基于STC單片機的上吸式氣化爐控制系統的設計

第34卷第1期幗農機化學(xué)報Vol.34 No.12013年1月Jourmal of Chinese Agricultural MechanizationJan. 2013DO: 10.3969/jissn.2095- -553.2013.01.046基于STC單片機的上吸式氣化爐控制系統的設計郭媛媛，郜天振，范紅(東華大學(xué)，上海市，201620)摘要:我國生物質(zhì)能資源比較豐富。本文針對適合我國農村家用的上吸式氣化爐燃燒器的控制系統進(jìn)行設計,并提出了一種基于STC單片機的上吸式生物質(zhì)氣化爐控制系統的設計，給出了系統硬件和軟件設計方法，實(shí)現了配風(fēng)、配氧、點(diǎn)火、下料等功能的自動(dòng)控制，大大解決了手動(dòng)控制的缺點(diǎn)，方便了用戶(hù)操作,對推動(dòng)新農村建設具有廣泛的意義。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)氣化爐; STC單片機;控制系統中圖分類(lèi)號: TM76文獻標識碼: A文章編號: 2095- -555 (2013) 01-0190-04郭媛媛,郜天振,范紅.基于STC單片機的上吸式氣化爐控制系統的設計[J].中國農機化學(xué)報, 2013, 34(1): 190-192,213Guo Yuanyuan ,Gao Tianzhen, Fan Hong. Design of control system for biomass gasifter suction style based on STC [小Joumal ofChinese Agricultural Mechanization, 2013, 34();: 190-192,213路則通過(guò)繼電器進(jìn)行控制。0引言系統的工作原理:本設計的單片機控制是核心部生物質(zhì)氣化是一種熱化學(xué)處理技術(shù),將低品質(zhì)的件，子系統的CPU主要接收熱電偶檢測到的溫度信固態(tài)生物質(zhì)原料轉換成使用方便而且清潔的生物質(zhì)燃號,同時(shí)要對信號進(jìn)行處理，控制點(diǎn)火電路的工作;氣、在生產(chǎn)、生活、發(fā)電、干燥、供暖等領(lǐng)域得到利同時(shí)與主系統的CPU通過(guò)MAX232接口進(jìn)行通信。用。目前，我國生物質(zhì)氣化技術(shù)也日趨完善。我國已主系統單片機通過(guò)PWM調速控制風(fēng)機轉速，完成配進(jìn)人實(shí)用階段的生物質(zhì)氣化爐裝置種類(lèi)較多,用途廣風(fēng)、配氧;通過(guò)繼電器控制氣化爐的各個(gè)功能部件的泛,已取得良好的社會(huì )經(jīng)濟效益川。工作，并通過(guò)LED顯示。系統總體方案如圖1所示。本文針對農村現實(shí)狀況，設計了上吸式生物質(zhì)氣開(kāi)蓋LED顯示化爐控制系統。系統以?xún)善琒TC12C5A16AD單片機為核心組成主、從系統，通過(guò)MAX232接口電路進(jìn)行排煙主系統CPU上位機通信主系統和從系統的數據傳輸。從系統通過(guò)熱電偶檢測|出灶.STC12C5A16AD t。進(jìn)風(fēng)溫度并將處理后的信號傳輸到主系統單片機，主系統單片機通過(guò)PWM控制風(fēng)機轉速，完成配風(fēng)、配氧。[ 下料←t+配氧同時(shí)主系統通過(guò)LED實(shí)時(shí)顯示氣化爐的運行狀態(tài)并I MAX232接口通信完成對各部件開(kāi)關(guān)的控制。1生物質(zhì)氣化爐控制系統的結構設計及總體| 點(diǎn)火電路從系統CPU溫度檢測STC12C5A16AD方案圖1生物質(zhì)氣化爐控制系統原理框圖生物質(zhì)氣化爐控制系統分主系統和從系統兩部Fig. 1 Biomass gasifier control system block diagram分。主系統和從系統的控制芯片采用STC12C5A16AD2硬件電路設計單片機為主控制核心，主系統配以MAX232接口與子系統進(jìn)行通信。同時(shí)主系統包括進(jìn)風(fēng)、配氧、下料、2.1 STC12C5A16AD 單片機出灶、開(kāi)蓋等控制電路以及LED顯示電路。子系統本設計的主系統和從系統均采用宏晶公司高性能包括熱電偶溫度檢測和點(diǎn)火電路，其中采用單片機STC12C5A16AD。該單片機為52內核8位機,MAX6675作為熱電偶的放大與數字轉換器，點(diǎn)火電內部集成了多路AD轉換模塊.片上資源豐富,減少中國煤化工收稿日期: 2012年3月26日修回日期: 2012年8月8日HCNMH G第一作者:郭媛媛,女，1988 年生,河北霸州人，碩士研究生;研究方向為電子與@sina.com通訊作者:范紅，女，1976年生，吉林長(cháng)春人，博士;研究方向為電子信息獲取與處理。