静电除尘(完整版)

1概述

我国静电除尘设备的低压控制技术，是跟随着电除尘器本体的设计、制造技术的发展、进步而发展的。在五、六十年代，国内无一家电源制造厂，全部依靠进口，如苏联、捷克等。最早的电除尘高压电源是变压器升压的机械整流，它是手工操作，噪音大、效率低。六十年代半导体器件问世，国内制造了饱和电抗器调压的高压整流电源。饱和电抗器调压虽然不用人工操作，但是自动跟踪性能差，噪音大、耗能高、效率低。七十年代，因晶体管和可控硅技术的发展，国外有了可控硅调压整流设备，同时也进入中国。八十年代中期，可控硅调压还是模拟控制，但是性能和可靠性已比较成熟。推出了具有多种控制特性的产品，如最高平均电压值控制、最佳火花率控制、临界火花跟踪控制、间歇脉冲供电等特性。这就为八十年代后期集成电路的成熟，由模拟控制过渡到数字控制，即单片机计算机控制，提供了软件思路和硬件基础。随着集成电路的发展，到了九十年代，采用软、硬件相结合的方法，就使电除尘的控制和管理功能得到了进一步完善，如虎添翼。使单片机控制电除尘器趋于成熟，控制精度和水平己到了相当的境界。到了九十后期，电除尘电源技术己到了发展的顶峰时期。国内各制造厂都推出各具特色的智能控制电除尘系统。虽然特点各异，其实质是将计算机控制技术、自动控制跟踪技术、信息处理技术、测量技术、通讯网络技术和人机接口技术有机地结合起来，对电除尘运行全过程进行监测、控制、操作、管理的一种集散控制系统。

最近来供电与控制技术又有新的发展，即利用电力电子技术的窄脉冲开关电源，它具有更加轻小、紧凑、功率因数高、收尘效率较高等优点，由于是脉冲型的，比常规计算机控制间歇供电对付难收的高比电阻粉尘更为有效。

静电除尘的一般原理是:当含尘气体通过风机及通风管路被引入除尘器时，在除尘器的两极上通以直流负高压，使电极系统的电压超过临界电压值，产生电晕放电，电子被气体分子吸附，在电晕外区造成大量负离子，气体中粉尘微粒与负离子碰撞使粉尘荷电。荷电的粉尘微粒在电场的作用下向收尘极运动，当荷电的悬浮粒子十分接近收尘极表面时，粒子与正电极接触失去电荷成为中性而粘附于收尘极表面。这就是工业上普遍采用的干式负电晕除尘器的荷电粉尘捕集过程。

2设计原理及方案

2.1 电除尘器的基本原理

在除尘器的高压部分有高压放电极，放电极产生一个高压脉冲击穿气体使气体导电

完成气体电离。从原子或分子电荷的角度看，电离是分子(或原子)失去(或得到)电子的过程。这样使空气中的粉尘带电，在电场力的作用下，按“同性相斥、异性相吸”原理，向与各自极性相反的电极驱进，终点是电极，当电极上形成一定的粉尘层后，依靠除尘器的振打装置，使粉尘最终落入灰斗，达到除尘的目的。

低压空制部分的主要作用就是控制高压放电脉冲的宽度，通常使用单片机作为主控芯片，通过它来调整可控硅的导通角，控制升压变压器的一次侧输入电压，从而控制输入的电场的电压。主控制板的作用主要是对主回路所采集的各个取样信号根据实际需要进行检测、分析及控制。它是整个控制系统的核心。触发板主要是给可控硅提供触发脉冲，来触发可控硅的导通角。主控板输出的触发脉冲信号经脉冲变压器隔离放大后加到可控硅的触发极，来控制可控硅导通角打开的大小。以此来控制整个控制系统的电流电压的输出。

2.2 控制器的设计方案

根据电除尘器的原理和控制要求，确定了主控板主要由以下几个部分构成，最小应用系统、A/D转换、采样保持部分、显示部分、信号的输入部分、信号输出部分、通讯部分、光耦隔离部分和模拟电路部分。设计方案如下所示。

