汽輪機內蒸汽濕度測量控制系統研究
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1 引言
隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽輪機組正向大功率核能化方向發(fā)展?；痣姀S(chǎng)大功率汽輪機末幾級和核電機組全部級都在濕蒸汽狀態(tài)下工作，蒸汽機對汽輪機的工作效率和葉片安全都有重要影響。
所以，測量汽輪機中流動(dòng)濕蒸汽濕度并對濕度進(jìn)行控制對于保證汽輪機的經(jīng)濟、高效、安全、可靠運行具有非常重要的意義。本文以此為背景介紹一種使用微波諧振腔作為濕度傳感器，以MSP430F157單片機為控制器的蒸汽濕度測量控制系統。
MSP430系列單片機是德州儀器公司推出的超低功耗Flash型16位精簡(jiǎn)指令單片機，具有非常高的集成度，其主要特點(diǎn)：處理器功耗(1.8 V～3.6 V，0.1 μA～400μA，250μA／MIPS)和線(xiàn)輸出漏電流(最大50 nA)，遠低于其他系列產(chǎn)品，傳統的MCS51單片機在活動(dòng)模式時(shí)耗電為10 mA～20 mA。矢量中斷，支持10多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套。執行速度快，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執行一條指令，傳統的MCS51單片機需要12個(gè)時(shí)鐘周期才可以執行一條指令。
2 工作原理
濕度測量系統由微波信號源、定向耦合器、環(huán)形器、諧振腔、檢波器等微波器件以及直流放大器、頻率測量系統、數字信號處理系統等電路組成。
系統工作時(shí)，微波諧振腔的諧振頻率隨流過(guò)的蒸汽濕度不同而產(chǎn)生頻率偏移，一旦諧振腔的諧振頻率發(fā)生了變化，頻率掃描跟蹤環(huán)路將發(fā)生失鎖，檢波器及時(shí)檢測到失鎖信號，經(jīng)直流放大器放大后送入頻率跟蹤系統得到一個(gè)控制信號，該控制信號控制VCO產(chǎn)生一系列掃描信號對穩定下來(lái)的諧振頻率進(jìn)行掃描，直至掃描到該諧振頻率并對其鎖定。VCO產(chǎn)生的信號經(jīng)頻率測量環(huán)路中的定向耦合器被耦合到頻率器上，該信號與本振信號混頻后得到的信號經(jīng)中頻放大器放大后輸出一個(gè)中頻信號，送到頻率測量系統進(jìn)行頻率測量。測得的中頻頻率再經(jīng)過(guò)數據處理系統換算得到諧振頻率和頻偏。諧振頻率將和蒸汽濕度、壓力一起傳送到單片機進(jìn)行數據處理獲得蒸汽濕度。
3 硬件設計
濕度測量的控制系統主要由MSP430F157單片機完成。從本質(zhì)上講，單片機控制系統的工作可以歸納為實(shí)時(shí)數據采集、實(shí)時(shí)數據處理和實(shí)時(shí)控制輸出等三個(gè)步驟。本系統的硬件電路設計主要由溫度測量模塊、頻率跟蹤模塊、電源電路、復位電路、頻率測量模塊等幾部分構成。MSP430F157單片機含有32.768 kHz和8 MHz兩個(gè)時(shí)鐘；內部的12位DAC完成跟蹤模塊的數模轉換，轉換的結果用于調整VCO輸出電壓，保證VCO輸出頻率與諧振腔諧振頻率的一致性；利用單片機內部的定時(shí)器Timer_A產(chǎn)生D／A轉換的采樣頻率?；贛SP430F157的濕度測量控制系統如圖1所示。
3.1 單片機內部的主要外圍電路
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/197430.htm晶體振蕩器電路：?jiǎn)纹瑱C系統最敏感的是時(shí)鐘信號、復位信號和中斷信號，若電磁干擾侵入到這些信號中，最容易于擾微控制器，使系統產(chǎn)生誤動(dòng)作。尤其是時(shí)鐘信號中累加噪聲干擾后。會(huì )改變時(shí)鐘分頻信號，導致單片機工作時(shí)序發(fā)生紊亂。本系統提供了高速和低速晶體振蕩器電路，可使單片機內部不同模塊輸出不同頻率的時(shí)鐘。用戶(hù)可以用高速晶體振蕩器產(chǎn)生頻率較高的MCLK供給CPU以滿(mǎn)足高速數據的運算需要，也可以在不需要CPU工作時(shí)關(guān)閉高速晶體振蕩器，而對于實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用低速晶體振蕩器產(chǎn)生頻率較低的ACLK。輸入、輸出、電源等回路應并聯(lián)一些小電容以避免噪聲干擾。
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