E-mail: ccfanhong@163.com第!期郭媛嬡等:基于STC單片機的上吸式氣化妒控制系統的設計191了外圍器件的使用,大大提高了系統的穩定性2。并且量。高輸出電壓50V,輸人與TTLCMOS/PMOS/DTL片內具有16K的Flash程序存儲器，可以提供兩路八兼容,繼電器驅動(dòng)應用。位PWM波形輸出，支持ISP功能，通過(guò)芯片RS232繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統可以與計算機的串行口相連接。(又稱(chēng)輸人回路)和被控制系統(又稱(chēng)輸出回路),通常2.2配風(fēng)、 配氧控制電路應用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去脈沖寬度調制(PWM) 是一種對模擬信號電平進(jìn)控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)"。故在電路中起著(zhù)行數字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計數器的使用,方自動(dòng)調節、安全保護、轉換電路等作用。波的占空比被調制用來(lái)對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)光耦以光為媒介傳輸電信號。它對輸人、輸出電行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任信號有良好的隔離作用。輸人的電信號驅動(dòng)發(fā)光二極何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有(ON), 要么管(LED),使之發(fā)出一定波長(cháng)的光，被光探測器接收完全無(wú)(OFF)。 電壓或電流源是以一種通(ON) 或斷而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的了電一光-電的轉換，從而起到輸人、輸出、隔離的時(shí)候即是直流供電被加到負載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即作用。由于光耦合器輸人輸出間互相隔離，電信號傳是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠,任何模擬值都輸具有單向性等特點(diǎn),因而具有良好的電絕緣能力和可以使用PWM進(jìn)行編碼?？骨_能力。又由于光耦合器的輸人端屬于電流型工PWM調速的工作方式有兩種:雙極性工作制和作的低阻元件,因而具有很強的共模抑制能力。所單極性工作制。單極性工作制是單片機控制口一端置以，它在長(cháng)線(xiàn)傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和提高信噪比。在計算機數字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信對PWM的占空比調節來(lái)確定電動(dòng)機的轉速和轉向。號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠本設計中采用單片機內部產(chǎn)生的PWM控制風(fēng)機的轉性。常用的線(xiàn)性光耦是PC817A-C系列。本設計中主速實(shí)現配風(fēng)、配氧。配風(fēng)與配氧電路設計原理相同,要應用光耦的開(kāi)關(guān)和隔離作用且PC817A價(jià)格便宜,其中配氧控制電路原理圖見(jiàn)圖2。故選用PC817A。其中開(kāi)蓋原理圖如圖3所示:12+. D3101INS82 (2日3 FGAI配氧817cR321K4.7KRA212Q311k1 U314 R33IK2TRF521GMOTOR2字3開(kāi)蓋圖3開(kāi)蓋原理 圖圖2配氧控制電路原理圖Fig. 3 Opening the lid schematieFig. 2 Oxygen control cirecuit schematice2.4溫度檢測電路2.3ULN2001A驅動(dòng)及繼電器控制電路從系統中需要進(jìn)行溫度檢測，在工業(yè)生產(chǎn)中最常本設計針對上吸式氣化爐，對所有動(dòng)作部件如開(kāi)用的溫度傳感器是K型熱電偶。它具有結構簡(jiǎn)單、蓋、排煙、出灶、下料,均采用繼電器進(jìn)行控制,克制造容易、使用方便、測溫范圍寬等特點(diǎn)。目前,在服了手動(dòng)控制的缺點(diǎn)。同時(shí)為防止繼電器在上電之后以K型熱電偶為測溫元件的工業(yè)測溫系統中，熱電動(dòng)作，本設計中采用ULN200IA (16) 作為驅動(dòng)和隔偶輸出的熱電勢信號必須經(jīng)過(guò)中間轉換環(huán)節才能輸入離控制。