最小应用系统包括: 51单片机最小应用系统、74HC573(地址数据锁存器)、24C02 ( E P R O M)。其中单片机主要是对输入信号进行分析，然后给出相应的控制手段。A/D 转换电路是数据采集系统前向通道中的一个环节。数据采集和转换系统从一个或几个信号源中采集模拟信号，并将这些信号转换为数字形式。采样/ 保持电路是在输入逻辑电平控制下，处于“采样”或“保持”两种状态的电路。显示电路使用LCD液晶显示，这样可以使电路的工作状态和一些需要人机交换的信息详细的显示出来。通讯电路主要作用是将单个高压整流控制系统与上位机通信联网，从而实现在上位机对整个系统的显

示和控制。为了减少一些不必要的干扰，在单片机处理电路与其他模拟电路和输入、输出电路之间设计了光耦隔离电路。模拟电路部分主要是将一次电流、一次电压、二次电流、二次电压、浊度五路取样信号经放大后送给A/D转换的模拟量输入端。控制系统设的计数字信号输入电路主要是由启/停信号、油面、轻瓦斯、重瓦斯和温度，这些信号全部经过隔离后进入单片机。单片机读入这些信号后执行服务程序去控制输出电路。输出电路主要包括触发脉冲信号输出和控制信号输出。触发信号电路的主要作用是将单片机输出的触发信号经过光耦隔离，然后通过驱动电路输出到触发板，从而对可控硅的导通角进行控制。控制信号输出电路的主要作用是将单片机输出的控制信号经过光耦隔离，然后通过驱动电路驱动输出，去控制继电器，以完成相应的控制。

3 硬件系统设计

3.1单片机

此次设计的核心控制元件为89C51单片机，单片机通过I/O口与其他各个部分合理的连接，组成了整个控制系统，它可以对外部进行检测判断，然后做出相应的处理，是整个控制系统的总指挥中心。

89C51单片机是一种带可编程和可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。随着单片机的不断发展、完善，它已成为科技领域的智能化工具，应用领域广泛。单片机在今天之所以得到了广泛的应用，是和其特点分不开的，它的主要特点有：集成度高，控制功能强，低电压、低功耗，性能价格比高。

3.1.1 89C51的基本组成

图3-1 加法器、移位、判断和寄存单片机基本结构框图上图3-1所示为89C51系列单片机的基本结构框图。在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。中央处理单元（CPU），由运算器和控制器组成，用以完成运算和对全机进行控制的功能，是单片机的核心部分。运算器主要包括器电路等，用于进行算术运算和逻辑操作；控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路等组成，是整

个计算机的中枢，它根据指令码指挥着运算器、存储器和I/O接口协调的工作。

存储器用于存储数据和程序，分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存取存储器）两大类。ROM存储器在正常工作时只能读不能写，通常用来存放固定程序和常数。RAM存储器在正常工作时既能读又能写，通常用来存放原始数据、中间结果和实时数据等。

总线是用于传送信息的公共途径，分为地址总线、数据总线和控制总线。地址总线仅传送PMU向存储器或I/O接口发出的地址码，以选择相应的存储器或寄存器。数据总线是一种双向的通信总线，用于传送MPU、存储器和I/O接口三者之间的数据和指令码。控制总线用于传送各类控制信号的单向通信总线，每条控制总线最多传送两个控制信号0和1。

