基于單片機(jī)的水流量報(bào)警器在電弧爐冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：電弧爐電極噴水冷卻技術(shù)是近幾年新開發(fā)的降低電極消耗的一項(xiàng)重要技術(shù)，采用噴水直接冷卻，屏蔽電極，減少氧化消耗，降低爐頂溫度，實(shí)現(xiàn)良好的冷卻效果。冷卻系統(tǒng)中對(duì)水流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)量就顯得尤為重要，因此，流量檢測技術(shù)不可或缺。并且節(jié)約用水離不開流量檢測技術(shù)的支持，渦輪式的流量測量技術(shù)精確度高，可重復(fù)性好，通過傳感器檢測水流量值，當(dāng)累計(jì)流量超過設(shè)置的閾值，系統(tǒng)自動(dòng)采取相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量值。

關(guān)鍵詞：噴水冷卻；流量檢測；瞬時(shí)流量；累計(jì)流量

0 引言

20世紀(jì)末到21世紀(jì)初時(shí)，很多制造廠商逐漸涉入到水流量報(bào)警器控制行業(yè)中，企業(yè)把研究水流量報(bào)警器控制系統(tǒng)作為最有前途的研究項(xiàng)目。本文設(shè)計(jì)的報(bào)警器具有安全、易擴(kuò)展、成本低等特點(diǎn)，采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了其最小系統(tǒng)和外圍電路，軟件系統(tǒng)主要包括底層驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序[1]。本文介紹了水流量報(bào)警器控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，主要論述了系統(tǒng)的功能描述和總體網(wǎng)關(guān)架構(gòu)描述方案設(shè)計(jì)，并對(duì)本系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文研究的控制系統(tǒng)以器件集成化方法進(jìn)行研究的設(shè)計(jì)，主要是運(yùn)用將集成化的器件分成塊狀的控制部分，被研究的分支和數(shù)據(jù)傳輸分支，分步滿足相應(yīng)部分，所有的分支完成后組合在一起，設(shè)計(jì)出完整的控制系統(tǒng)，最后進(jìn)行綜合測試。

1.1 繼電器和蜂鳴器控制電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)水泵負(fù)載工作狀態(tài)是運(yùn)用繼電器控制電路來實(shí)現(xiàn)的[2]。繼電器主要工作原理是若內(nèi)部線圈流入正電源，則常開觸點(diǎn)導(dǎo)通，常閉觸點(diǎn)斷開。本設(shè)計(jì)運(yùn)用型號(hào)為SRD-05VDC-SL-C繼電器，切換承受電壓電流為AC220V/10A、DC30V/10A，完全滿足系統(tǒng)的需求。由于單片機(jī)I/O管腳輸出的電流微小，不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，必須增加額外的電流放大電路，因此設(shè)計(jì)了圖1.1繼電器及驅(qū)動(dòng)電路，放大電路選用的是9012三極管驅(qū)動(dòng)電路[5]。

上圖中三極管的1號(hào)管腳接電源VCC（5V），2號(hào)管腳通過串聯(lián)1K電阻接入單片機(jī)引腳（P12），3號(hào)引腳連接到繼電器的線圈。在三極管2號(hào)管腳接入高電平（5V）時(shí)三極管會(huì)一直處于關(guān)斷狀態(tài)，則繼電器的線圈無電源接入狀態(tài)；當(dāng)三極管2號(hào)管腳接入低電平（0V）時(shí)，則三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而繼電器的線圈接通電源，繼電器閉合，例外LED指示燈也發(fā)亮，提示電路已經(jīng)接通，若再給三極管2號(hào)管腳接入高電平（5V）時(shí)，繼電器發(fā)斷開。由于蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路相同，都是采用三極管進(jìn)行設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的，這里不再作詳細(xì)介紹。

2.系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1主控程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用Keil uVision4軟件編寫與調(diào)試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的C語言編寫。系統(tǒng)的總體框架是當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行模塊初始化，若有模塊器件損壞，則不能正常運(yùn)行；然后系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，若處理的數(shù)據(jù)正確，則開始接受數(shù)據(jù)把傳輸?shù)捷敵龆俗鬟M(jìn)一步處理[3]。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如2.1所示。從設(shè)計(jì)的軟件總流程圖可知，控制器與各個(gè)電路模塊間數(shù)據(jù)通信主要有一個(gè)主流程和四個(gè)子流程，主流程是系統(tǒng)軟件不斷訪問各個(gè)子模塊以及子模塊把數(shù)據(jù)反饋到控制中心，子流程是請(qǐng)求處理數(shù)據(jù)信號(hào)與相應(yīng)功能子函數(shù)之間的通信[4]。

2.2 水流量檢測程序設(shè)計(jì)

在單片機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)中，使用兩個(gè)定時(shí)器。一個(gè)普通定時(shí)器用作計(jì)數(shù)器，用來對(duì)傳感器輸出的脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)；一個(gè)重復(fù)中斷定時(shí)器時(shí)用于定時(shí)，并一直產(chǎn)生一定時(shí)間間隔的定時(shí)器中斷，中斷函數(shù)中讀取計(jì)數(shù)器的值并將其保存于變量A中，同時(shí)累加到變量B中，再將計(jì)數(shù)器清零，由變量A和變量B計(jì)算出瞬時(shí)流量和累積流量；這樣就實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)流量和累積流量的實(shí)時(shí)更新。其流程圖如圖2.2所示。

3.結(jié)論

本文研究分析了水流量報(bào)警器在電弧爐冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用52單片機(jī)為控制芯片，利用各個(gè)組合模塊電路，使得設(shè)計(jì)設(shè)備模塊化、集成化，設(shè)計(jì)了一款數(shù)字智能控制系統(tǒng)方案。這種水流量報(bào)警器系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方式上運(yùn)用了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與上報(bào)顯示方案。詳細(xì)介紹了水流量報(bào)警器硬件平臺(tái)搭建，重點(diǎn)介紹了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的數(shù)據(jù)采集、處理等功能，完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

趙倩（1986.9.3-），女，遼寧沈陽人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：控制理論與技術(shù)