鍋爐進水流量系統(tǒng)的設計

摘要鍋爐是一種能量轉換設備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式，而經(jīng)過鍋爐轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需熱能，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(chǎn)中也有少量應用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。AbstractTheboilerisakindofenergyconversiondevices,theenergyinputtotheboileristhechemicalenergyofthefuel,power,hightemperaturefluegasandotherformsofheatenergy,andafterboilerconversion,totheoutputhascertainofthesteamheatenergy,hightemperaturewaterororganicheattransfermaterialheater.Theoriginalmeaningofthepotonthefireofheatingmeansholdingwatercontainers,furnacereferstotheplaceofburningfuel,includingpotboilerandfurnaceoftwoparts.Theboilerproducehotwaterorsteamcanbedirectlyfortheindustrialproductionandpeople'slifeprovideheat,andalsothroughsteampowerdeviceintomechanicalenergy,oragainthroughthemechanicalenergyintoelectricitygenerator.Providehotwaterboilercalledhotwaterboiler,mainlyforthelife,theindustrialproductionofafewapplications.Producesteamboilercalledsteamboiler,oftenreferredtoastheboiler,moreforselecting,ship,engineandindustrialandminingenterprises.目錄TOC\o"1-5"\h\z?緒論 21.1鍋爐的定義 2\o"CurrentDocument"1.2鍋爐的工作過程 2\o"CurrentDocument"1.3鍋爐的參數(shù) 2\o"CurrentDocument"1.4鍋爐的整體結構 3\o"CurrentDocument"?總體設計方案 3\o"CurrentDocument"2.1設計思路 32.2方案選擇 42.2.1傳感器的選擇 4\o"CurrentDocument"2.2.2電動閥的選擇 4\o"CurrentDocument"2.2.3單片機的選擇 4\o"CurrentDocument"A/D轉換器和D/A轉換器的選擇 5\o"CurrentDocument"?系統(tǒng)硬件設計 63.1單片機 6\o"CurrentDocument"3.1.1單片機的主要功能特性 6\o"CurrentDocument"3.1.2單片機的引腳功能說明 63.2傳感器工作過程 83.2.1流量傳感器的分類 8\o"CurrentDocument"3.2.2本次設計采用的流速傳感器 10\o"CurrentDocument"3.3電動閥電路 11\o"CurrentDocument"LCD顯示電路 123.5系統(tǒng)電源 133.6按鍵接口 13\o"CurrentDocument"3.7A/D轉換以及D/A轉換 14?系統(tǒng)軟件設計 194.1系統(tǒng)軟件功能 19\o"CurrentDocument"4.2系統(tǒng)軟件的設計過程 19\o"CurrentDocument"4.3設計的控制算法 20\o"CurrentDocument"?總結體會 22\o"CurrentDocument"?參考文獻 231緒論1.1鍋爐的定義《特種設備安全監(jiān)察條例》所定義的鍋爐是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并對外輸出熱能的設備。其范圍規(guī)定為最高安全水位時存水容積大于或者等于30L的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓大于或者等于0.1MPa（表壓），且額定功率大于或者等于0.1Mw的承壓熱水鍋爐；有機熱載體鍋爐。鍋爐的概念中還包括其安全附件、安全保護裝置和與安全保護裝置相關的設施。1.2鍋爐的工作過程鍋爐是一種利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱傳遞給容器內的水，使水達到所需要的溫度（熱水）或一定壓力蒸汽的熱力設備。