循环水动态模拟装置微机测控系统设计

徐智超 陈冠同 石成鑫

大连科技学院 电气工程学院 辽宁大连 116052

摘要：随着社会的不断发展，科技也在不断进步，选择精确的模拟装置，实现循环水动态模拟装置实验过程精准监测、提高效率、节约资源是工业水处理系统的迫切需要。在本设计中，动态模拟测试工具的每一步都有自动控制，包括数据、过程分析等。主要包括下位控制站硬件配置，操作和软件流程，以及上位操作站的应用程序接口功能。 该系统易于操作且易于管理。 经过一系列测试，设备齐全，符合设计要求，可以正常运行，并满足模拟设备装置管理系统的基本要求。

关键词：循环水动态装置，单片机，温度检测

引言

在工业生产中，产生的热能需要冷却。冷却系统一般分为水冷却和风冷却。大型工业企业的水主要利用水冷。目前循环水处理设备越来越精密，动辄耗资千万以上，这样大的设备如果没有系统监控和人工调试的话，对设备和工厂都是一个灾难，由于设备的精密性和技术要求越来越高，再单一的使用人工监测的话，是不可能实现的。针对以上状况，本课题着眼于解决现实问题，通过运用单片机技术、自动测控系统设计等设计出循环水动态模拟装置微机测控系统。

1 硬件系统设计

1.1 前向通道设计

本系统需要对入口温度，出口温度，蒸汽温度，入口流量四个参数进行测量。其中共两台模拟装置,包括6路温度检测，2路流量检测。

（1）温度信号前向通道组成框图

图1.1 前向通道组成框图

1.2 主机电路设计

MCS-51系列单片机没有专门的I/O空间，当在单片机片外扩展I/O设备时，必须为每个I/O设备映射一个或数个确定的外部数据存储器地址，或者一段确定的存储空间，译码电路就是实现这一作用的。

图1.2 主机电路

图1.2是主机电路组成图，是由AT89C55单片机和X5045芯片组成的，外接晶体振荡器构成时钟电路。

1.3 后向通道组成

为了节约I/O口资源，对于分辨率较高的D/A转换器一般是选择串行输入方式的，TLC5615是生产于美国德州仪器公司的一款10位D/A转换器，可以把检测的每路温度都有着与其对应关系的4～20mA电流信号，根据需求供给调节器还有记录装置和DCS系统。硬件电路设计如图1.3所示。

图1.3 4路4～20mA输出电路

在如图1.3的 4路电流信号输出电路中，TLC5615是10位串行D/A转换器。SCLK、DIN、分别与单片机P1口的P1.1、P1.2、P1.3相接，通过这3个引脚，严格遵守TLC5615的时序要求，编制D/A输出驱动程序。

为了最大程度的简化硬件电路、减小硬件电路规模，设计利用一个D/A转换器实现4路电流信号输出。在图1.3中采用1个多路模拟开关CD4051以及利用内嵌4个运算放大器的LM324，设计了4路模拟电压保持器和电压/电流转换器。通过单片机P2.4、P2.5、两个引脚输出不同的编码，可以将D/A转换器输出的模拟电压保持到不同保持电路中。

保持电路中的保持电容 C1（C2、C3、C4）取0.01μF时，可在10μS内完成充电。通过软件控制每接通一路保持器时，接通时间保持在2mS，逐路均时接通，4路重复接通时间为8mS。实验测试数据证明，当依次接通每路输出保持器,每隔8 mS接通一次时，输出保持器的保持精度远高于0.1%，完全满足控制输出的需要。

设计的模拟保持电路同时具有电压/电流转换功能，转换输出电流I在输出达林顿管的集电极引出（外接负载）。 TLC5615满量程输出电压Vout与D/A转换器的参考电压由式Vout=2Vref决定，当取Vref = 1V，R1 = 100Ω时，通过TLC5615输出的最大电流：

_式（1-1）

1.4 其他电路设计

人机接口电路的设计主要包含按键电路和LED显示电路。通信电路采用通用RS-485电路。

由于本设计所需的电源有以下几种：+5V电源、+10V电源、±5V电源、+12V电源。目前应用最广泛的线性稳压器的种类有很多，但是最主要常用的就只有集成三端稳压器。由此设计出本系统采用的电源电路。

2软件系统设计

主机电路的驱动程序是X5045的驱动程序，主要有单片机正常工作时访问WDT 驱动程序、配置WDT超时时间与EEPROM保护驱动程序与EEPROM读/写程序。

单片机在正常工作的时候是循环不断的访问WDT，使WDT不会产生复位信号，但是也有需要注意的部分，就是这个程序应该每隔一个不超过WDT超时周期的确定的时间就间隔运行一次。依据X5045使用的规则来说，它的引脚发生跳变能实现对内部WDT定时器的复位，跳变是高电平到低电平的。由此，具体程序如下：

CS BIT P1.5 ；P1.5是连接5045之

引脚的I/O口线

RST_WDT: CLRCS ；准备发送

SETB CS ；命令发送

RET

3 结论

本设计基于循环水系统的改进，实现了模拟装置微机测控系统。该系统可以精确检测温度和流量，将数据上传至上位机中。该设计系统在模拟领域是值得推荐的。相比真正的循环水系统，本设计由于是模拟系统，所以在人力物力上都节省了很多资源。

参考文献

[1] 王盛麟.工业循环水处理技术改进措施[J],化工管理,2017,7,32-33.

[2] 张林.一种循环冷却水运行质量在线检测设备及方法[J],资源节约与环保,2017,4,5-7.

[3] 王开来.循环水系统两机三泵运行方式的分析与应用[J],科技与创新,2016,2,21-22.

[4] 高宏岩,孙长乐.基于单片机的过程控制实验平台设计[J],实验科学与技术,2018,3,5-6.