ULN2001A是-.組高耐壓、大電流達林頓晶基于單片機的嵌人式系統。中間轉換環(huán)節包括信號放體管陣列，由7個(gè)NPN達林頓管組成，具有通過(guò)共大、冷端補償中國煤化工部分，在實(shí)際陰極箝位二極管實(shí)現高壓輸出的特性，可用于電感性應用中由于中DHCNMH G難，系統的抗負載轉換。單個(gè)達林頓管的額定集電極電流為干擾性能往往也小生心。平以"時(shí)臉死器測溫電路采500mA。達林頓管可經(jīng)并聯(lián)后,獲得更大的電流容用了MAX6675,它是一個(gè)集成了熱電偶放大器、冷092中國農機化學(xué)報2013年端補償、A/D轉換器及SPI串口的熱電偶放大器與數2.5 點(diǎn)火控制電路字轉換器叫,可以直接與單片機接口,大大簡(jiǎn)化系統的從系統的點(diǎn)火控制電路見(jiàn)圖4,主要采用繼電器設計，保證了溫度測量的快速與準確。進(jìn)行控制，克服了手動(dòng)控制的缺點(diǎn)。=點(diǎn)火開(kāi)關(guān)是ACOMEOM點(diǎn)火巴專(zhuān)Corent DO學(xué)四PoNQuTS 5100aN器NSaUT?COMMON CLAMPixL0006蜂鳴器言圉4繼電器點(diǎn)火控制電路Fig. 4 The relay ignitin control circuit2.6 LED顯示電路2) 溫度跟蹤模式(峰值跟蹤調整法)。確定目標.本系統中設計三位LED用來(lái)實(shí)時(shí)顯示灶頭內溫度溫度，配風(fēng)一定,配氧為變量,通過(guò)增加配氧量，同和配風(fēng)、配氧等情況,可讓系統運行狀況一目了然。時(shí)檢測溫度的變化，如果溫度隨配氧量增加而增加,當溫度達到某值不變時(shí)，說(shuō)明此時(shí)達到最佳配氧點(diǎn),3生物質(zhì)氣化爐控制系統的軟件設計此時(shí)溫度如果沒(méi)有達到目標溫度，此時(shí)須按最佳點(diǎn)時(shí)生物質(zhì)氣化爐控制系統的從系統通過(guò)熱電偶檢測的風(fēng)氧配比同時(shí)增加風(fēng)氧量，當達到目標溫度時(shí)，此溫度并將處理后的信號傳輸到主系統單片機，并通過(guò)時(shí)的配風(fēng)配氧即為最佳。軟件設計控制氣化爐的配風(fēng)、配氧。同時(shí)主系統通過(guò)配風(fēng)配氧程序流程圖如圖6所示:LED實(shí)時(shí)顯示氣化爐的運行狀態(tài)和配風(fēng)、配氧量。|配風(fēng)配氧程序入口主系統軟件流程圖如圖5所示。主系統初始化配風(fēng)一定，配氧變量,增加配氧量自動(dòng)點(diǎn)火按最佳的升溫到目標溫度N.風(fēng)氧比同時(shí)是否檢測到溫度信號N↓Y|增加風(fēng)氧量|風(fēng)氧比最佳配風(fēng)配氧程序退出|加料、排煙，開(kāi)蓋，出灶圄6配風(fēng)配氧程序 流程圖Fig. 6 The flow program chart of oxygenILED顯示|replenishment with wind圖5主系統軟件流程圖4結論中國煤化工Fig. 5 Flow chart of main sofware system其中配風(fēng)配氧程序如下:,MHCNMH G,本設計針心.anihinn氣化爐設備，證1)初始配風(fēng)配氧值的配點(diǎn)。(下轉第213頁(yè))第1期陳衛東等:基于A(yíng)BAQUS的切削速度與刀具壽命研究線(xiàn)性的，而且與傳統的加工速度影響程度也不同。因Li Dan, Wang Hongxiang, et al. Test Research on Chip Forna-此在進(jìn)行高速切削時(shí)，控制適當的速度對刀具的壽命tion of Ultra_ precision Tuming[J]. Manufacturing Technology &是十分有利的，對降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率也是Machine Tool, 2002, (6);: 17-19.非常有效。[4]石亦平,周玉蓉. ABAQUS有限元分析實(shí)例詳解[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2006: 42-63.參考文獻[5]劉展. ABAQUS6.6基礎教程與實(shí)例詳解[M].北京:中國水利[1]武文革,辛志杰.金屬切削原理及刀具[M],北京:國防工業(yè)出.水電出版社, 2008: 115~136.版社, 2009: 168~174.[6]龐新福,杜茂華.基于A(yíng)BAQUS的二維直角切削加工有限元[2]張伯霖.高速切削技術(shù)及應用[M]. 北京:機械I業(yè)出版社,分析[]工具技術(shù), 2008, 42(2): 39-42.2002: 8~17.Pang Xinfu, Du Maohua. Finite Element Analysis (FEA) and[3]李旦,王洪祥，等.