng)，選擇properties，彈出對話框設置如下:圖5.4步驟五：圖5.5步驟六：圖5.6步驟七：圖5.7圖5.8步驟九：在D

45、EBUG菜單下有一個連接目標板的菜單，點擊 即可，如果需要打開CCS3.1自動連接，在OPTION里的定制里也有一個選項 ，設置進入CCS窗口時 是否連接目標板圖5.95.2 系統(tǒng)的框圖系統(tǒng)框圖如圖5.9所示。圖5.10系統(tǒng)框圖5.3 DSP5409芯片介紹DSP5409的管腳圖如圖5.10所示。圖5.11 DSP5409管腳圖5.4 TMS320C54x DSP簡介C54xTM DSP的操作靈活性高，速度快。它具有高級的改進哈佛結構（1條程序存儲器總線、3條數據存儲器總線和4條地址總線）、帶有專用邏輯功能的CPU、片內存儲器、片內外設和高度專業(yè)化的指令集。后續(xù)的DSP器件把C54x的CPU和

46、專用的片內存儲器及外設結合起來。這些產品已經并且將來也會繼續(xù)得到發(fā)展，為電子市場上的專門領域服務。C54x器件具有以下優(yōu)勢：q 圍繞1條程序總線、3條數據總線和4條地址總線而建立的增強型哈佛結構，提供更好的性能和多樣性。q 具有高度并行和專用硬件邏輯的CPU設計，提供更高性能。q 高度專用的指令集，提供更快的代數運算，提供優(yōu)化的高級語言操作。q 模塊化的結構設計，為后續(xù)產品的快速發(fā)展提供方便。q 高級IC處理技術為其提供更好的性能和低功耗。q 新的靜態(tài)設計技術實現低功耗和小輻射。5.5 TMS320C54x DSP的主要特征本節(jié)列出了C54x DSP的主要特性。q CPU 高級多總線結構，具有

47、1條程序總線、3條數據總線和4條地址總線。 40位的算術邏輯單元（ALU），包括一個40位桶形移位器和兩個獨立的40位累加器。 17位17位并行乘法器和一個40位專用加法器結合完成非流水線的單周期乘/累加（MAC）操作。 比較、選擇、存儲單元（CSSU）是一個專用的硬件單元，用于Viterbi解碼時的加法/比較/選擇操作。 在單周期內計算40位累加器中的值的指數的指數編碼器。 兩個地址產生器，包括8個輔助寄存器和兩個輔助寄存器算術單元。 一些DSP器件具有多CPU核結構。q 存儲器 192K字16位可尋址的存儲器空間（64K字程序空間，64K字數據空間和64K字I/O口）。C548、C549、

48、C5402、C5410和C5420帶有擴展程序存儲器。 片內結構如表5-1所示（單位：K字）表5-1 TMS32054x DSP的片內結構器 件程序ROM程序/數據ROMDARAMSARAMC54120850C54220100C54320100C545321660C546321660C54820824C5491616824C540244160C5410160856C54200032168 雙存取RAM。 單存取RAM。q 指令集 單指令重復和塊重復操作。 存儲器塊搬移指令提供更好的程序和數據管理。 具有32位長操作數指令。 同時讀取23個操作數的指令。 并行存取的算術指令。 條件存儲指令。 快

49、速中斷返回。q 片內外設 軟件編程的等待狀態(tài)發(fā)生器。 可編程的塊切換邏輯。 片內鎖相環(huán)（PLL）時鐘產生器帶有內部振蕩器或外部時鐘源。如果是外部時鐘源，表5-2所示器件選項中任一項都有若干可選的乘數值。每一種器件只能從所列的某一種選項中提供時鐘模式的選擇。表5-2 器件選項選項1選項2選項31.01.52.03.01.04.04.55.0軟件可編程的PLL C541B、C545A、C546A、C548、C549、C5402、C5410和C5420都有一個軟件可編程的PLL和兩個附加的飽和模式。軟件可編程的PLL在8.5.2小節(jié)說明，飽和模式在4.1.2小節(jié)處理器模式狀態(tài)寄存器（PMST）中說明

50、。 外部關總線控制使外部數據總線、地址總線和控制信號無效。 數據總線有保持的特性。 可編程定時器。 端口，如表5-3所示。表5-3 端口器 件主機接口串 行 口同步串口緩沖串口多通道緩沖串口時分復用串口C541C542C543C545C546C548C549C5402C5410C542001010111112001100000011112200000000002360110011000單周期定點指令執(zhí)行時間為25/20/15/12.5/10ns（40MIPS/50MIPS/66MIPS/80MIPS/ 100MIPS），如表5-4所示。表5-4 速度器 件電 源 電 壓速 度封 裝C541C5

51、41BC542C543C545C545AC546C546AC548C549VC549VC5402VC5410VC54205V3V/3.3V3V/3.3V5V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3.3V3.3V3.3V（核2.5V）3.3V（核1.8V）3.3V（核2.5V）3.3V（核1.8V）25ns25ns/20ns15ns25ns25ns/20ns25ns/20ns25ns/20ns15ns25ns/20ns15ns20ns/15ns15ns/12.5ns10ns10ns10ns10ns100引腳TQFP封裝100引腳TQFP封裝100引腳

52、TQFP封裝144引腳TQFP封裝128/144引腳TQFP封裝100引腳TQFP封裝128引腳TQFP封裝128引腳TQFP封裝100引腳TQFP封裝100引腳TQFP封裝144引腳TQFP封裝144引腳TQFP封裝/144引腳BGA封裝144引腳TQFP封裝/144引腳BGA封裝144引腳TQFP封裝/144引腳BGA封裝144引腳TQFP封裝/176引腳BGA封裝144引腳TQFP封裝/144引腳BGA封裝q 功耗 功耗控制由IDLE1、IDLE2和IDLE3指令可進入節(jié)電模式。 控制可使CLKOUT信號無效。q 仿真IEEE標準1149.1邊界掃描邏輯對接到片內基于掃描的仿真邏輯。5.

53、6 A/D采集程序#includeDSP54x_Project.h#if(CPU_FRQ_150MHZ)/Default-150MHzSYSCLKOUT#defineADC_MODCLK0x3/HSPCLK=SYSCLKOUT/2*ADC_MODCLK2=150/(2*3)=25.0MHz#endif#if(CPU_FRQ_100MHZ)#defineADC_MODCLK0x2/HSPCLK=SYSCLKOUT/2*ADC_MODCLK2=100/(2*2)=25.0MHz#endif#defineADC_CKPS0x1/ADCmoduleclock=HSPCLK/2*ADC_CKPS=25.0MHz/(1*2)=12.5MHz#defineADC_SHCLK0xf/S/HwidthinADCmoduleperiods#defineAVG1000/Averagesamplelimit#defineZOFFSET0x00/AverageZerooffset#defineBUF_SIZE2048/Samplebuffersize第6章 總結與展望6.1 全文總結系統(tǒng)采用主從機結構及中斷方式工作,結合DSP的高速處理能力及頻域內的快速算法,從而保證了相關運算的實時性。實驗表明系統(tǒng)計算實際流動噪聲信號所得相關波形良好,例如對油水兩相流的流動信號作相