它是由“鍋”（即鍋爐本體水壓部分）、“爐”（即燃燒設備部分）、附件儀表及附屬設備構成的一個完整體。鍋爐在“鍋”與“爐”兩部分同時進行，水進入鍋爐以后，在汽水系統(tǒng)中鍋爐受熱面將吸收的熱量傳遞給水，使水加熱成一定溫度和壓力的熱水或生成蒸汽，被引出應用。在燃燒設備部分，燃料燃燒不斷放出熱量，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣通過熱的傳播，將熱量傳遞給鍋爐受熱面，而本身溫度逐漸降低，最后由煙囪排出。1.3鍋爐的參數(shù)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(chǎn)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(chǎn)的蒸汽量。1.4鍋爐的整體結構鍋爐整體的結構包括鍋爐本體（drum）、輔助設備和安全裝置兩大部分。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(chǎn)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。燃稻殼蒸汽鍋爐的內部結構圖爐膛又稱燃燒室，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。2總體設計方案2.1設計思路本設計系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示，采用單片機STC89C52作為主機，由流量傳感器測量管道內液體的流速并轉換成相應的脈沖信號，經(jīng)過前向整形通道處理后，由單片機I/O接口讀入CPU，CPU進行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)，一方面送LED數(shù)碼管顯示，另一方面檢測與預設定的流速進行比較，并判斷是否達到預設流速，通過單片機處理，然后將結果經(jīng)過驅動電路驅動執(zhí)行器電動閥做出相應的動作，使液體流速達到預期目標。圖2.12.2方案的選擇2.2.1傳感器的選擇方案一：渦輪流量傳感器LWGY-25。渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領域的計量、控制系統(tǒng)。配備有衛(wèi)生接頭的渦輪流量傳感器可以應用于制藥行業(yè)。方案二：電磁流量傳感器DN25。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第電磁感應定律設計的，在測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝一對檢測電極，當導電液體沿測量管在交變磁場中，與磁力線成垂直方向運動時，導電液體切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢，此感應電動勢由測量管上的兩個檢測電極檢出。用公式表示：E=KBVD。方案三：流量傳感器RG-1。流量開關由磁芯、復位彈簧、外殼和傳感器組成。當液體通過傳感器時驅動磁芯動作，引起開關動作。傳感器外殼有不同材質的材料可供選擇，磁控開關則為進口元件。流量傳感器用于電熱水器、太陽能熱水器、空調器以及其他水系統(tǒng)的水循環(huán)控制、進出水控制、水加熱控制、水泵開關控制、電磁閥通斷控制或出水斷電、出水通電控制等。結合以上3種流量傳感器的特點及性價比，本次設計最終選定方案三：流量傳感器RG-1，因為方案一、二的價格分別在650元和3000元不等，價格昂貴，體積也叫笨重。流量傳感器RG-1價格便宜（35元），體積小，使用方便，精度高。2.2.2電動閥的選擇電動閥通常由電動執(zhí)行機構和閥門連接起來，經(jīng)過安裝調試后成為電動閥。電動閥使用電能作為動力來接通電動執(zhí)行機構驅動閥門，實現(xiàn)閥門的開關、調節(jié)動作。從而達到對管道介質的開關或是調節(jié)目的。方案一：二位二通電磁閥水閥2W025-08。需要外接110V交流電壓，控制輸出為開關量，即控制水閥的開和關。方案二：電動二通閥DN25。該電動閥可連續(xù)控制流量變化，成本較低。方案三：電動二通閥VA7010。閥芯結構優(yōu)化，在不減少Kv值的情況下，允許壓差大，驅動器與閥體分離，可快速拆裝，可連續(xù)控制流量變化。價格便宜，只需要60元。經(jīng)過對方案一、二、三的對比，最終決定選擇方案三。因為選擇方案優(yōu)勢非常明顯，即其可方便地控制流量的連續(xù)變化，允許壓差大，而且最便宜。2.2.3單片機的選擇國內廣泛應用的單片機主要有INTEL公司的MCS-51系列8位單片機、MCS-96系列16位單片機、MICROCHIP公司的PIC單片機、TI低功耗MSP430和日立、MOTOROLA的其他類型單片機等。其中MCS-51系列單片機應用最廣、方便易用。