某靜電除塵系統(tǒng)控制器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　2015屆畢業(yè)生</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　題 目: 某靜電除塵系統(tǒng)控制器設(shè)計 </p><p>　　院系名稱： 專業(yè)班級：

2、 </p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　指導教師： 教師職稱： 副教授 </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目次</b>&

3、lt;/p><p><b>　　1 引言3</b></p><p>　　1.1 電除塵器的發(fā)展3</p><p>　　1.2 本課題的研究意義4</p><p>　　1.3 本課題的主要工作4</p><p>　　2 電除塵基本原理5</p><p>　　2

4、.1 氣體的電離7</p><p>　　2.2 電暈放電7</p><p>　　2.3 粉塵粒荷電8</p><p>　　2.4 振打清灰8</p><p>　　2.5 電除塵基本過程9</p><p><b>　　2.6 小結(jié)9</b></p><p&

5、gt;　　3 高壓供電設(shè)備10</p><p>　　3.1 高壓供電整流設(shè)備10</p><p>　　3.2 自動調(diào)壓控制器11</p><p>　　3.3 小結(jié)12</p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計13</p><p>　　4.1 單片機介紹13</p><p>

6、;　　4.2 單片機最小系統(tǒng)電路14</p><p>　　4.3 GP2Y1010AU0F 灰塵傳感器15</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路18</p><p>　　4.4 按鍵電路19</p><p>　　4.5 顯示電路19</p><p>　　4.6 振打裝置控制20</p

7、><p>　　4.7 報警電路設(shè)計23</p><p>　　4.8 系統(tǒng)總體原理圖設(shè)計23</p><p>　　5 軟件總體設(shè)計25</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖25</p><p>　　5.2 粉塵濃度采樣設(shè)計流程圖25</p><p><b>　

8、　結(jié)論27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，空氣污染現(xiàn)象日趨嚴重?？諝馕廴疚?/p>

9、的主要排放源有電力、冶金、煉油、煉鋼和化工等工業(yè)。這些排放的工業(yè)廢氣中含有大量粉塵顆粒物，一方面會造成空氣污染、對人體健康造成危害，另一方也造成了貴重金屬的流失。在21世紀的今天，環(huán)保已經(jīng)成為衡量一個國家綜合實力的重要指標之一，可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。因此，對工業(yè)廢氣排放出來的粉塵進行有效的控制與防治，是大氣環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一。</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計全世界每年向大氣中排放的污染物高達6億噸，其中粉

10、塵的含量達到了16％。煤炭加工、發(fā)電廠、電力部門、冶金行業(yè)、大型煉油廠、石油化工等工業(yè)都是粉塵的排放源。工業(yè)粉塵不僅會危及人類健康，而且會造成貴重金屬的流失。目前，常用的除塵技術(shù)種類主要有以下幾類：旋風除塵、濕法除塵、靜電除塵、過濾除塵等，而高壓靜電除塵器（ESP）在這些除塵技術(shù)中獨樹一幟，它以除塵高效、智能化、維護簡單、操作方便等優(yōu)點，而占據(jù)了廣闊的市場。</p><p>　　靜電除塵作為治理大氣污染的重要手段

11、，目前大多數(shù)企業(yè)采用的靜電除塵裝置是采用晶閘管調(diào)壓的供電系統(tǒng)。隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，對企業(yè)的廢氣排放要求也隨之提高。當前，經(jīng)濟高速發(fā)展，人民的生活水平提高，對環(huán)境保護的要求也隨之提高，作為控制大氣污染的主要設(shè)備一一除塵設(shè)備，面臨巨大的發(fā)展機遇。</p><p>　　1.1 電除塵器的發(fā)展</p><p>　　從18世紀開始，靜電開始走入科學家們的視野，隨后有人提出并使用了靜電除塵的

12、概念，并指出電可使煙氣中的粉塵顆粒沉淀。1906年科特雷爾發(fā)明出工業(yè)用電除塵裝置。第二年工業(yè)用靜電除塵器就投入使用，成功地處理了流速為95L/S的含塵氣體。隨后電除塵技術(shù)走上了理論發(fā)掘，試驗理論，應(yīng)用技術(shù)這樣循環(huán)的發(fā)展過程。</p><p>　　電除塵器的應(yīng)用范圍已經(jīng)普及整個工業(yè)領(lǐng)域，其除塵方式可以是干式的，濕式洗滌式或者電除霧式的。</p><p>　　目前，電除塵技術(shù)的理論還處于發(fā)展階

13、段，還屬于經(jīng)驗工程的學科，它涉及</p><p>　　范圍廣泛，電物理、電氣工程及其自動化、電力電子、化學材料、機械工程及其自動化、空氣動力學等都有襯出技術(shù)的應(yīng)用。電除塵器的效率取決于原件制造工藝、原件質(zhì)量、供給電路以及維護管理等各方面。靜電除塵器經(jīng)歷了百年的發(fā)展，已經(jīng)成為防治大氣煙塵污染的重要利器。 </p><p>　　今后，除塵器仍將是火力發(fā)電廠、冶煉金屬廠、石油化工廠等的主要治污