超精密車(chē)削切屑形成過(guò)程的試驗研究[J].Study on Two-dimensional Cutting Process Based on ABAQUS制造技術(shù)與機床, 2002. (6): 17~19.[小] Tool Engineering, 2008, 42(2): 39~42.Based on the ABAQUS cutting speed and tool life studiesChen Weidong, Xu Yuejin, Li Suiping(Chongqing College of Electronic Engineering, Chongqing, 401331, China)Abstract: By using ABAQUS finite elcment software in dfferent cuting speed on cutting process simulation, analysis of dfferent cutingspeed and l0l stress changes, access to the tol tip timne stress curve, clarfies between the tool life and the cuting speed the nonlinear rela-tion, put forward the appropriate speed limit is to reduce cost and improve productivityKeywords: cutting speed; thermo -mechanical coupling; finite element model; tool life(上接第192頁(yè))字技術(shù)與應用, 2011, (1): 61-62.實(shí)了基于STC單片機的設計足以完成氣化爐燃燒器Zhu Zhiqiang. Design of the sensitivity alcohol detecting system的各項控制，實(shí)現了精密的配風(fēng)、配氧,并實(shí)現了點(diǎn)based on STCI2 SCM [小Digital Technology and Application,火、下料等功能的自動(dòng)控制。即在該控制系統中采用2011, (11) :61~62.單片機方案既滿(mǎn)足控制系統的工作需求，又可以節省[2]袁濤,張鐵冰.鉑電阻測溫儀的設計與實(shí)現[u]. 電子技術(shù)應成本。用, 2005, (9); 26~27.Yuan Tao, Zhang Tiebing. Design and implementation of theplatinum resistance temperature measuring instrument, Appli-[1]朱志強.基于STC單片機的靈敏酒精檢測系統的設計J.數cation of Electronic Technique, 2005, (9);: 26-~27.Design of control system for biomass gasifer suction style based on STCGuo Yuanyuan ,Gao Tianzhen, Fan Hong(Donghua University, Shanghai, 201620, China)Abstract: Biomass energy resources are abundant in China. In this paper the auhor make a design of control system for Biomass GasiferSuctionStyle which is suitable for China's rural household. And put forward a design of control system for Biomass Casier Suction Stylebased on STC. the system of hardware and software are designed. The result show that中國煤化工natic control with thefunctions of wind, oxygen, ignition and flling. It grealy solves the shortcomings of man-:t for the users, pro-YHCNMH G"motes the development of the new rural construction and has the extensive significance.Keywords: biomass gasifier; STC; control system.