程瑞龍

摘要：本文介紹了一種以STC12C5A系列單片機(jī)為核心的火焰控制器的設(shè)計，該火焰控制器主要應(yīng)用于工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)，通過紫外線傳感器檢測鍋爐中是否有火焰，并實現(xiàn)相應(yīng)的控制要求。此裝置由單片機(jī)最小系統(tǒng)、執(zhí)行器單元、紫外線傳感器以及按鍵和顯示模塊組成。如果按下啟動按鈕，啟動點火功能和開通小號天然氣對應(yīng)氣閥，通過撥碼開關(guān)可以設(shè)置點火時間長短，點火時間過了，關(guān)閉點火變壓器，如果鍋爐內(nèi)有火焰，啟動大號天然氣對應(yīng)氣閥，如果在本階段連續(xù)一秒檢測不到火焰，關(guān)閉所有天然氣氣閥。本文闡述了各模塊的設(shè)計過程，最后對設(shè)備進(jìn)行了綜合調(diào)試。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；火焰控制器；點火變壓器

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0196-02

1 概述

在工業(yè)鍋爐燃燒過程中，如果燃燒不穩(wěn)定不僅影響燃燒效率，而且會引發(fā)爐膛熄滅，甚至?xí)l(fā)鍋爐爆炸事故。為了防止鍋爐不穩(wěn)定燃燒，必須能夠及時的檢測爐膛燃燒情況并作出相應(yīng)的處理，火焰控制器在工業(yè)鍋爐燃燒控制過程中至關(guān)重要。本文重點闡述了一款以STC12C5A系列單片機(jī)為核心的火焰控制器的設(shè)計。該款火焰控制器已經(jīng)穩(wěn)定應(yīng)用于多臺工業(yè)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)生火焰非正常情況下熄滅，確認(rèn)無誤，關(guān)閉天然氣電磁閥，并啟動報警裝置，直到人為解除報警為止。

2概述

鍋爐燃料在燃燒時釋放紫外線和紅外線，本火焰控制器系統(tǒng)中就是采用的霍尼韋爾火焰檢測探頭C7035來檢測火焰釋放的紫外線。C7035是一種帶動態(tài)自檢的、高分辨率、高可靠性的火焰檢測器，專門應(yīng)用于工業(yè)鍋爐燃燒情況的檢測。當(dāng)C7035接收到火焰信號后，隨著火焰強(qiáng)度越大其內(nèi)阻越小，采樣電阻上的電壓相對越高，根據(jù)電壓大小判斷火焰強(qiáng)度。

本系統(tǒng)控制裝置由四個繼電器驅(qū)動，分別為小火電磁閥控制、大火電磁閥控制和報警控制四個模塊。檢測部分由初始時間設(shè)定撥碼開關(guān)、啟動按鈕以及C7035火焰檢測傳感器構(gòu)成。初始時間設(shè)定撥碼開關(guān)可以設(shè)定系統(tǒng)持續(xù)點火時間（點火時間為4、6、8、10秒可調(diào)），系統(tǒng)檢測到啟動按鈕處于下降沿觸發(fā)并穩(wěn)定在閉合狀態(tài)，認(rèn)定啟動點火系統(tǒng)，由單片機(jī)控制啟動小火電磁閥，釋放天然氣，并接通點火變壓器打火，點火時間到了之后，關(guān)閉點火變壓器，并判斷鍋爐內(nèi)火焰是否正常，如果點火時間到了之后，檢測鍋爐內(nèi)火焰不正常，則關(guān)閉小火電磁閥并報警；如果火焰正常的話，啟動大火電磁閥，鍋爐正常工作。在鍋爐工作的過程中大火和小火電磁閥都打開，并隨時監(jiān)控鍋爐內(nèi)火焰燃燒情況，如果發(fā)現(xiàn)“黑火”或者火焰熄滅狀態(tài)持續(xù)一秒，立即關(guān)閉大小火對應(yīng)電磁閥并啟動聲光報警裝置。并要求系統(tǒng)能夠記錄最近10次的報警記錄。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本火焰控制系統(tǒng)是由STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換功能采集火焰強(qiáng)度，并利用3個LED指示燈顯示火焰強(qiáng)度，有火LED1亮，火焰強(qiáng)度高3個LED都亮。利用單片機(jī)內(nèi)部定時器功能實現(xiàn)系統(tǒng)運行時間的控制；驅(qū)動繼電器控制點火變壓器、小號天然氣電磁閥、大號天然氣電磁閥、報警模塊。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4硬件部分