14、手段。靜電除塵器在接下來應(yīng)該從以下幾個方面進行發(fā)展：(1)提高供電水平代替常規(guī)供電方式，不僅發(fā)展前景廣闊，而且節(jié)約經(jīng)濟。(2)優(yōu)化本體設(shè)計，減少靜電除塵器的體積，降低投資成本。(3)對于亞微米級顆粒的高效靜電除塵器投入并加快發(fā)展。(4)結(jié)合其他有效除塵方法以提高除塵性能。(5)開發(fā)靜電除塵器的其他應(yīng)用。</p><p>　　以往的電除塵器通常面臨著諸如高比電阻、粉塵粉塵濃度、高粘度等問題，而電除塵器性能的改造升級

15、，主要取決于對靜電力理論的研究突破以及在實踐中總結(jié)出來的除塵經(jīng)驗，隨著人們環(huán)保意識的提高，原有的電除塵器已經(jīng)落后。對電除塵器的設(shè)計，應(yīng)該從極配形式設(shè)計，氣流均布設(shè)計，振打設(shè)計等方面考慮，電除塵應(yīng)開發(fā)適應(yīng)性廣、智能化、安全性好、可靠性高的新型控制系統(tǒng)。同時電除塵器就除塵效率、脫硫工藝、脫硝一體化技術(shù)等應(yīng)給予足夠的重視。</p><p>　　1.2 本課題的研究意義</p><p>　　當前

16、，對于電除塵理論的研究還不完備，缺少很多在實踐中解決問題的知識,電除塵器的結(jié)構(gòu)還不夠合理，供電系統(tǒng)還不能夠滿足需求以及高比電阻的問題等問題都嚴重影響著除塵器的發(fā)展，但電除塵器的效率遠遠高于其他除塵方式的效率，使得電除塵方式不可被其他除塵方式所替代。我國的電除塵技術(shù)的發(fā)展歷史交晚，但發(fā)展速度之快是令人難以想象的。從理論上認識電除塵器，發(fā)現(xiàn)電除塵器存在的問題，虛心接受外國先進技術(shù)的指導，認識到我國電除塵器制造水平得不足。同時認真研究外國的先

17、進生產(chǎn)工藝。在中高頻開關(guān)電源方面還存在著不足，電除塵器的品種規(guī)格和性能，本體的有些元器件的加工工藝，產(chǎn)品外觀等方面還需進一步提高。</p><p>　　總之，電除塵器性能受到很多因素的影響，除供電系統(tǒng)需要優(yōu)化外，電除塵器的設(shè)計、煙氣中粉塵含量、粉塵的體積和管理維護等均對電除塵器有著非常重要的影響。但對于正在工作的電除塵器，對系統(tǒng)的供電控制方面采取適當措施，是提高除塵效率最有效、最便捷、最直接的手段。因此對于電除塵

18、控制器的設(shè)計，對電除塵器的改進與發(fā)展等都有著非常重要的意義。</p><p>　　1.3 本課題的主要工作</p><p>　　本課題針對傳統(tǒng)的靜電除塵器的缺點和不足對除塵控制系統(tǒng)進行改造。改造原則利用新的設(shè)計方法，針對當前除塵設(shè)備的問題進行改造，使改造后的系統(tǒng)不僅除塵效率有較大提高，可靠性和安全性都有顯著提高，同時更加的節(jié)能。本文主要完成的工作:</p><p>

19、;　　1、熟悉靜電除塵工作的過程。</p><p>　　2、熟悉現(xiàn)場參數(shù)的測量檢測方法。</p><p>　　3、查閱相關(guān)文獻，經(jīng)分析論證后確定設(shè)計方案。</p><p>　　4、完成該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和相關(guān)軟件設(shè)計。</p><p>　　5、實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的各種功能。</p><p>　　6、按照規(guī)范要求撰寫畢業(yè)設(shè)計

20、說明書。</p><p>　　8．應(yīng)具備的條件：個人計算機及相關(guān)資料和軟件。</p><p>　　2 電除塵基本原理</p><p>　　電除塵器的基本原理是利用上萬伏的直流高壓，產(chǎn)生足夠強大的電場，此時電場中的氣體就會發(fā)生電離，由于強大的電場隨之會出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，進而懸浮塵粒荷電，懸浮的粉塵顆粒受到電場力的作用被捕集的除塵裝置。電除塵器有許多種類，但機械本體和

21、供電電源是任何除塵器都必不可少的，都是按照同樣的基本原理設(shè)計的。如圖2.1所示。與高壓相連的相連的極板叫電暈極，接地的極板叫集塵極。在極板的中心是電暈極，在電暈極和集塵極之間施加足夠高的直流高壓，由于他們之間的曲率不均勻，兩板之間便產(chǎn)生極不均勻的電場，電暈極附近的電場強度最高，所以它附近的氣體首先電離，產(chǎn)生電暈放電。隨著電壓逐漸升高，放電現(xiàn)象越發(fā)強烈。氣體電離產(chǎn)生大量正離子和自由電子，由于自由電子動能的降低，不足以使氣體發(fā)生碰撞電離而附