AT89系列和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，增加瞬間擦除、改寫的功能。根據(jù)設計要求、系統(tǒng)的特點和實時性，為了保證單片機接口的性能和擴展性，選擇單片機AT89C52作為主機。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。A/D轉換器的選擇和D/A轉換器的選擇 一AD9260是ANANLOGDEVICE公司推出的A/D轉換器。采用了現(xiàn)金的CMOS工藝，并利用了】-△和流水線技術，提高了A/D轉換技術。芯片內置三個十進制過濾器，能夠壓制1.25MHz到18.75MHz之間的寄生輸入信號，減輕了模擬輸入通道對假頻濾波器的需要。參考電壓采用差分式輸入，范圍可調。數(shù)據(jù)輸出為并行16位，使得A/D轉換器的精度大大提高。綜上所述特點，AD9260非常適合本次設計，尤其這款轉換器的效率以及精度都是本次設計所需求的，故選擇AD9260OTLC5620C是美國德州儀器公司推出的帶串行控制的8位D/A轉換器。它包含四個獨立的8位數(shù)/模轉換器，每一路均具有兩級緩沖器，即輸入鎖存器（LATCH）和DAC鎖存器（LATCH）、一個輸出量程開關、一個8位DAC電路以及一個電壓輸出電路。對TLC5620C的編程可通過對串行控制字中的RNG位置1或清零來實現(xiàn)。其輸出電壓的最大值可以是外加參考電壓的1?2倍。輸入輸出電路均為射級跟隨器。TLC5620C的內部帶有一個串行接口電路。通過該串行接口，外部微處理器只需要進行3線總線連接便可編程實現(xiàn)8位數(shù)/模轉換。本次設計采用的即為上述所介紹的TLC5620C。3系統(tǒng)硬件的設計（T2）P1.0E1=40（T2EK）P1.1E2 39Pl.2E3 38Pl.3E4 37Pl.4[5 36Pl.5[6 35Pl.6E7 34Pl.7[8 33KESETE3 32RXD/P3.0E10 31TKD/P3.1E11 30fW0/P3.2[12 29IWT1/P3.3E13 28T0/P3.4E14 27T1/P3.5[15 26M/P3.6E16 25M/P3.7E17 24KTAL2E18 23KTAL1[19 22PDIPVeeE20 21]Vcc1PO.0/AD0]PO.1/AD11PO.2/AD2]PO.3/AD3]PO.4/AD41PO.5/AD5]Vcc1PO.0/AD0]PO.1/AD11PO.2/AD2]PO.3/AD3]PO.4/AD41PO.5/AD5]PO.6/AD61PO.7/ADT]EA/Vrr1ALE/PEiOt]PSEN1P2.7/AD151P2.6/AD14]P2.5/AD131P2.4/AD12]P2.3/AD111P2.2/AD10]P2.1/AD31P2.0/AD83.1.1單片機的主要功能特性-兼容MCS51指令系統(tǒng)-8k可反復擦寫（＞1000次）FlashROM-32個雙向I/O口-256x8bit內部RAM2個串行中斷-可編程UART串行通道2個外部中斷源?共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位?低功耗空閑和掉電模式?軟件設置睡眠和喚醒功能3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷?時鐘頻率0-24MHz3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷3.1.2單片機的引腳功能說明P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。與入丁8犯51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）°P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能°P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖^A端狀態(tài)。如EA端為高電平（?Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2傳感器的工作過程3.2.1流速傳感器的分類容積式流量計容積式流量計相當于一個標準容積的容器，它接連不斷地對流動介質進行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單，適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計（羅茨流量計）、旋轉活塞和刮板式流量計；適于測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉簡流量計等。（二） 葉輪式流量計葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉，以葉輪旋轉的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計，其結構可以是機械傳動輸出式或電脈沖輸出式。