I/O接口是架设在微处理器和外设间的桥梁，主要功能是实现两者之间的信号传输和匹配。

3.1.2 常用管脚说明

图3-2 89C51单片机引脚排列图

(1) 电源引脚

(40脚)：接电源+5V ；

V

CC

（20脚）：接地，也就是GND 。

V

SS

(2) 时钟引脚

XTAL1（19脚）和XATL2（18脚）：接外部石英晶振的引脚，也可引入外部时钟。

(3) 控制引脚

PSEN（29脚）：片外ROM选通信号，低电平有效；

ALE/PROG（30脚）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端；

（9脚）：复位信号输入端/备用电源输入端；

RST/V

PD

EA/V PP（31脚）：内外部ROM选择端/片内ROM编程电压输入端。

(4) 输入/输出（I/0）引脚

P0口（39-32脚）：即可作地址/数据复用总线使用，又可作为通用I/O口。使用该引脚时需外接上拉电阻。

P1口（1-8脚）：通用I/0端口，只用作普通的数据传输；

P2口（21-28脚）准双向I/0口，即可作为通用I/O口，又可作为高8位地址总线；

P3口（10-17脚）：双功能端口，第一功能为普通I/O口，第二功能定义如下

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

3.1.3 内部存储器分配

单片内部存储器按功能可以分为两大类，即随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）,单片机能够完成各种功能，都是自动运行指令的结果，在单片机内部，专门用来存放程序的是程序存储器（ROM）。ROM 是一种写入信息后不能改写，只能读出的存储器。断电后，ROM 中的信息保留不变，所以，ROM 用来存放固定的程序或数据。存储容量是存储器存储信息量大小的指标，通常用字节表示，一个字节由8个信息位组成。不同型号的单片机，其内部存储器容量也有所差异，8051 单片机在芯片内部设置了4 KB 的ROM，地址范围为0000H-0FFFH。深圳宏晶公司生产的STC89C51单片机的内部ROM容量已达到64KB, 地址范围为0000H-FFFFH。

在程序的执行过程中，总有一些暂时性的数据或中间结果等信息需要存储。而ROM 中的内容在单片机工作状态下是不允许更改的，为此单片机中专门设立了数据存储器

RAM，在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。

89C51单片机内部数据存储器在结构上可以分为两个不同的存储空间，即低128单元的数据存储器空间(00H～7FH)和高128 单元的具有特殊功能的专用寄存器存储器空间(80H～FFH)。这两个空间是连续的，但只有低128 单元才能真正地作为数据存储器提供给用户使用。在单片机中，尽管片内RAM 的容量不大，但它的功能多，使用灵活。128B 的片内RAM分成工作寄存器区、位地址区、通用RAM区3部分。其中个存储器相互协调工作，使单片机有了强大的功能，每个存储区域的功能在这里不在做详细的描述。

3.2 12864液晶显示部分

本设计的显示部分使用了12864液晶显示模块，它是汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。供电方便3.5V—5V均可，配置有可调的背景光，且还有光标显示、画面移位、自定义字符等强大的软件功能。

3.2.1 模块引脚功能

12864的封装为单排二十个管脚，如下图所示，其各个管脚的定义如下；

图 3-3 12864引脚排列图

（1）电源引脚

VSS（1脚）：模块的电源地

VDD（2脚）：模块的电源正端

V0（3脚）：LCD驱动电压输入端

LED_A（19脚）：背光源正极（LED+5V）

LED_K（20脚）：背光源负极（LED-OV）

（2）控制引脚

RS(4脚)：H/L 并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号

R/W(5脚)：H/L 并行的读写选择信号；串行的数据口

E(6脚)： H/L 并行的使能信号；串行的同步时钟

PSB（15脚）：H/L 并/串行接口选择：H-并行；L-串行

/RET（17脚）：H/L 复位低电平有效

（3）数据端

DB0—DB7(7—14脚)：并行数据口

R/W(5脚)：串行数据口

（4）未定义管脚

NC（16、18脚）：这两管脚为空余管脚，在使用中不用考虑3.2.2 接口时序与常用指令集

模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：

8位并行连接时序

MPU写资料到模块

MPU从模块读出资料

串行数据传送共分三个字节完成：

第一字节：串口控制—格式11111ABC

A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MCU，L是从MCU到LCD

B为数据类型选择：H 表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令

C固定为0

第二字节：(并行)8位数据的高4位—格式DDDD0000

第三字节：(并行)8位数据的低4位—格式0000DDDD

时序图如下：

12864液晶显示模块为可编程控制器件，其时序问题非常重要，在编写程序时，要严格按照时序进行编写，如果时序问题没有掌握好，就会导致读写数据操作失败。还有一点需要注意的就是其指令格式，它的常用指令见下表；

表3-1用户指令集

指令码

指令

RS RW DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 清除显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

地址归位0 0 0 0 0 0 0 0 1 X

进入点设定0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S

显示状态开/关0 0 0 0 0 0 1 D C B 读取判忙标志BF 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 设定CGRAM地址0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 设定DDRAM地址0 0 1 AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0