22、著在氣體分子上形成大量負離子。當含塵氣體從除塵器下部進氣管引入電場后，電暈區(qū)的正離子和電暈區(qū)外的負離子與塵粒碰撞并被吸附上，此時塵粒帶電。在電場力的作用下荷電粉塵向極性相反的電極運動，并被吸附到電極表面，當粉塵逐漸沉積達到一定的粉塵濃度時，通過振打裝置將電極上的粉塵振打下來，在傳送到收集裝置，而凈化后的氣體繼續(xù)排出，此時的煙氣已經(jīng)</p><p>　　圖2.1 電除塵原理圖</p><p>

23、;　　綜上所述，除塵過程(如圖2.2所示)可大概的概括為以下四個階段；①氣體的電離；②粉塵的荷電：⑧荷電粉塵的沉集與清灰。</p><p>　　圖2.2 靜電除塵基本過程</p><p>　　2.1 氣體的電離</p><p>　　使氣體導電的過程就是氣體的電離。氣體的電離是電除塵工作原理的一個重要組成部分。氣體的電離規(guī)律，是理解靜電除塵的前提?？諝庠谝话闱闆r下是

24、絕緣體，但當氣體分子獲得足夠的能量，譬如使氣體帶電，這時氣體分子中的電子就可能脫離電子核的束縛而成為自由電子。這些自由電子成為輸送電流的媒介，此時氣體能夠?qū)щ?。使氣體具有導電特性的過程為氣體電離。在電場力的作用下，得到動能的電子與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生大量自由電子和正離子。</p><p><b>　　2.2 電暈放電</b></p><p>　　由于自然界存在許多

25、放射線如宇宙射線、阿爾法射、伽馬射線等作用，氣體自身就會包含一些離子和自由電子。在陰陽兩極之間施加一定電壓時，這些帶電粒子受到電場力的作用，運動到電極性相反的方向，此時就可能形成電流。此種導電為非自發(fā)性電離導電過程。電暈放電如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 電暈放電原理圖</p><p>　　2.3 粉塵粒荷電</p><p>　　粉塵粒荷電是電除塵

26、過程中最基本的過程之一。粉塵荷電如圖2.4所示。在電除塵器的空間電場中，塵粒的荷電量與電場強度、比電阻、和滯留時間等因素有關(guān)。塵粒的荷電機理電場荷電、擴散荷電，而電場荷電是最主要的方式。</p><p>　　圖2.4 粉塵荷電圖 圖2.5 粉塵收附圖</p><p>　　在外電場力的作用下，粉塵荷電是離子沿電力線運動并且與塵粒相撞產(chǎn)生的結(jié)果。此時

27、作為電場中的塵粒因帶電被極化，從而改變原來外加電場的分布情況。塵粒表面與一部分電場線相交，帶電的運動離子與煙氣中的塵粒碰撞時，把電荷轉(zhuǎn)移給了塵粒。塵粒帶電之后，負電荷就會逐漸積累集中在一級，塵粒在收塵板正極的吸引作用下吸附在收塵板上。粉塵吸附如圖2.5所示。</p><p><b>　　2.4 振打清灰</b></p><p>　　荷電粉塵吸附到正電極后，在靜電力與

28、吸附力的作用下，會在電極上形成粉塵層，因此工業(yè)電除塵器中必須設(shè)計振打裝置，在已捕集的粉塵層中產(chǎn)生慣性力，用來克服粉塵在電極上的附著力，將粉塵層振打下來。</p><p>　　2.5 電除塵基本過程</p><p>　　排放的煙氣進入高壓電場，在進口封頭處安裝有氣流分布裝置，氣流分布裝置的作用：使煙氣在電場中分布均勻，進而粉塵荷電，同時避免因流速產(chǎn)生的粉塵顆粒二次飛揚。煙氣中的粉塵顆粒進入

29、電場后，在高壓電場的作用下氣體電離進而粉塵被荷電，最終被極板捕捉，粉塵被電極吸附在極板上面之后，通過振打被收入到灰斗中。當前振打方式主要有以下幾種：頂部電磁體方式，頂部傳動式，頂部脫鉤錘式與側(cè)向繞臂錘式等幾種方式。</p><p>　　灰斗清灰有兩種方式：定期清灰和連續(xù)清灰，定期排灰的優(yōu)點是不需要不停地去清理極板上收集的灰塵，當灰斗里儲存粉塵達到一定的量時，在進行清理。具有高效省時等優(yōu)點。出灰方式主要有干出和濕出