一般機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2%，但結構簡單，造價低，國內已批量生產(chǎn)，并標準化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，一般誤差為±0.2%?0.5%。（三） 差壓式流量計（變壓降式流量計）差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成。一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量（流速）成比例的壓力差，供二次裝置進行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，并將其轉換為相應的流量進行顯示.差壓流量計的一次裝置常為節(jié)流裝置或動壓測定裝置（皮托管、均速管等）。二次裝置為各種機械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表.差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結水等的流量測量都采用這種表計。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計、楔形流量計、文丘里管流量計、平均皮托管。（四） 變面積式流量計（等壓降式流量計）放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動的流體的作用力而移動。當此作用力與浮子的“顯示重量”（浮子本身的重量減去它所受流體的浮力）相平衡時，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動時上下部分的壓力差相等，因此該型流量計稱變面積式流量計或等壓降式流量計。該式流量計的典型儀表是轉子（浮子）流量計。（五） 動量式流量計利用測量流體的動量來反映流量大小的流量計稱動量式流量計。由于流動流體的動量P與流體的密度及流速v的平方成正比，即pv2,當通流截面確定時，v與容積流量Q成正比，故?。2。設比例系數(shù)為A，貝UQ=A因此，測得P，即可反映流量Q。這種型式的流量計，大多利用檢測元件把動量轉換為壓力、位移或力等，然后測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式和轉動翼板式流量計。（六） 沖量式流量計利用沖量定理測量流量的流量計稱沖量式流量計，多用于測量顆粒狀固體介質的流量，還用來測泥漿、結品型液體和研磨料等的流量。流量測量范圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計，其測量原理是當被測介質從一定高度h自由下落到有傾斜角的檢測板上產(chǎn)生一個沖力，沖力的水平分力馬質量流量成正比，故測量這個水平分力即可反映質量流量的大小。（七）電磁流量計電磁流量計是應用導電體在磁場中運動產(chǎn)生感應電動勢，而感應電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質的流量。可測最大管徑達2m，而且壓損極小。但導電率低的介質，如氣體、蒸汽等則不能應用。電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應用。為此，產(chǎn)品在不斷改進更新，向微機化發(fā)展。（八）超聲波流量計超聲波流量計是基于超聲波在流動介質中傳播的速度等于被測介質的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在20世紀70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。超聲波流量計的分類：（1）多譜勒式超聲波流量計：換能器1發(fā)射頻率為fl的超聲波信號，經(jīng)過管道內液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2,這就是多譜勒將就，f2與fl之差即為多譜勒頻差fd。設流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、fl、0即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。（2）時差式超聲波流量計：時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。（九）流體振蕩式流量計流體振蕩式流量計是利用流體在特定流道條件下流動時將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設計的.當通流截面一定時，流速與導容積流量成正比。因此，測量振蕩頻率即可測得流量.這種流量計是20世紀70年代開發(fā)和發(fā)展起來的.由于它兼有無轉動部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計、旋進旋渦流量計。