基于STC单片机的上吸式气化炉控制系统的设计

第34卷第1期帼农机化学报Vol.34 No.12013年1月Jourmal of Chinese Agricultural MechanizationJan. 2013DO: 10.3969/jissn.2095- -553.2013.01.046基于STC单片机的上吸式气化炉控制系统的设计郭媛媛，郜天振，范红(东华大学，上海市，201620)摘要:我国生物质能资源比较丰富。本文针对适合我国农村家用的上吸式气化炉燃烧器的控制系统进行设计,并提出了一种基于STC单片机的上吸式生物质气化炉控制系统的设计，给出了系统硬件和软件设计方法，实现了配风、配氧、点火、下料等功能的自动控制，大大解决了手动控制的缺点，方便了用户操作,对推动新农村建设具有广泛的意义。关键词:生物质气化炉; STC单片机;控制系统中图分类号: TM76文献标识码: A文章编号: 2095- -555 (2013) 01-0190-04郭媛媛,郜天振,范红.基于STC单片机的上吸式气化炉控制系统的设计[J].中国农机化学报, 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路则通过继电器进行控制。0引言系统的工作原理:本设计的单片机控制是核心部生物质气化是一种热化学处理技术,将低品质的件，子系统的CPU主要接收热电偶检测到的温度信固态生物质原料转换成使用方便而且清洁的生物质燃号,同时要对信号进行处理，控制点火电路的工作;气、在生产、生活、发电、干燥、供暖等领域得到利同时与主系统的CPU通过MAX232接口进行通信。用。目前，我国生物质气化技术也日趋完善。我国已主系统单片机通过PWM调速控制风机转速，完成配进人实用阶段的生物质气化炉装置种类较多,用途广风、配氧;通过继电器控制气化炉的各个功能部件的泛,已取得良好的社会经济效益川。工作，并通过LED显示。系统总体方案如图1所示。本文针对农村现实状况，设计了上吸式生物质气开盖LED显示化炉控制系统。系统以两片STC12C5A16AD单片机为核心组成主、从系统，通过MAX232接口电路进行排烟主系统CPU上位机通信主系统和从系统的数据传输。从系统通过热电偶检测|出灶.STC12C5A16AD t。进风温度并将处理后的信号传输到主系统单片机，主系统单片机通过PWM控制风机转速，完成配风、配氧。[ 下料←t+配氧同时主系统通过LED实时显示气化炉的运行状态并I MAX232接口通信完成对各部件开关的控制。1生物质气化炉控制系统的结构设计及总体| 点火电路从系统CPU温度检测STC12C5A16AD方案图1生物质气化炉控制系统原理框图生物质气化炉控制系统分主系统和从系统两部Fig. 1 Biomass gasifier control system block diagram分。主系统和从系统的控制芯片采用STC12C5A16AD2硬件电路设计单片机为主控制核心，主系统配以MAX232接口与子系统进行通信。同时主系统包括进风、配氧、下料、2.1 STC12C5A16AD 单片机出灶、开盖等控制电路以及LED显示电路。子系统本设计的主系统和从系统均采用宏晶公司高性能包括热电偶温度检测和点火电路，其中采用单片机STC12C5A16AD。该单片机为52内核8位机,MAX6675作为热电偶的放大与数字转换器，点火电内部集成了多路AD转换模块.片上资源丰富,减少中国煤化工收稿日期: 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，硕士研究生;研究方向为电子与@sina.com通讯作者:范红，女，1976年生，吉林长春人，博士;研究方向为电子信息获取与处理。E-mail: ccfanhong@163.com第!期郭媛嫒等:基于STC单片机的上吸式气化妒控制系统的设计191了外围器件的使用,大大提高了系统的稳定性2。并且量。高输出电压50V,输人与TTLCMOS/PMOS/DTL片内具有16K的Flash程序存储器，可以提供两路八兼容,继电器驱动应用。位PWM波形输出，支持ISP功能，通过芯片RS232继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统可以与计算机的串行口相连接。(又称输人回路)和被控制系统(又称输出回路),通常2.2配风、 配氧控制电路应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去脉冲宽度调制(PWM) 是一种对模拟信号电平进控制较大电流的一种“自动开关"。故在电路中起着行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方自动调节、安全保护、转换电路等作用。波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进光耦以光为媒介传输电信号。它对输人、输出电行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任信号有良好的隔离作用。输人的电信号驱动发光二极何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON), 要么管(LED),使之发出一定波长的光，被光探测器接收完全无(OFF)。 电压或电流源是以一种通(ON) 或断而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的了电一光-电的转换，从而起到输人、输出、隔离的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即作用。由于光耦合器输人输出间互相隔离，电信号传是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和可以使用PWM进行编码。抗千扰能力。又由于光耦合器的输人端属于电流型工PWM调速的工作方式有两种:双极性工作制和作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信对PWM的占空比调节来确定电动机的转速和转向。号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠本设计中采用单片机内部产生的PWM控制风机的转性。常用的线性光耦是PC817A-C系列。本设计中主速实现配风、配氧。配风与配氧电路设计原理相同,要应用光耦的开关和隔离作用且PC817A价格便宜,其中配氧控制电路原理图见图2。故选用PC817A。