30、兩種，干出灰時把最終的灰塵通過傳送裝置送至料倉或灰?guī)欤瑵癯鰰r灰塵通過流水管道被最終沖到了水池里面。</p><p><b>　　2.6 小結(jié)</b></p><p>　　本章開篇分析電除塵的基本原理，就氣體的電離、粉塵的荷電、荷電粉塵的沉集與清灰等作了詳細的分析，電除塵器的除塵基本原理，對設(shè)計更加合理更加高效的的除塵設(shè)備具有指導性的意義。因此對于電除塵的基本原做了非

31、常細致的贅述。</p><p>　　3 高壓供電設(shè)備 </p><p>　　除了電除塵器本體結(jié)構(gòu)外，高壓供電電源在電除塵器中的作用是極其重要的，同時我們要兼顧低壓控制設(shè)備在電除塵器中所起到的作用。高壓供電電源在剛開始設(shè)計制造的時候，由于飽和電抗器調(diào)壓方式效率低下，應(yīng)答信號特性產(chǎn)的速度比較緩慢，迅速調(diào)壓在這種情況下還不能夠滿足現(xiàn)場的需求，可控硅調(diào)壓方式具有自動控制特性，高壓供電機組采用

32、可控硅調(diào)壓可以更加的安全可靠?？煽毓枵髯儔浩髂軌蜃詣涌焖偕龎汉徒祲海⑶宜墓╇娧b置能夠跟隨電場內(nèi)煙氣和粉塵含量變化，當電場一旦發(fā)生危險例如出現(xiàn)火花，由于可控硅整流器的自動控制特性能自動降壓而避免發(fā)生危險，一段時間后當恢復(fù)正常時，可以自動升高電壓到正常工作狀態(tài)，從而電除塵器能夠提高收塵效率。</p><p>　　3.1 高壓供電整流設(shè)備</p><p>　?。?） 機械整流器 機械

33、整流器主要是由升壓變壓器和同步電動機帶動的旋轉(zhuǎn)機械整流器構(gòu)成。機械整流器的缺點：機械鎮(zhèn)流器中的波形并不能維持在一定的范圍之內(nèi)，電流波動比較大，旋轉(zhuǎn)部件比較容易磨損，空氣隙由于相當于一定的電阻，故會造成電壓的損失，機械噪聲大，且不具有自動控制特性，整流效率低等缺點。而空氣隙火花放電時，使空氣中的N2和O2分子結(jié)合成N20和O3(臭氧)，危害電器設(shè)備并且威脅人類健康?；鸹ㄊ且环N放電現(xiàn)象，包含許多高次諧波，而高次諧波電流會向空中輻射，對周圍無

34、線電通信設(shè)備也會產(chǎn)生干擾。</p><p>　?。?） 電子管整流器 電子管整流器機械部件由于并不旋轉(zhuǎn)磨損，因此不存在空氣隙的火花放電和無噪聲，且有較高的整流效率。但是電子管存在不可避免的機械損耗，燈絲由于長時間的使用也會造成損耗，對于過電壓和過電流的承受是非常弱的，因此工業(yè)上不能得到廣泛的應(yīng)用。在電極施加交流電壓時，輸出的是脈動直流。電源的負極適合整流器的陰極是相連的。如進行全波整流，輸入的電流極不穩(wěn)定，而

35、且鐵心極易磁化當整流部分流過變壓器，而一次側(cè)的激磁電流會發(fā)生大的變化，因此我們可以采用雙半波整流或橋式整流，從而減少脈動和變壓器的直流磁化。</p><p>　?。?） 硒整流器 硒整流器具有和電子管整流器的優(yōu)點外，很多硒原件的串聯(lián)使得正向電阻變得異常的大，并且元件本身特性存在一定的雜散電容等，因此對火花放電時過電壓影響非常的大。但是硒堆擊穿后具有自恢復(fù)能力，也就是說硒堆在承受過電壓不能夠承受的時候被擊穿，當

36、過電壓消失后，硒堆能夠進行自我修復(fù)。因此它具有過載能力強，機械性能高，可靠性好等優(yōu)點。但是由于體積大不方便，已被硅整流器所代替。</p><p>　?。?） 硅整流器 硅整流器也是一種半導體整流器，以前的各種類型的整流器都不能與它相媲美，硅整流器串聯(lián)的硅元件少，體積小，反向阻抗大，電阻電抗小，整流效率高，反向抗壓性強，耐沖擊，硒整流器并不具有這些優(yōu)點。在大力發(fā)展整流器的浪潮中，國內(nèi)成功研制了雪崩式硅堆，具有恢

37、復(fù)能力。其缺點是硅整流器會因火花放電時出現(xiàn)相反極性的脈振電壓從而使得硅元件磨損，同時由于反向電壓的產(chǎn)生，必須采取相應(yīng)的保護措施。</p><p>　　本設(shè)計中采用的是硅整流器，硅整流器串聯(lián)的硅元件少，體積小，反向阻抗大，電阻電抗小，整流效率高，反向抗壓性強，耐沖擊，而其他整流器不具有他的優(yōu)點。</p><p>　　3.2 自動調(diào)壓控制器</p><p>　　為了使電

