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2008-10-15 13:34:34
1 引 言
风量和煤粉的均匀分配是保障工业燃煤锅炉和经济运行的重要条件，也是保证煤粉充分燃烧的决定性因素。
锅炉良好的燃烧状态可有效避免炉内火焰中心偏移、防止炉镗两侧温差过大、降低能耗及提高设备的使用寿命。因此，采用科学的方法，较为精确的实时监控各喷燃器入口的风速、风压、温度等参数，是工业燃煤锅炉经济运行的必备前提。
在锅炉实际运行中，由于受测量手段等诸多因素的影响，目前国内电厂对工业燃煤锅炉一、二次风速的检测普遍采用静压测量方式，因此不能正确反映一、二次风管内的风速等状况；此外，由于在单位时间内，进入喷燃器的风量不仅取决于压力，还与风速、温度有着密切的关系，增加了测量难度。传统的锅炉参数测量多采用单通道、专门功能的计量仪表，不能满足多通道的综合检测、集中监控与数据比较分析的需要。本设计采用低成本的单片机和外围监测电路，实现对工业燃煤锅炉多通道风压、风速、温度的实时监测与显示，并与上位机通讯，进行数据处理、打印与。
2 系统组成和工作原理
2.1 系统组成
本监测仪采用89C52单片机作为核心控制器件，按照模块化的设计原则，将监测系统分为：CPU主控卡、通道控制、数据、A／D转换、放大电路、键盘及显示等功能模块，系统组成框图如图1所示。
模块化设计的结果使监测系统结构简洁，便于维护，可靠性得到提高，而且也使系统的功能扩展成为可能，可为系统预留一定的升级空间。
2.2 工作原理
锅炉多路风压、风速在线监测系统的工作原理为：键盘／显示模块作为外设与CPU实现人一机信息交流；同时，CPU经通道控制模块选择采集通道，对被选择通道的数据相继进行信号采集、放大、A／D转换后输入CPU，在CPU内部经运算、比较、数值转换处理后输出到键盘／显示模块，显示所要监测的相关数据。当要求显示风压大小时，直接将采集的风压数据经过放大、转换即可；当要求显示风速大小时，则须将采集的风压和温度数据按照式(4)计算(软件程序计算)后，送键盘／显示模块显示相应通道及风速。
3 硬件设计
3.1 通道选择电路
本系统共有16路数据采集通道，表1为通道选择真值表，可以通过89C52的P1口控制16个通道的选通状态(Q1～Q4)。图2为通道选择控制电路，8D锁存器74LS373的输入引脚D1～D8与89C52的P1口连接，输出脚Q1～Q6用于选择控制16个通道，其中：Q4，Q5，Q6分别与A1(74LS138)的A、B、C脚相连；定义A1的输出口Y0，Y1为A2或A3的片选控制信号，当Y0为低电平时选择A2芯片工作，当Y1为低点平时选择A3工作；74LS373的Q1，Q2，Q3则分别与A2，A3芯片的A，B，C脚直接相连，实现采集通道的8选1控制，再与Q4高／低电平2个状态结合，就可实现16路通道的选择。
3.2 程控信号放大电路
传感器输出的电压信号比较小，与A／D转换输入端口不匹配，必须在A／D转换前加一个信号放大电路，选用超低漂移高精度运算放大器OPO7。又由于通道数较多，各通道参数的精度、量程不同，因此，监测到的信号需要根据不同的通道，选择合适的放大倍数，更好地完成信号的放大处理，为A／D转换器提供更为精确的采集信号。 图3为放大电路，采用4路选择开关CD4052芯片来选择放大倍数Ki。用图2中的74LS273的Q7，Q8输出端口控制CD4052芯片，选择X0，X1，X2，X3，实现电阻R1，R2，R3，R4的切换，进而实现改变放大倍数的目的。
放大倍数
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3.3 A／D转换电路
选用ADI公司的16位串行口的A／D转换芯片AD7715，它使用开关电容逐次逼近技术完成A／D转换过程，只有1路模拟输入。逐次转换各个通道数据，将转换完的数据存储在数据存储器里，需要用时再取出来。该芯片具有自校准、系统校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。
图4为AD7715与89CA2的连接，单片机的P2.2，P2.1，P2.0引脚分别与AD7715的SCLK、DRDY、DOUT(DIN)引脚连接。由于AD7715的输入与输出不同步，所以输入与输出引脚接在单片机的同一个引脚P2.0上。AD7715的片选信号(CS)直接接地，模拟信号由AIN(+)引脚进入，经转A／D换后由DOUT输出数字信号到单片机，而单片机运算处理过的数据则由DIN输入给AD7715，其中AIN(+)，AIN(-)，DIN，DOUT均是串行口。MCLKIN，MCLKOUT主时钟信号端(即晶振连接端)。
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