（十）質量流量計由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時需給出介質的參數(shù)。在介質參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質量流量計就得到廣泛的應用和重視。質量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質量流量計利用與質量流量直接有關的原理進行測量，目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應式和科里奧利力式等質量流量計。間接式質量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質量流量的。還有適用于明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計；適于大口徑測流的插入式流量計；測量層流流量的層流流量計；適于二相流測量的相關法流量計；以及激光法、核磁共振法流量計和多種示蹤法、稀釋法測流等。3.2.2本次設計采用的流速檢測傳感器本次設計采用的流速傳感器為深圳市高電子有限公司生產(chǎn)的RG-1。XXJ.J-F項參數(shù)單位備注1啟動水流童三1EL/min（升分鐘）2_L作水流池圍1—30L/min（升/■分鐘）3啟動水壓5=0.1Mpa（兆伯）4最少承受水壓1.2Mpa（兆帕）5最大承受水壓力1.6Mpa（兆帕）6工作環(huán)境溫度1—100E（攝氏度）7適用環(huán)境溫度-40—150■C（攝氐度）8便用壽命106次（開關循環(huán)）5VDC10mA9工作電壓范圍3.5-24VDC（直流電壓）10工作電流0.5-1.5m削毫安）11輸出特性[7.8Q-3]±10%Hz（斑茲）誤差士10%12電氣強度>600VAC（交流電壓）持續(xù)時間5S泄漏電流3mA13絕緣電阻>100MQ（兆歐）連接器與殼體或閥體■之旬的絕緣電阻

3.3電動閥電路技術指標：1、 驅動電機：磁滯同步電機2、 驅動器工作電壓：220VAC、50Hz/60Hz（有AC24V、110V可供選擇）M5.7VA1.6MPaM0.12MPa冷水、熱水功率消耗：閥體承壓：允許壓差：適用介質：秒。3、4、5、6、M5.7VA1.6MPaM0.12MPa冷水、熱水功率消耗：閥體承壓：允許壓差：適用介質：秒。3、4、5、6、7、8、9、3.4LCD顯示電路本次設計將采用16X2字符型液晶作為實時數(shù)據(jù)顯示，顯示內容包括預設定流速和當前流速。技術指標：1、顯示容量：16X2個字符2、 工作電壓：4.5~5.5V3、 工作電流：2.0mA（5.0V）4、 字符尺寸：2.95x4.35mm5、 模塊最佳工作電壓：5.0V接口信號說明n塢號符號引腳說明培號符號引制說明1電源地9DataI/O2V&D電的正極10D3DataI/O3此灌品顯示偈壓信號1104DataI/O4RS數(shù)據(jù)荷令誼擇瑚（H/L）12D5DataI/O5R/H讀/寫遺犀謠＜H/L）ISD6DataI/O6E使能佰號14D7DataI/O7DODataI/O156LA背光城正極a&1DataI/O16虬K背光源員極系統(tǒng)主電路板LCD1602接口3.5系統(tǒng)電源系統(tǒng)分別用LM7805和LM7812提供+5V、+12v電源。3.6按鍵接口按鍵鍵名功能S3設置鍵使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進入設置狀態(tài)十位鍵設置十位數(shù)據(jù)S1個位鍵設置各位數(shù)據(jù)3.7A/D轉換和D/A轉換AD9260的結構特點：（一）輸入電壓輸入電壓的范圍可由內部參考電壓或外部參考電壓控制。當SENSE引腳接VREF或REFCOM，輸入電壓的范圍由內部參考電壓控制，其值可按如下公式求出：VINA-VINB=1.6*VREF （1）SENSE引腳與REFCOM相接，提供給VREF的電壓為2.5V，輸入電壓范圍為0?4V。SENSE引腳與VREF相接項鏈或通過電阻相連，提供給VREF的電壓為1.0V，輸入電壓范圍為0?1.6V。通過調節(jié)VREF的電壓值可得到其它的輸入電壓范圍。具體作法：在VREF與、￡此￡之間以及SENSE與REFCOM之間各加一個電阻，改變這兩個電阻的阻值講使得VREF的值在1V到2.5V之間變化。當SENSE引腳接高電平時，VREF的電壓由外部參考電壓來設置，輸入電壓的范圍同樣由（1）式來計算。（二）輸出模式AD9260有四種輸出模式：1*、2*、4*、8*模式。每種模式對應一種字的輸出率，當始終頻率為20MHz時，字輸出率分別為20MHz、10MHZ、5MHz、2.5MHz。信號經(jīng)VINA、VINB輸入后，先經(jīng)過E-△調制器進行調制，然后進入數(shù)字解調器生成12位數(shù)據(jù)，再依次經(jīng)過三個十進制過濾器。