38、除塵器中的高壓部分的電壓能夠被智能化的控制，避免手動控制造成的誤差，以及存在的可能不安全因素，需要實現(xiàn)對電除塵器高壓部分的自動化控制，因此需要采用自動調(diào)壓控制起來實現(xiàn)，有兩種自動控制器可供選擇實現(xiàn)自動控制。</p><p>　　3.1.1飽和電抗器調(diào)壓自動控制器</p><p>　　在電除塵器中使用飽和電抗調(diào)壓器，不僅可以實現(xiàn)自動控制，而且可以促進硅整流器的改進和發(fā)展。飽和電抗器調(diào)壓原理方

39、框圖如圖3.1所示。工作原理為：飽和電抗器作為調(diào)壓限流元件，交流電源輸入端和飽和電抗器的調(diào)壓繞組相連，調(diào)壓繞組得到電源電壓產(chǎn)生的壓降，采用直流控制訊號來控制繞在鐵芯上的控制繞組中電流的大小時，飽和電抗器之中的電抗量也會發(fā)生改變，硅整流器的高壓直流輸出會由于產(chǎn)生的壓降變化也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實現(xiàn)達到自動調(diào)節(jié)。當電場出現(xiàn)閃絡(luò)，磁放大器會把閃絡(luò)放電訊號放大，飽和電抗器的控制電流隨之發(fā)生改變，電抗量和壓降發(fā)生適當?shù)恼{(diào)整，交流電壓進而得到調(diào)節(jié)，

40、從而實現(xiàn)消滅火花，實現(xiàn)穩(wěn)定電流的作用。</p><p>　　飽和電抗器調(diào)壓的優(yōu)點主要有結(jié)構(gòu)簡單、安全、控制簡單，易維護，缺點是由于鐵心磁滯，處理信號速度緩慢，并不能夠跟隨電場煙氣條件變化調(diào)節(jié)電壓，尤其是電場擊穿時，可能出現(xiàn)頻繁閃絡(luò)或者電弧放電，從而降低了電除塵設(shè)備的除塵效率。因此，目前已經(jīng)很少采用飽和電抗器。</p><p>　　圖3.1 飽和電抗器調(diào)壓原理方框圖</p>&

41、lt;p>　　3.1.2可控硅調(diào)壓自動控制器</p><p>　　可控硅調(diào)壓自動控制器主要是為了調(diào)節(jié)可控硅的導通角，硅整流變壓器的一次側(cè)輸入電壓會由于導通角的變化而發(fā)生改變，可控硅的導通主要是用到自動控制回路給定和反饋訊號作為標準，使高壓電源輸出的電壓跟蹤電場工況條件變化，達到自動調(diào)節(jié)的目的。同時控制回路還具有各種保護功能，例如在高壓供電機組發(fā)生短路、過流、閃絡(luò)、電弧等情況時，對機組進行故障隔離和限流保護。

42、</p><p>　　根據(jù)以上的描述，我們最終采用了可控硅調(diào)壓自動控制器，并運用可控硅調(diào)壓自動控制器進行最佳火花率控制方式跟蹤電場火花放電，達到較高的除塵效率。同時結(jié)合間歇式供電方式抑制反電暈，提高收塵效率、降低電耗，達到節(jié)能的目的。</p><p><b>　　3.3 小結(jié)</b></p><p>　　本章對高壓供電設(shè)備做了簡單的介紹，就高

43、壓供電機組的選擇，詳細的比較了各種整流器的優(yōu)缺點，最終我們選取了硅整流器，硅元件串聯(lián)少，體積小，反向阻抗大，正向阻抗小，整流效率高，反向耐壓高，耐沖擊等優(yōu)點使得硅整流器成為必然的選擇。然后就自動控制高壓設(shè)備的運行選擇自動調(diào)壓控制器做了方案論證，并確定使用可控硅調(diào)壓自動控制器。</p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 </p><p>　　本設(shè)計采用粉塵濃度傳感器來檢測空氣中的粉塵濃

44、度，采集到的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路將電流信號送到STC89C52單片機中進行分析處理。經(jīng)過處理后的信號會送給數(shù)碼管顯示出來，此即為當前除塵器中粉塵的濃度的信息。另外單片機會將該粉塵的粉塵濃度信息與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較，然后利用定時器設(shè)置時間，一段時間后極板上就會達到一定厚度的粉塵，此時控制振打裝置進行振打清灰。硬件電路框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)硬件電路框圖</p><

45、;p>　　4.1 單片機介紹</p><p>　　STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB 系統(tǒng)可編程Flash存儲器。并且繼續(xù)采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)

46、Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，全雙工串行口。另外 STC89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率

47、35MHz，6T/12T可選。</p><p>　　因此本設(shè)計采用STC89C52單片機作為主控芯片。如圖4.2所示是該單片機管腳圖。</p><p>　　它擁有8K可編程Flash存儲器，512Byte的RAM，4組8位的I/O接口和三個定時器，完全滿足本設(shè)計的需求。并且功耗低、價格便宜也是其作為產(chǎn)品的一大優(yōu)勢。</p><p>　　P0口是八位雙向I/O口，可被

