宁波大学答题纸
（2014 —2015 学年第一学期）
课号： 课程名称： 计算机控制系统 改卷教师： 学号： 姓 名： 得 分：
锅炉系统的介质温度、液位的调节系统设计
一、综述
本文基于16位CPU和多路转换开关CD4052设计了一种双路控制锅炉介质温度和液位的系统，并给出了硬件选择、整个硬件系统的框图和软件实现的程序框图。该控制系统是用16位的CPU及其相关硬件来实现，利用传感器测量温度和水位的数据。CPU循环检测传感器输出状态。如果传感器读取的数据偏离设定值较大，CPU根据数据类型来发出温度或者水位控制信号。然后通过多路开关的选择，CPU自动控制并打开燃料通道或者水阀门使锅炉的温度或水位到达设定值。当温度到达设定值时，系统自动关闭燃料通道和水阀门。 二、设计要求
用16位的CPU、多路开关等硬件设计一锅炉系统的介质温度、液位的调节系统。要求：1.选择硬件；2.画出整个硬件系统的框图；3.软件实现的程序框图。 三、总体设计
锅炉控制系统是以液位测量信号和温度测量信号两路信号作为控制信号，即水位测量信号和温度测量号经过一定的处理和转换送到CPU内部。CPU根据测量值与设定值的偏差去控制给水调节阀和燃料通道来改变给水量和燃料的输入来保持水位保持在允许误差范围之内。
查阅相关资料可知，传感器检测到的电压经电桥电路变换后比较微弱，一般不易直接进行A/D转换。所以在经电桥转变后的信号需要经过仪表放大器进行放大，我们选择AD620。由于该控制系统是多路的输入输出，所以它需要多路转换开关来控制温度信号和水位信号的切换。CD4051是一种双4对1多路开关，既可以从多路到单路转换，也可以用于从单路到多路转换，符合本系统设计的要求。所以多路转换开关我们选择CD4051。
在该控制系统中，两路的信号动态范围不一致，为了能够实现相同的动态变化，我们选择在多路开关后面加一个程控放大器-LH0084。而且模拟量输入通
道的变化范围会随被测量的环境和时间的变化而改变。所以为了能够自动改变放大器的增益，使信号通过放大器后，具有合适的动态范围，便于A/D转换。 AD转换需要一定的时间，此时会出现被转换的模拟信号不是原本的信号从而降低了AD转换的精确度。为了确保AD转换精度，我们在AD转换器前面加一个采样保持电路使转换期间输入模拟信号保持不变。
经过前面的一些处理，模拟信号就可以进行AD转换，再通过I/O接口电路输入到CPU中。经过CPU的分析和处理，将发出相应的控制信号（数字信号）经过DA转换得到相应的模拟控制信号。由于经过转换后的模拟信号太小，无法驱动鼓风机和进出水阀门两个负载工作，所以我们在负载前面加一个功率放大器来提高信号的驱动负载工作。
以上就是系统硬件的设计，软件的设计主要是CPU读取采集过来经过处理后的输入信号，然后与设定值进行一个比较。如果比较的结果大于一定的范围则输出控制信号对负载进行调节，否则不断读取采集的信息直到信息与设定值出现偏差。 四、硬件选择
水位传感器和温度传感器：用于测量锅炉内的温度和水位。
仪表放大器（AD620）：将传感器检测到的信号进行放大，便于A/D转换 CD4051多路转换开关：实现温度和水位检测控制输入输出通道的切换，切换控制的过程在CPU控制下完成。
程控放大器（LH0084）：通过数字电路来控制模拟放大电路的放大倍数。 采样保持器（LF398）：为了保证转换精度，使A/D转换期间输入模拟信号保持不变。
AD574，DA1210：ADC和DAC，进行信号的转换。 鼓风机：在CPU的控制下，控制燃料进入锅内。 进出水阀门：在CPU的控制下，控制进入锅内的水的进出 功率放大（LM386）：产生大功率输出驱动鼓风机和进出水阀门
五、硬件系统的框图
根据实验设计可得系统的框图：
电压信号I/O接口电路AD574采样保持器（LF398）程控放大器（LH0084）CD4051多路转换开关仪表放大器（AD620）电桥电路（作为温度变送器）温度变化温度控制信号16位CPU信号转换功率放大1I/O接口电路DA1210CD4051多路转换开关采样保持器（LF398）信号转换功率放大2液位控制信号鼓风机、燃料输入通道进出水阀门锅炉系统水位变化I/O接口电路AD574采样保持器（LF398）程控放大器（LH0084）CD4051多路转换开关仪表放大器（AD620）I/V转换电路电流信号水位传感器 图1. 硬件系统的框图
六、程序流程图
根据系统设计可得程序框图：
开始系统初始化温度多路开关选择输入通道液位测量当前锅炉温度（AD采集）测量当前锅炉液位（AD采集）Y温度=设定值？液位=设定值？YNNYN温度>设定值？液位>设定值？YDA转换DA转换NDA转换NDA转换增加燃料投入量减少燃料投入量开出水阀门开入水阀门 图2. 软件实现的程序框图
七、课程设计结论和心得体会
通过此次设计，我掌学会了如何去设计一个控制系统，掌握了基本的设计步骤，认知被控对象、设计控制方案、选择控制规律、选择过程仪表、选择过程模块、参数整定、设计系统流程图，收获很大。
当然在这次课程设计，也发现了自己的很多不足之处，比如对所学计算机控制技术原理掌握的还不够牢固，知识应用不够灵活等。在以后的学习中一定要脚踏实地、一丝不苟的对待所学专业知识，认真学习、精益求精。
参考文献
[1]刘士荣. 计算机控制系统（第二版），机械工业出版社 [2]邵裕森.过程控制工程,，机械工业出版社
[3]陈益飞.锅炉温度测控系统的设计[J].制造业自动化 [4]胡寿松.自动控制原理（第五版），科学出版社 [5]百度文库：锅炉水位控制：
http://wenku.http://www.china-audit.com//view/adafb4f9fab069dc502201c1.html
