基于單片機的水流量報警器在電弧爐冷卻系統中的應用

摘 要：電弧爐電極噴水冷卻技術是近幾年新開發的降低電極消耗的一項重要技術，采用噴水直接冷卻，屏蔽電極，減少氧化消耗，降低爐頂溫度，實現良好的冷卻效果。冷卻系統中對水流量的實時監控計量就顯得尤為重要，因此，流量檢測技術不可或缺。并且節約用水離不開流量檢測技術的支持，渦輪式的流量測量技術精確度高，可重復性好，通過傳感器檢測水流量值，當累計流量超過設置的閾值，系統自動采取相應的動作，實時顯示瞬時流量和累計流量值。

關鍵詞：噴水冷卻；流量檢測；瞬時流量；累計流量

0 引言

20世紀末到21世紀初時，很多制造廠商逐漸涉入到水流量報警器控制行業中，企業把研究水流量報警器控制系統作為最有前途的研究項目。本文設計的報警器具有安全、易擴展、成本低等特點，采用了模塊化設計思想，降低了系統設計難度。硬件系統設計了其最小系統和外圍電路，軟件系統主要包括底層驅動程序和應用程序[1]。本文介紹了水流量報警器控制系統總體方案設計，主要論述了系統的功能描述和總體網關架構描述方案設計，并對本系統中的關鍵技術進行了闡述。

1.系統硬件設計

本文研究的控制系統以器件集成化方法進行研究的設計，主要是運用將集成化的器件分成塊狀的控制部分，被研究的分支和數據傳輸分支，分步滿足相應部分，所有的分支完成后組合在一起，設計出完整的控制系統，最后進行綜合測試。

1.1 繼電器和蜂鳴器控制電路設計

本設計系統水泵負載工作狀態是運用繼電器控制電路來實現的[2]。繼電器主要工作原理是若內部線圈流入正電源，則常開觸點導通，常閉觸點斷開。本設計運用型號為SRD-05VDC-SL-C繼電器，切換承受電壓電流為AC220V/10A、DC30V/10A，完全滿足系統的需求。由于單片機I/O管腳輸出的電流微小，不能直接驅動繼電器線圈，必須增加額外的電流放大電路，因此設計了圖1.1繼電器及驅動電路，放大電路選用的是9012三極管驅動電路[5]。

上圖中三極管的1號管腳接電源VCC（5V），2號管腳通過串聯1K電阻接入單片機引腳（P12），3號引腳連接到繼電器的線圈。在三極管2號管腳接入高電平（5V）時三極管會一直處于關斷狀態，則繼電器的線圈無電源接入狀態；當三極管2號管腳接入低電平（0V）時，則三極管處于導通狀態，從而繼電器的線圈接通電源，繼電器閉合，例外LED指示燈也發亮，提示電路已經接通，若再給三極管2號管腳接入高電平（5V）時，繼電器發斷開。由于蜂鳴器驅動電路和繼電器驅動電路相同，都是采用三極管進行設計驅動電路的，這里不再作詳細介紹。

2.系統軟件平臺設計

2.1主控程序設計

本系統設計主要采用Keil uVision4軟件編寫與調試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的C語言編寫。系統的總體框架是當系統上電后，首先進行模塊初始化，若有模塊器件損壞，則不能正常運行；然后系統開始采集數據和處理數據，若處理的數據正確，則開始接受數據把傳輸到輸出端作進一步處理[3]。系統運行流程圖如2.1所示。從設計的軟件總流程圖可知，控制器與各個電路模塊間數據通信主要有一個主流程和四個子流程，主流程是系統軟件不斷訪問各個子模塊以及子模塊把數據反饋到控制中心，子流程是請求處理數據信號與相應功能子函數之間的通信[4]。

2.2 水流量檢測程序設計

在單片機的具體實現中，使用兩個定時器。一個普通定時器用作計數器，用來對傳感器輸出的脈沖數量進行計數；一個重復中斷定時器時用于定時，并一直產生一定時間間隔的定時器中斷，中斷函數中讀取計數器的值并將其保存于變量A中，同時累加到變量B中，再將計數器清零，由變量A和變量B計算出瞬時流量和累積流量；這樣就實現了瞬時流量和累積流量的實時更新。其流程圖如圖2.2所示。

3.結論

本文研究分析了水流量報警器在電弧爐冷卻系統中的應用，利用52單片機為控制芯片，利用各個組合模塊電路，使得設計設備模塊化、集成化，設計了一款數字智能控制系統方案。這種水流量報警器系統在硬件設計方式上運用了數據實時采集與上報顯示方案。詳細介紹了水流量報警器硬件平臺搭建，重點介紹了應用程序的設計，實現了預期的數據采集、處理等功能，完成了預期的設計目標。

參考文獻：

[1]Camps D M， Garcia S A， SERRANO P. Device- to-device communications with Wi-Fi direct： overview and experimentation . IEEE Wireless， 2013， 20 （3）： 96-104

[2]賀才軍.ZigBee技術無線傳感器網絡在工業監控系統中的應用研究[D]. 湖南大學， 2010：49-150

[3]楊希.無線傳感器網絡協議棧與定位技術的研究與實現[D]. 東南大學， 2012：185-199

[4]李振.基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制研究[D]. 云南農業大學， 2015：216-245

作者簡介：

趙倩（1986.9.3-），女，遼寧沈陽人，實驗師，碩士，研究方向：控制理論與技術