48、作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用端口。</p><p>　　P1口是八位雙向I/O口，主要作為通用I/O使用。</p><p>　　P2口是八位雙向I/O口，可被作為高8位地址總線端口來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　P3口是八位雙向I/O口，除了作為通用I/O口使用外，主要是使用其第二功能。</p><p>　　圖4.2 單片機硬件

49、原理圖</p><p>　　4.2 單片機最小系統(tǒng)電路</p><p>　　晶振對于系統(tǒng)的運行是不可或缺的，它的作用是提供時鐘信號來使單片機正常工作，同時可以保持各部分同步。由于石英晶振具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗干擾能力，所以常用其來產(chǎn)生基準頻率。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。晶振英文全名是Crystal，它是時鐘電路中最重要的

50、部件，它在電路中所起的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等各部分提供一個基準頻率，只要是為了維持工作頻率，防止不穩(wěn)定造成相關(guān)設(shè)備因電路諧振出現(xiàn)問題。</p><p>　　如圖4.3是單片機的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，常在1.2MHz～24MHz之間選取。電容C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF

51、，晶振頻率為12MHz。</p><p>　　圖4.3 晶振電路硬件原理圖</p><p>　　復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到初始化狀態(tài)的電路，它的操作原理與計算器的原理基本相同，只是啟動原理和方法稍有差別。</p><p>　　如圖4.4所示就是一個簡單的RC復(fù)位電路原理圖。復(fù)位電路的主要功能是使單片機進行初始化。在復(fù)位引腳加上大于2個機器周期的高電平即可對單片

52、機進行復(fù)位。復(fù)位按鍵按下后，需要經(jīng)一定的延時后才能撤銷復(fù)位信號。因此，為了防止在按鍵過程中產(chǎn)生抖動而影響復(fù)位，利用RC復(fù)位電路即可解決此問題。</p><p>　　圖4.4 復(fù)位電路硬件原理圖</p><p>　　4.3 GP2Y1010AU0F 灰塵傳感器</p><p>　　針對粉塵的濃度采用灰塵傳感器進行采集，本設(shè)計中使用GP2Y1010AU0F灰塵傳感器

53、（如圖4.5）對粉塵濃度的采集，以下是對GP2Y1010AU0F灰塵傳感器的介紹。</p><p>　　圖4.5 GP2Y1010AU0F灰塵傳感器</p><p>　　它的正常工作電壓是：0.3-7 V工作電流是；20MA  工作溫度是;-10---65度，有效接收距離是；15M 接收角度是；正負60度.能分辨微小物品。該裝置中，一個紅外發(fā)光二極

54、管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA，11毫安典型的），可以搭載高達7VDC的傳感器。輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。</p><p>　　它的一般性能絕對最大額定值如表1：</p><p>　　表1 一般性能絕對最大額定值</p><p>　　內(nèi)部原理

55、圖如圖4.6所示，他的檢測原理是傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發(fā)射LED光，通過檢測經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的種類和灰塵的含量。</p><p>　　圖4.6 GP2Y1010AU0F灰塵傳感器內(nèi)部原理圖</p><p>　　GP2Y1010AU0F灰塵傳感器屬光學傳感器。它的光學特性如表2所示：</p><p>　　表2 GP2Y101

56、0AU0F灰塵傳感器電氣光學特性</p><p>　　GP2Y1010AU0F灰塵傳感器在硬件電路原理圖中表示如圖4.7所示，他在電路中的作用主要是采集粉塵的濃度。然后經(jīng)過A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送到單片機進行分析處理，進而產(chǎn)生相應(yīng)的操作。</p><p>　　圖4.7 GP2Y1010AU0F灰塵傳感器</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路</p&

57、gt;<p>　　GP2Y1010AU0F灰塵傳感器采集得到的是粉塵濃度信號，需要將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號次是需要采用A/D模塊，A/D轉(zhuǎn)換電路是采用A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由粉塵濃度傳感器獲得的粉塵粉塵濃度信號為模擬量，而單片機并不能直接識別模擬量，因此，只能將模擬量轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的數(shù)字量，單片機才能處理，A/D轉(zhuǎn)換電路正是起著這一關(guān)鍵作用。在本設(shè)計中采用ADC0809芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809

58、是一個8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其管腳分布如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 A/D轉(zhuǎn)換電路硬件原理圖</p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高

59、電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表3</p><p><b>　　所示。</b></p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；

60、在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。&l

61、t;/p><p><b>　　表3 通道選擇表</b></p><p><b>　　4.4 按鍵電路</b></p><p>　　按鍵電路是人機交互中的輸入端，用戶可以通過按鍵設(shè)定所需參數(shù)。在本設(shè)計中，共有四個按鍵，分別為復(fù)位、設(shè)置、加、減。復(fù)位鍵使得在按鍵被按下后單片機可以進行復(fù)位。設(shè)置鍵可以讓用戶對粉塵的粉塵濃度預(yù)設(shè)值進

