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基于STC12C5A60S2的火焰控制器的设计

范文

程瑞龙

摘要：本文介绍了一种以STC12C5A系列单片机为核心的火焰控制器的设计，该火焰控制器主要应用于工业锅炉控制系统，通过紫外线传感器检测锅炉中是否有火焰，并实现相应的控制要求。此装置由单片机最小系统、执行器单元、紫外线传感器以及按键和显示模块组成。如果按下启动按钮，启动点火功能和开通小号天然气对应气阀，通过拨码开关可以设置点火时间长短，点火时间过了，关闭点火变压器，如果锅炉内有火焰，启动大号天然气对应气阀，如果在本阶段连续一秒检测不到火焰，关闭所有天然气气阀。本文阐述了各模块的设计过程，最后对设备进行了综合调试。

关键词：STC12C5A60S2；火焰控制器；点火变压器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0196-02

1 概述

在工业锅炉燃烧过程中，如果燃烧不稳定不仅影响燃烧效率，而且会引发炉膛熄灭，甚至会引发锅炉爆炸事故。为了防止锅炉不稳定燃烧，必须能够及时的检测炉膛燃烧情况并作出相应的处理，火焰控制器在工业锅炉燃烧控制过程中至关重要。本文重点阐述了一款以STC12C5A系列单片机为核心的火焰控制器的设计。该款火焰控制器已经稳定应用于多台工业锅炉监控系统中。当发生火焰非正常情况下熄灭，确认无误，关闭天然气电磁阀，并启动报警装置，直到人为解除报警为止。

2概述

锅炉燃料在燃烧时释放紫外线和红外线，本火焰控制器系统中就是采用的霍尼韦尔火焰检测探头C7035来检测火焰释放的紫外线。C7035是一种带动态自检的、高分辨率、高可靠性的火焰检测器，专门应用于工业锅炉燃烧情况的检测。当C7035接收到火焰信号后，随着火焰强度越大其内阻越小，采样电阻上的电压相对越高，根据电压大小判断火焰强度。

本系统控制装置由四个继电器驱动，分别为小火电磁阀控制、大火电磁阀控制和报警控制四个模块。检测部分由初始时间设定拨码开关、启动按钮以及C7035火焰检测传感器构成。初始时间设定拨码开关可以设定系统持续点火时间（点火时间为4、6、8、10秒可调），系统检测到启动按钮处于下降沿触发并稳定在闭合状态，认定启动点火系统，由单片机控制启动小火电磁阀，释放天然气，并接通点火变压器打火，点火时间到了之后，关闭点火变压器，并判断锅炉内火焰是否正常，如果点火时间到了之后，检测锅炉内火焰不正常，则关闭小火电磁阀并报警；如果火焰正常的话，启动大火电磁阀，锅炉正常工作。在锅炉工作的过程中大火和小火电磁阀都打开，并随时监控锅炉内火焰燃烧情况，如果发现“黑火”或者火焰熄灭状态持续一秒，立即关闭大小火对应电磁阀并启动声光报警装置。并要求系统能够记录最近10次的报警记录。

3系统结构

本火焰控制系统是由STC12C5A60S2单片机为核心，利用单片机内部自带的AD转换功能采集火焰强度，并利用3个LED指示灯显示火焰强度，有火LED1亮，火焰强度高3个LED都亮。利用单片机内部定时器功能实现系统运行时间的控制；驱动继电器控制点火变压器、小号天然气电磁阀、大号天然气电磁阀、报警模块。具体结构框图如图1所示。

4硬件部分

在火焰控制系统中，STC12C5A60S2单片机是整个控制器的核心。火焰控制器的性能取决于系统所选取的单片机和火焰检测传感器的优越程度和稳定性，STC12C5A60S2单片机是一款加密型强、自带AD转换功能、有较好的抗干扰方面的性能、低功耗、支持在线编程、含内部看门狗、由直流5V供电具有36个I/O口[1]；精简指令结构运行速度快价格便宜；与普通的51单片机兼容支持C语言开发[2]。而火焰检测传感器本系统选用的是带动态自检的、高分辨率、高可靠性的火焰检测器霍尼韦尔火焰检测探头C7035来检测火焰释放的紫外线。火焰传感器原理图如图2所示。

5软件部分

5.1 火焰控制系统软件的整体设计

本系统分为两种模式，设定模式和工作模式，设定模式用于管理员在使用前根据各系统要求不同，通过拨码开关设定点火时间。在工作模式如图3所示，开机先设定点火时间的值，然后各模块初始化，等待管理人员按下开始按钮，由单片机继电器启动小号天然气对应的电磁阀，释放天然气，并接通点火变压器打火，点火时间到了之后，关闭点火变压器，并采集C7035返回的电压值，判断锅炉内火焰是否正常。如果火焰正常的话，启动大火电磁阀，锅炉正常工作。如果点火时间到了之后，检测锅炉内火焰不正常，则关闭小火电磁阀并报警。在锅炉工作的过程中大火和小火电磁阀都打开，并随时监控锅炉内火焰燃烧情况，如果发现“黑火”或者火焰熄灭状态持续一秒，立即关闭大小火对应电磁阀并启动声光报警装置，必须要管理人员检测锅炉情况后再重关闭报警程序。并要求系统EEPROM能够记录最近10次的报警记录。

5.2 EEPROM存储

在系统运行过程中要求记录最近10次报警记录，本控制器采用了24C02存储器来实现数据保存，系统在每次报警时自动将相关报警数据保存在EEPROM中。系统中要求能够查询报警信息。

5.3 中断服务程序

火焰控制器要求系统不管处于什么模式，一旦传感器故障或者系统运行中连续一秒检测无火焰的情况，要立即切断天然气电磁阀，并切换到报警模式中，所以报警模块采用的中断形式，中断触发后除立即执行报警模块外，还要修改报警信息到EEPROM中去。由于火焰控制器中涉及时间要求不严格，本系统直接采用了单片機内部定时器来计时。

6结束语

本火焰控制器在STC12C5A60S2单片机为核心的基础上，采用了火焰检测传感器C7035检测相关数据，报警模块采用中断的形式，并添加了开机前恢复出厂设置的功能按键。在调试的过程中，发现火焰传感器C7035工作不稳定，检查发现供电电源以及分压电路没有设计好；在调试阶段采用了内部EEPROM来保存相关数据，在小批量测试时发现，出现丢数据现象，后改加24C02解决问题。

该火焰控制器的设计成本较低，有较高的实际应用价值。现已大批量生产，运行稳定。

参考文献：

[1] 丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].电子工业出版社，2011.

[2] 李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社，2005.

[3] 武昌俊.自动检测技术及应用[M].机械工业出版社，2012.

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