基于单片机的水流量报警器在电弧炉冷却系统中的应用

摘 要：电弧炉电极喷水冷却技术是近几年新开发的降低电极消耗的一项重要技术，采用喷水直接冷却，屏蔽电极，减少氧化消耗，降低炉顶温度，实现良好的冷却效果。冷却系统中对水流量的实时监控计量就显得尤为重要，因此，流量检测技术不可或缺。并且节约用水离不开流量检测技术的支持，涡轮式的流量测量技术精确度高，可重复性好，通过传感器检测水流量值，当累计流量超过设置的阈值，系统自动采取相应的动作，实时显示瞬时流量和累计流量值。

关键词：喷水冷却；流量检测；瞬时流量；累计流量

0 引言

20世纪末到21世纪初时，很多制造厂商逐渐涉入到水流量报警器控制行业中，企业把研究水流量报警器控制系统作为最有前途的研究项目。本文设计的报警器具有安全、易扩展、成本低等特点，采用了模块化设计思想，降低了系统设计难度。硬件系统设计了其最小系统和外围电路，软件系统主要包括底层驱动程序和应用程序[1]。本文介绍了水流量报警器控制系统总体方案设计，主要论述了系统的功能描述和总体网关架构描述方案设计，并对本系统中的关键技术进行了阐述。

1.系统硬件设计

本文研究的控制系统以器件集成化方法进行研究的设计，主要是运用将集成化的器件分成块状的控制部分，被研究的分支和数据传输分支，分步满足相应部分，所有的分支完成后组合在一起，设计出完整的控制系统，最后进行综合测试。

1.1 继电器和蜂鸣器控制电路设计

本设计系统水泵负载工作状态是运用继电器控制电路来实现的[2]。继电器主要工作原理是若内部线圈流入正电源，则常开触点导通，常闭触点断开。本设计运用型号为SRD-05VDC-SL-C继电器，切换承受电压电流为AC220V/10A、DC30V/10A，完全满足系统的需求。由于单片机I/O管脚输出的电流微小，不能直接驱动继电器线圈，必须增加额外的电流放大电路，因此设计了图1.1继电器及驱动电路，放大电路选用的是9012三极管驱动电路[5]。

上图中三极管的1号管脚接电源VCC（5V），2号管脚通过串联1K电阻接入单片机引脚（P12），3号引脚连接到继电器的线圈。在三极管2号管脚接入高电平（5V）时三极管会一直处于关断状态，则继电器的线圈无电源接入状态；当三极管2号管脚接入低电平（0V）时，则三极管处于导通状态，从而继电器的线圈接通电源，继电器闭合，例外LED指示灯也发亮，提示电路已经接通，若再给三极管2号管脚接入高电平（5V）时，继电器发断开。由于蜂鸣器驱动电路和继电器驱动电路相同，都是采用三极管进行设计驱动电路的，这里不再作详细介绍。

2.系统软件平台设计

2.1主控程序设计

本系统设计主要采用Keil uVision4软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统的总体框架是当系统上电后，首先进行模块初始化，若有模块器件损坏，则不能正常运行；然后系统开始采集数据和处理数据，若处理的数据正确，则开始接受数据把传输到输出端作进一步处理[3]。系统运行流程图如2.1所示。从设计的软件总流程图可知，控制器与各个电路模块间数据通信主要有一个主流程和四个子流程，主流程是系统软件不断访问各个子模块以及子模块把数据反馈到控制中心，子流程是请求处理数据信号与相应功能子函数之间的通信[4]。

2.2 水流量检测程序设计

在单片机的具体实现中，使用两个定时器。一个普通定时器用作计数器，用来对传感器输出的脉冲数量进行计数；一个重复中断定时器时用于定时，并一直产生一定时间间隔的定时器中断，中断函数中读取计数器的值并将其保存于变量A中，同时累加到变量B中，再将计数器清零，由变量A和变量B计算出瞬時流量和累积流量；这样就实现了瞬时流量和累积流量的实时更新。其流程图如图2.2所示。

3.结论

本文研究分析了水流量报警器在电弧炉冷却系统中的应用，利用52单片机为控制芯片，利用各个组合模块电路，使得设计设备模块化、集成化，设计了一款数字智能控制系统方案。这种水流量报警器系统在硬件设计方式上运用了数据实时采集与上报显示方案。详细介绍了水流量报警器硬件平台搭建，重点介绍了应用程序的设计，实现了预期的数据采集、处理等功能，完成了预期的设计目标。

参考文献：

[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]贺才军.ZigBee技术无线传感器网络在工业监控系统中的应用研究[D]. 湖南大学， 2010：49-150

[3]杨希.无线传感器网络协议栈与定位技术的研究与实现[D]. 东南大学， 2012：185-199

[4]李振.基于LabVIEW和ZigBee的温室智能控制研究[D]. 云南农业大学， 2015：216-245

作者简介：

赵倩（1986.9.3-），女，辽宁沈阳人，实验师，硕士，研究方向：控制理论与技术