62、行設(shè)置，正常模式下，數(shù)碼管顯示當前除塵器中粉塵的粉塵濃度，按下設(shè)置鍵后，則進入到設(shè)置預(yù)設(shè)值狀態(tài)，此時可以對預(yù)設(shè)值進行設(shè)置。加、減鍵可以在設(shè)置預(yù)設(shè)值狀態(tài)時增加或減少預(yù)設(shè)值的數(shù)值來設(shè)定參數(shù)。原理圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 按鍵電路硬件原理圖</p><p><b>　　4.5 顯示電路</b></p><p>　　顯示

63、電路是人機交互中的輸出端，用戶可以從這里獲得所需參數(shù)。本設(shè)計采用的顯示電路為四個8段LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管相比于LCD液晶屏來說，其顯示效果更直觀，并且受反光的影響較小，在較強光下LCD可能看不清顯示內(nèi)容，而在這種情況下LED數(shù)碼管的粉塵的粉塵濃度以及手動設(shè)置的預(yù)設(shè)值。</p><p>　　P0.0～P0.7位與4位LED數(shù)碼管的筆斷碼a、b、c、d、e、f和g分別對應(yīng)相連接。P2.0、P2.2、P2.4、P

64、2.6通過電阻為10k的R2～R5與三極管Q1～Q4的基極相連，三極管的集電極分別與對應(yīng)的數(shù)碼管的供應(yīng)端相連，三極管的發(fā)射極都接到電源+5v上。當某個三極管被選通時，對應(yīng)的數(shù)碼管就會被選中，顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)或者相應(yīng)的字母。原理圖如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11 數(shù)碼管硬件原理圖</p><p>　　4.6 振打裝置控制</p><p>　　理想的

65、清灰應(yīng)該是將各種不同特性的粉塵成塊的從極板、極線上振打下來，同時，沉積在電暈極和集塵極上的粉塵必須通過振打及時清除，電暈極上積灰過多，會影響放電。集塵極上積灰過多，會影響塵粒的驅(qū)進速度，對于高比電阻粉塵還會引起反電暈。及時清灰是防止電暈的措施之一。所以電除塵器對振打控制系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　?。?）清灰效率高；（2）可靠性高；（3）使用壽命長；（4）維修維護簡單；（5）振打加速度和頻率可以調(diào)整，盡

66、可能減少“二次粉塵”飛揚。</p><p>　　電除塵器按振打清灰方式在國際上分為頂部電磁振打和側(cè)部繞錘電機振打，比較兩種振打方式如下表3。</p><p>　　表3 頂部電磁振打和側(cè)部撓錘電機振打比較表</p><p>　　對比表中的各項指標，頂部電磁振打方式比較優(yōu)于側(cè)部繞錘式振打，因此在設(shè)計中采用頂部電磁振打裝置。 電磁錘振打器的工作原理：振打器在線圈

67、通電后，線圈周圍會產(chǎn)生磁場，振打棒在磁場力作用下被提升，達到一定高度時因為線圈斷電、磁場消失，振打棒會在重力作用下自由下落，撞擊振打桿，由振打桿將振打力傳遞到內(nèi)部陰、陽極系統(tǒng)或氣流分布裝置上，實現(xiàn)振打清灰的目的。本設(shè)計中直接通過單片機的I/O口控制繼電器的開斷，進而控制振打裝置的開關(guān)，實現(xiàn)清灰以達到減少粉塵的功能。頂部電磁振打裝置如圖4.12以及幾種電磁振打器的主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。</p><p>　　圖4.

68、12 頂部電磁振打裝置</p><p>　　表4 幾種電磁振打器的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　本設(shè)計中的頂部振打裝置采用的就是CZ-800A電磁振打器，它采用了近共振原理，具有體積小、壽命長、耗電量小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便的特點，電磁振打器同附加攪拌翼；送入脈動壓縮空氣等解除，“堵塞”“搭拱”方法相比具有設(shè)備費用低、維修量小的優(yōu)越性。</p><p>　　4.7

69、 報警電路設(shè)計</p><p>　　報警電路在本設(shè)計中的作用主要是起到保護作用，當電路中發(fā)生異常時，如果系統(tǒng)不能夠及時地發(fā)現(xiàn)，必定會對系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害。因而在發(fā)生異常時，由技術(shù)人員人為地操作使其恢復(fù)正常，保證電路恢復(fù)正常的運行，本設(shè)計中采用一個豐鳴器作為報警信號發(fā)生器。如圖4.13所示為報警電路的設(shè)計。</p><p>　　圖4.13 報警電路的設(shè)計</p><p&

70、gt;　　4.8 系統(tǒng)總體原理圖設(shè)計</p><p>　　前面介紹了GP2Y1010AU0F灰塵傳感器、按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路，在本節(jié)中需要對外圍硬件電路進行設(shè)計，根據(jù)它們之間相互關(guān)系，首先進行了大致的流程圖設(shè)計，然后對電路原理圖進行了設(shè)計。再用軟件來進行硬件原理圖的繪制。</p><p>　　根據(jù)上述的電路設(shè)計思路，總體硬件原理圖如圖4.14所示。</p><p&