沒經(jīng)過一個過濾器形成一組數(shù)據(jù)，這樣包括數(shù)字解調器生成12位數(shù)據(jù)，就形成了4組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)都可以作為輸出，使得AD9260具有4中輸出模式。X（三） 數(shù)據(jù)輸出控制數(shù)據(jù)輸出由CS、READ、DAV引腳來控制。CS低電平有效，READ高電平有效。當CS、READ同時有效轉換完的數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)引腳上，否則數(shù)據(jù)引腳為高阻態(tài)。在Tod期間，CS為高電平，READ為低電平，此時數(shù)據(jù)無效。DAV引腳是一條信號線，用來指示數(shù)據(jù)是否轉換完畢。輸出數(shù)據(jù)每個DAV的上升沿被更新，Tdi期間輸出數(shù)據(jù)無效，Tds期間數(shù)據(jù)轉換完畢可以使用。從圖中可以看出數(shù)據(jù)是在DAV為高電平之后的某一時刻才有效。因此，讀數(shù)據(jù)都是在DAV的下降沿之后。DAV的時序不收CS、READ引腳的影響，而是由AD9260內部控制。（四） 時鐘頻率AD9260的最高時鐘頻率可以達到20MHz.由BIAS引腳上電流大小決定始終頻率。BIAS引腳接在一個跟隨器上，其壓降為1V。在BIAS引腳與地之間接上電阻，BIAS引腳上就會有電流通過，這個電流是用來重置調制器中放大器的。當外界電阻變大時，流過BIAS引腳的電流變小，電流變小將使放大器的重置需要更多的時間，則始終頻率降低。XX（五）AD9260引腳圖AD9260與AT89C52單片機的接口：AD9260的輸出是并行16位數(shù)據(jù)，AT89C52單片機數(shù)據(jù)寬度是8位。這樣，AT89C52每采集一次數(shù)據(jù)應執(zhí)行兩次讀操作。同時，為了避免AD9260的數(shù)據(jù)直接輸出到數(shù)據(jù)總線上，應在AT89C52與AD9260之間接入緩沖期，這里采用兩片74LS244.控制線有CS、READ、DAV。CS始終接地，DAV腳與P1.0腳相接，AT89C52單片機上的/RD腳（P3.7）通過一個反相器與READ引腳相連。P2.7腳和P2.6腳分別與兩片74LS244的使能端項鏈，兩片74LS244的地址分別為8000H、4000H。74LS244的使能端低電平有效，在連線之間還應該接入反相器。AT89C52單片機的時鐘頻率為24MHz,AD9260的頻率設置為腳接地，數(shù)據(jù)輸出模式為8*模式。程序：MOVR1,#80HTEST1：JBP1.0,TESTCOLLECT:MOVDPTR,#4000HMOVXA,@DPTRMOV@R1,AINCR1MOVDPTR,#8000HMOVXA,@DPTRMOVX@R1,AINCR1TEST2:INBP1.0,TEST2JMPTEST

TCL5620C的功能特點：TCL5620C4路8位數(shù)據(jù)轉換器的內部功能框圖如圖1所示。X引腳排列與功能：圖2所示是14腳雙列直插式TCL5620C的引腳分布圖。各引腳的功能如下：CLK:串行接口時鐘脈沖，在其下降沿將DATA端的數(shù)據(jù)鎖入串行接口電路；LOAD:串行接口電路負載控制信號，當該端為低電平時，串行接口電路中的8位二進制數(shù)將并行輸入該控制字所選擇的輸入鎖存器中；DATA:數(shù)據(jù)信號輸入端，從此端可輸入被傳喚的二進制數(shù)據(jù)；LDAC:加載DAC信號。當其為低電平時，四個DAC鎖存器均處于直通狀態(tài)，此時TCL5620C工作于單緩沖模式；當其由低電平跳變到高電平時，四個DAC所汛期均同時所存各自數(shù)據(jù)輸入鎖存器送來的待轉換的數(shù)據(jù)，這種用LDAC控制信號鎖存器存在數(shù)據(jù)的方式稱為雙緩沖方式；REFA、REFB、REFC、REFD：分別為4路參考基準電壓輸入端；OUTA、OUTB、OUTC、OUTD：電壓輸出端；XTCL5620C與單片機的鏈接TCL5620C與入丁8犯52的連接圖如圖4所示。在圖4中，將LDAC接地即可構成單緩沖方式，參考電源均接+5V，將單片機的P1.0、P1.1、P1.2三根并行I/O線用作輸出線可分別產(chǎn)生TLC5620C所需要的數(shù)據(jù)輸入信號DATA、時鐘脈沖信號CLK以及輸入緩沖器的裝載信號LOAD。用CLRP1.1、SETBP1.1、CLRP1.1指令便可產(chǎn)生一個CLK脈沖，而用位操作指令MOVP1.0,7EH，則可產(chǎn)生一位二進制數(shù)輸出到DATA端。X根據(jù)圖3給定的時序和圖4電路進行編程，可將單片機內部RAM中字節(jié)地址為2EH的8位二進制數(shù)從DACA通道轉換成電壓輸出信號，具體的編程代碼如下：首先寫入A1=0，A0=0,RNG=0A1A0:SETBP1.2;LOAD=1CLRP1.0SETBP1.1;CLK=1NOPCLRP1.1;CLK=0NOP;已寫入A1=0SETBP1.1;CLK=1NOPCLRP1.1;CLK=0NOP;已寫入A0=0RNG：SETBP1.1;;CLK=1NOPCLRP1.1;;CLK=0NOP；已寫入RNG=0再寫入8位二進制數(shù)，假設待寫入的8位二進制數(shù)已存入RAM字節(jié)地址為2EH的存儲單元中，那么8位二進制數(shù)D7?D0將分別存放在位地址77H?70H中，高位二進制數(shù)D7先輸出，然后，D6、D5輸出，最后D0輸出。