其中开盖原理图如图3所示:12+. D3101INS82 (2日3 FGAI配氧817cR321K4.7KRA212Q311k1 U314 R33IK2TRF521GMOTOR2字3开盖图3开盖原理 图图2配氧控制电路原理图Fig. 3 Opening the lid schematieFig. 2 Oxygen control cirecuit schematice2.4温度检测电路2.3ULN2001A驱动及继电器控制电路从系统中需要进行温度检测，在工业生产中最常本设计针对上吸式气化炉，对所有动作部件如开用的温度传感器是K型热电偶。它具有结构简单、盖、排烟、出灶、下料,均采用继电器进行控制,克制造容易、使用方便、测温范围宽等特点。目前,在服了手动控制的缺点。同时为防止继电器在上电之后以K型热电偶为测温元件的工业测温系统中，热电动作，本设计中采用ULN200IA (16) 作为驱动和隔偶输出的热电势信号必须经过中间转换环节才能输入离控制。ULN2001A是-.组高耐压、大电流达林顿晶基于单片机的嵌人式系统。中间转换环节包括信号放体管阵列，由7个NPN达林顿管组成，具有通过共大、冷端补偿中国煤化工部分，在实际阴极箝位二极管实现高压输出的特性，可用于电感性应用中由于中DHCNMH G难，系统的抗负载转换。单个达林顿管的额定集电极电流为干扰性能往往也小生心。平以"时脸死器测温电路采500mA。达林顿管可经并联后,获得更大的电流容用了MAX6675,它是一个集成了热电偶放大器、冷092中国农机化学报2013年端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数2.5 点火控制电路字转换器叫,可以直接与单片机接口,大大简化系统的从系统的点火控制电路见图4,主要采用继电器设计，保证了温度测量的快速与准确。进行控制，克服了手动控制的缺点。=点火开关是ACOMEOM点火巴专Corent DO学四PoNQuTS 5100aN器NSaUT?COMMON CLAMPixL0006蜂鸣器言圉4继电器点火控制电路Fig. 4 The relay ignitin control circuit2.6 LED显示电路2) 温度跟踪模式(峰值跟踪调整法)。确定目标.本系统中设计三位LED用来实时显示灶头内温度温度，配风一定,配氧为变量,通过增加配氧量，同和配风、配氧等情况,可让系统运行状况一目了然。时检测温度的变化，如果温度随配氧量增加而增加,当温度达到某值不变时，说明此时达到最佳配氧点,3生物质气化炉控制系统的软件设计此时温度如果没有达到目标温度，此时须按最佳点时生物质气化炉控制系统的从系统通过热电偶检测的风氧配比同时增加风氧量，当达到目标温度时，此温度并将处理后的信号传输到主系统单片机，并通过时的配风配氧即为最佳。软件设计控制气化炉的配风、配氧。同时主系统通过配风配氧程序流程图如图6所示:LED实时显示气化炉的运行状态和配风、配氧量。|配风配氧程序入口主系统软件流程图如图5所示。主系统初始化配风一定，配氧变量,增加配氧量自动点火按最佳的升温到目标温度N.风氧比同时是否检测到温度信号N↓Y|增加风氧量|风氧比最佳配风配氧程序退出|加料、排烟，开盖，出灶圄6配风配氧程序 流程图Fig. 6 The flow program chart of oxygenILED显示|replenishment with wind图5主系统软件流程图4结论中国煤化工Fig. 5 Flow chart of main sofware system其中配风配氧程序如下:,MHCNMH G,本设计针心.anihinn气化炉设备，证1)初始配风配氧值的配点。(下转第213页)第1期陈卫东等:基于ABAQUS的切削速度与刀具寿命研究线性的，而且与传统的加工速度影响程度也不同。因Li Dan, Wang Hongxiang, et al. Test Research on Chip Forna-此在进行高速切削时，控制适当的速度对刀具的寿命tion of Ultra_ precision Tuming[J]. Manufacturing Technology &是十分有利的，对降低生产成本和提高生产效率也是Machine Tool, 2002, (6);: 17-19.非常有效。[4]石亦平,周玉蓉. ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京:机械工业出版社, 2006: 42-63.参考文献[5]刘展. ABAQUS6.6基础教程与实例详解[M].北京:中国水利[1]武文革,辛志杰.金属切削原理及刀具[M],北京:国防工业出.水电出版社, 2008: 115~136.版社, 2009: 168~174.[6]庞新福,杜茂华.基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元[2]张伯霖.高速切削技术及应用[M]. 北京:机械I业出版社,分析[]工具技术, 2008, 42(2): 39-42.2002: 8~17.Pang Xinfu, Du Maohua. Finite Element Analysis (FEA) and[3]李旦,王洪祥，等.超精密车削切屑形成过程的试验研究[J].Study on Two-dimensional Cutting Process Based on ABAQUS制造技术与机床, 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页)字技术与应用, 2011, (1): 61-62.实了基于STC单片机的设计足以完成气化炉燃烧器Zhu Zhiqiang. Design of the sensitivity alcohol detecting system的各项控制，实现了精密的配风、配氧,并实现了点based on STCI2 SCM [小Digital Technology and Application,火、下料等功能的自动控制。即在该控制系统中采用2011, (11) :61~62.单片机方案既满足控制系统的工作需求，又可以节省[2]袁涛,张铁冰.铂电阻测温仪的设计与实现[u]. 电子技术应成本。用, 2005, (9); 26~27.Yuan Tao, Zhang Tiebing. Design and implementation of theplatinum resistance temperature measuring instrument, Appli-[1]朱志强.基于STC单片机的灵敏酒精检测系统的设计J.数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中国煤化工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.