在火焰控制系統(tǒng)中，STC12C5A60S2單片機(jī)是整個控制器的核心。火焰控制器的性能取決于系統(tǒng)所選取的單片機(jī)和火焰檢測傳感器的優(yōu)越程度和穩(wěn)定性，STC12C5A60S2單片機(jī)是一款加密型強(qiáng)、自帶AD轉(zhuǎn)換功能、有較好的抗干擾方面的性能、低功耗、支持在線編程、含內(nèi)部看門狗、由直流5V供電具有36個I/O口[1]；精簡指令結(jié)構(gòu)運行速度快價格便宜；與普通的51單片機(jī)兼容支持C語言開發(fā)[2]。而火焰檢測傳感器本系統(tǒng)選用的是帶動態(tài)自檢的、高分辨率、高可靠性的火焰檢測器霍尼韋爾火焰檢測探頭C7035來檢測火焰釋放的紫外線?；鹧?zhèn)鞲衅髟韴D如圖2所示。

5軟件部分

5.1 火焰控制系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計

本系統(tǒng)分為兩種模式，設(shè)定模式和工作模式，設(shè)定模式用于管理員在使用前根據(jù)各系統(tǒng)要求不同，通過撥碼開關(guān)設(shè)定點火時間。在工作模式如圖3所示，開機(jī)先設(shè)定點火時間的值，然后各模塊初始化，等待管理人員按下開始按鈕，由單片機(jī)繼電器啟動小號天然氣對應(yīng)的電磁閥，釋放天然氣，并接通點火變壓器打火，點火時間到了之后，關(guān)閉點火變壓器，并采集C7035返回的電壓值，判斷鍋爐內(nèi)火焰是否正常。如果火焰正常的話，啟動大火電磁閥，鍋爐正常工作。如果點火時間到了之后，檢測鍋爐內(nèi)火焰不正常，則關(guān)閉小火電磁閥并報警。在鍋爐工作的過程中大火和小火電磁閥都打開，并隨時監(jiān)控鍋爐內(nèi)火焰燃燒情況，如果發(fā)現(xiàn)“黑火”或者火焰熄滅狀態(tài)持續(xù)一秒，立即關(guān)閉大小火對應(yīng)電磁閥并啟動聲光報警裝置，必須要管理人員檢測鍋爐情況后再重關(guān)閉報警程序。并要求系統(tǒng)EEPROM能夠記錄最近10次的報警記錄。

5.2 EEPROM存儲

在系統(tǒng)運行過程中要求記錄最近10次報警記錄，本控制器采用了24C02存儲器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存，系統(tǒng)在每次報警時自動將相關(guān)報警數(shù)據(jù)保存在EEPROM中。系統(tǒng)中要求能夠查詢報警信息。

5.3 中斷服務(wù)程序

火焰控制器要求系統(tǒng)不管處于什么模式，一旦傳感器故障或者系統(tǒng)運行中連續(xù)一秒檢測無火焰的情況，要立即切斷天然氣電磁閥，并切換到報警模式中，所以報警模塊采用的中斷形式，中斷觸發(fā)后除立即執(zhí)行報警模塊外，還要修改報警信息到EEPROM中去。由于火焰控制器中涉及時間要求不嚴(yán)格，本系統(tǒng)直接采用了單片機(jī)內(nèi)部定時器來計時。

6結(jié)束語

本火焰控制器在STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的基礎(chǔ)上，采用了火焰檢測傳感器C7035檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，報警模塊采用中斷的形式，并添加了開機(jī)前恢復(fù)出廠設(shè)置的功能按鍵。在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)火焰?zhèn)鞲衅鰿7035工作不穩(wěn)定，檢查發(fā)現(xiàn)供電電源以及分壓電路沒有設(shè)計好；在調(diào)試階段采用了內(nèi)部EEPROM來保存相關(guān)數(shù)據(jù)，在小批量測試時發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)丟數(shù)據(jù)現(xiàn)象，后改加24C02解決問題。

該火焰控制器的設(shè)計成本較低，有較高的實際應(yīng)用價值?，F(xiàn)已大批量生產(chǎn)，運行穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁向榮.STC系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2011.

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