程序為：DATA:MOVC，77H ；輸出D7 LCALLTCLLCALLTCLMOVC,76H ;輸出D6LCALLTCL MOVC,70H ;輸出D04系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)軟件功能（1） 按鍵實現(xiàn)目標流速的設定；（2） 按設定值計算并輸出電動閥控制信號；（3） 將接收到的流速傳感器數(shù)字信號進行處理；（4） 顯示出流速的設定值和當前測量值。4.2系統(tǒng)軟件的設計過程整個流速控制系統(tǒng)的工作流程是：在單片機開始上電之后，先對單片機內部進行初始化，初始化完成之后，然后就開始流速采集，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C內部，然后按掃描按鍵，獲得設定流速，之后判斷所采集的流速是否超過設定數(shù)據(jù)，當超過的時候，報警電路就開始工作，控制電動閥的工作狀態(tài)，沒有超過就將所得數(shù)據(jù)顯示出來，然后返回程序繼續(xù)采集數(shù)據(jù)判斷是否流速在控制范圍內。4.3設計的控制算法本次控制算法采用數(shù)字PID控制，數(shù)字式PID控制算法可以分為位置式PID和增量式PID控制算法。由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量，而不能像模擬控制，那樣連續(xù)輸出控制量量，進行連續(xù)控制。由于這一特點（式1—2）中的積分項和微分項不能直接使用，必須進行離散化處理。離散化處理的方法為：以T作為采樣周期，作為采樣序號，則離散采樣時間對應著連續(xù)時間，用矩形法數(shù)值積分近似代替積分，用一階后向差分近似代替微分，可作如下近似變換： ]t，kT（k=0,1,2 ）"（g*丁桅甘（jT}=丁￡勺 卜a雙）.咻?-磯（S1）7].%-0|~dTT ~T~j上式中，為了表示的方便，將類似于e（kT）簡化成ek等。將（式2—1）代入（式1—2），就可以得到離散的PID表達式為：■■----I- 」或 - 其中：k 采樣序號,k=0,1,2, ;uk――第k次采樣時刻的計算機輸出值；ek――第k次采樣時刻輸入的偏差值；ek-1――第k-1次采樣時刻輸入的偏差值；Ki――積分系數(shù)，Ki=Kp*T/Ti如果采樣周期足夠小，則（式2—2）或（式2—3）的近似計算可以獲得足夠精確的結果，離散控制過程與連續(xù)過程十分接近。（式2—2）或（式2—3）表示的控制算法式直接按（式1—2）所給出的PID控制規(guī)律定義進行計算的，所以它給出了全部控制量的大小，因此被稱為全量式或位置式PID控制算法。這種算法的缺點是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去狀態(tài)有關，計算時要對ek進行累加，工作量大；并且，因為計算機輸出的uk對應的是執(zhí)行機構的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，輸出的uk將大幅度變化，會引起執(zhí)行機構的大幅度變化，有可能因此造成嚴重的生產(chǎn)事故，這在實生產(chǎn)際中是不允許的。增量式PID控制算法可以避免著重現(xiàn)象發(fā)生。所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Auk。當執(zhí)行機構需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式PID控制算法進行控制。增量式PID控制算法可以通過（式2—2）推導出。由（式2—2）可以得到控制器的第k—1個采樣時刻的輸出值為：

（式2-4）=凡心i+ +孔弓（式2-4）TOC\o"1-5"\h\z/fy-o /將（式2-2）與（式2-4）相減并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式為:△"*=久一葉一1=心（與一與一|+ ―*I"）Ti T…TTd、叱，2Td..Td、（式2-5）=加+成一飛-）弓一軟U+p圮-1 （式2-5）\o"CurrentDocument"JiT T T—"jf+S&f+^jt-2A=枷1+4+空）B=AXI+亍h（式2-6）由（式2-5）可以看出，如果計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T,一旦確定A、B、C。只要使用前后二次測量的偏差值，就可以由（式2-6）求出控制量。增量式PID控制算法與位置式PID算法（式2-2）相比，計算量小的多，因此在實際中得到廣泛的應用