基于ATmega16單片機的高爐透氣性監測儀表的設計

電子機電論文編號:JD305       論文字數:34973,頁數:81

目 錄
摘 要 i
Abstract ii
第1章  緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 高爐的生產工藝和爐況的判斷分析 1
1.2.1 高爐結構與生產工藝 1
1.2.2 高爐冶煉的工藝特點 2
1.2.3 高爐爐況的判斷分析 2
1.2.4 國內外高爐爐況判斷發展情況 3
第2章  高爐透氣性監測儀表的工作原理及總體設計方案 6
2.1 高爐透氣監測儀表的工作原理 6
2.1.1 高爐透氣性指數的分析 6
2.1.2 高爐透氣性的工藝意義 6
2.2 高爐透氣性監測儀表的總體設計方案 6
2.2.1 主芯片的選型 7
2.2.2 模擬量輸入通道的設計 8
2.2.3 模擬量輸出通道的設計 8
2.2.4 通信部分的設計 9
2.2.5 顯示部分的設計 9
2.2.6 電源部分和其他功能的設計 10
第3章  高爐透氣性監測儀表的主芯片的選型及設計 12
3.1 ATmega16L單片機 12
3.2 單片機的引腳說明及定義 13
3.3 CVAVR的使用說明 14
3.4 主程序設計 17
第4章  模擬量輸入與輸出通道設計 19
4.1 模擬量輸入通道設計 19
4.1.1 轉換電路 19
4.1.2 A/D轉換子程序設計 20
4.2 模擬輸出通道設計 24
4.2.1 PWM波形實現DAC轉換的原理 24
4.2.2 PWM到DAC電壓輸出的電路實現 25
4.2.3 V/I轉換電路 26
4.2.4 D/A轉換子程序設計 27
第5章  通信與顯示報警設計 30
5.1 通信部分的設計 30
5.1.1 RS-485通信 30
5.1.2 RS-485接口芯片-MAX485 31
5.1.3 通信子程序 33
5.2 顯示部分的設計 35
5.2.1 LED數碼管顯示器硬件電路設計 35
5.2.2 顯示子程序 38
5.2.3 數據處理子程序 42
5.2.4 鍵選子程序 45
5.3 輔助顯示及報警部分設計 47
5.3.1 硬件設計 47
5.3.2 軟件設計 47
第6章  電源電路和其他部分的設計 50
6.1 電源電路的設計 50
6.2 其他部分電路設計 52
6.2.1 復位和鍵選電路 52
6.2.2 晶振電路 53
6.2.3 電源指示電路 53
結  論 54
致  謝 56
附錄1：主要英文參考資料及譯文 57
附錄2: 系統硬件電路圖 72

摘 要
高爐是現代鋼鐵生產過程中煉鐵工序的核心設備，高爐煉鐵過程是一個連續的、大規模的、高溫的生產過程，是一個復雜的具有多變量的、多環節的被控對象，所以常常發生懸料、崩料、管道行程噴料、爐溫驟降等爐況失常現象。為了預報和避免爐況失常等問題，本文提出了利用高爐透氣性指數來判斷爐況，它是一個能夠綜合反映爐況失常的參數，可以快速、直觀、綜合反映高爐爐況。
本文首先介紹了國內外最新高爐爐況監測方法，其次闡述了高爐透氣性指數的數學模型，最后介紹了ATMEL公司的單片機，研制出了一款高爐透氣性指數監測儀表。
儀表利用ATmega16L自帶的A/D轉換通道實現對冷風壓力、熱風壓力、爐頂壓力及冷風流量四路模擬信號的采集；通過ATmega16L內部的定時/計數器產生的PWM波形來實現對全壓差、冷風流量及透氣性指數三路模擬量輸出供記錄儀表使用；通過鍵選鍵的配合在顯示高爐透氣性指數的同時實現冷風壓力、熱風壓力、爐頂壓力、冷風流量及全壓差五路參數的巡回顯示與定點顯示；當高爐透氣性指數越上、下限時，儀表產生聲光報警信號；儀表采用RS-485與上位機實現通信。

關鍵詞： 高爐透氣性指數，高爐爐況，ATmega16L，聲報警，RS-485
Abstract
The blast furnace is the core epuipmengt of the ironmaking operation in the modern steel production line,the blast furnace ironmaking operationis  a consecution of,large-scale, high temperature processof production ,is a complicated,multivariate and many links controled object, so usually take place to hang material,sprays material in the piping route o travel, a declines a condition of etc. to disorder the phenomenon suddenly for foeecasting and avoiding  a heat of condition disorder to wait the problem,this text puts  forward the well ventilated sex index numbet of applide blast furnace to judge the method of as heat of conditing ,the well ventilated sex index number of blast furnace is a parameter that can synthesize to reflect a heat of condition to disorder, can quickly,keep the view ,the comprehensive reflection blast furnace a condition.
The instruments used ATmega16L onboard A / D converter channels to achieve the cold wind pressure, the hot blast pressure, the furnace top pressure and cold wind current capacity four way analog acquisition;used PWM waveform produced by ATmega16L internal timing / Counter to achieve the entire differential pressure ,the cold wind flow and the permeability index three-way analog output for recording instruments; realized the cold wind pressure, the hot blast pressure, the furnace top pressure, the cold wind current capacity and the entire differential pressure five group parameter tour demonstration and the fixed-point demonstration by key-elect key’s coordination during demonstration blast furnace permeable index; produced acousto-optics alarm when the permeable index across the upper and lower limits;used RS-485 realizing the communication with the superior computer.
Key words:  Blast Furnace Permeability Index, Blast Furnace Conditions,ATmega16L, Acousto-optic warning, RS-48