71、gt;　　圖4.14 總體硬件原理圖 </p><p><b>　　5 軟件總體設(shè)計</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　如圖5.1所示為系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖。程序進入主函數(shù)后，進行各項參數(shù)的初始化，其中會設(shè)定一個默認的粉塵粉塵濃度參考值，如果之后不用設(shè)置按鍵進行修改，則程序?qū)源嗽O(shè)定值進行比較

72、。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將不停的采集粉塵濃度傳感器的數(shù)據(jù)，程序會將此采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較。如果該采集值大于等于系統(tǒng)設(shè)定的閾值，說明在收塵板上積聚的粉塵粉塵濃度過大，此時將啟動振打裝置，對收塵板進行振打清灰工作，執(zhí)行完這項操作之后會進行一段延時，然后繼續(xù)判定極板上的粉塵粉塵濃度是否達到預(yù)先設(shè)定的閾值，繼而重復(fù)操作。</p><p>　　圖 5.1 系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　5.2

73、 粉塵濃度采樣設(shè)計流程圖</p><p>　　如圖5.2所示為粉塵濃度采樣流程圖，在設(shè)計采樣程序時要給硬件和軟件設(shè)計一個適當?shù)谋壤蜃?，使傳感器信號再可能的變化范圍?nèi)變化值正好在8位A/D轉(zhuǎn)換允許的范圍00～FF之間，同時使軟件數(shù)據(jù)處理簡單，啟動A/D轉(zhuǎn)換進行數(shù)據(jù)采樣，可采用中斷方式，查詢方式和等待方式；因本設(shè)計程序量、計算量都不大，且采樣周期長，故采用查詢方式。</p><p>　　圖5

74、.2 粉塵濃度采樣流程圖 </p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　隨著人類環(huán)保意識不斷地加強，除塵工業(yè)在此背景下得到了前所未有的發(fā)展。在電除塵器中，電能被直接作用在煙氣中的塵粒上，電除塵器具有耗電少，效率高等優(yōu)點，因而成為世界公認的高效除塵器，在中國得到大力的推廣。電除塵設(shè)備在諸如鋼鐵、化學、電力等領(lǐng)域有著非常廣泛地應(yīng)用。近年來自

75、動化技術(shù)迅猛發(fā)展，在工廠中電除塵設(shè)備的地位變得尤為重要。</p><p>　　然而隨著國家最新頒布的污染排放標準，電除塵器的智能化和效率面臨著壓力和挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的電除塵器難以滿足要求。從某種意義上來說這種壓力和挑戰(zhàn)也是一種發(fā)展機遇。論文從電除塵原理入手，對目前電除塵器存在的問題進行了分析。</p><p>　　在環(huán)保日漸提上日程的今天，環(huán)保產(chǎn)品同時面臨著機遇和挑戰(zhàn)。隨著該高壓</p&g

76、t;<p>　　靜電除塵控制器功能的逐步完善，性能的逐步優(yōu)異，競爭力將會穩(wěn)步上升，將會</p><p>　　擁有良好的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場空間。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　大學的四年生活，如白駒過隙，在這里留下了汗水，也留下了收獲。首先，我</p><p>　　們的自學能

77、力明顯得到了提高，我要感謝我的指導老師，也非常感謝那些給予我極大幫助的同學，還有我的班主任老師，以及任課老師，感謝他們的教誨，讓我知道在社會上懂得怎樣去做好自己，端正自己的位置，為社會貢獻出我自己的力量。</p><p>　　對于我的畢業(yè)論文導師給予了極大地幫助。在剛接到論文題目的時候，腦海里完全就沒有一個完整的概念，每周一次的導師見面會，老師都給出一些特別好的建議，使我的想法不斷改善，感謝你從忙碌的教學工作中抽

78、出空閑來指導審查我的論文。感謝你嚴謹細致、一絲不茍的教導。由于你的指導，我得到了很多有益的啟發(fā)。最終在你的幫助下，完成了我的畢業(yè)論文，在這篇論文中也充分總結(jié)和運用了我在學校學到的文化知識。</p><p>　　衷心的感謝我的畢業(yè)設(shè)計輔導老師。他的諄諄教誨以及他孜孜不倦的教導，使我在感覺無助的時候，又重新燃起了希望。他以自己的經(jīng)驗和淵博的學識，指導著我完成了我的畢業(yè)設(shè)計，讓我再次感謝你，我的導師！</p>

79、;<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 何新龍，周懷春，於正前：火屯廠靜電除塵器故障診斷專家系統(tǒng)軟件開發(fā)，</p><p>　　自動化與儀器儀表，2008年第6期</p><p>　　[2] 陳光軍：環(huán)保靜電除塵系統(tǒng)設(shè)計，電子測量技術(shù)，2010年第三期</p><p>　　[3]

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