【正文】 工作由外部電氣開關(guān)控制，所以鍋爐啟停速度快，通過控制各加熱元件的開關(guān)，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷，調(diào)節(jié)操作迅速、簡單。與燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t相比，操作運(yùn)行更加方便、簡單 。 （ 6）可采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)自動化。電熱鍋爐的溫度和水位的控制都能通過計(jì)算機(jī)完成，使電熱鍋爐的運(yùn)行完全實(shí)現(xiàn)自動化，最大程度的將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的鍋爐行業(yè) [2]。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想 當(dāng)前，世界計(jì)算機(jī)市場上出現(xiàn)了專門應(yīng)用于工業(yè)控制的一系列單片機(jī)產(chǎn)品，單片機(jī)以其價格便宜、重量輕、體積小、功耗低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，在工業(yè)控制的現(xiàn)場應(yīng)用中得到越來越廣泛的關(guān)注，單片機(jī)既能夠完成各種常規(guī)的控制，還能夠充分利用控制理論的最新研究成果情況下結(jié)合被控對象的特性，選擇更加先進(jìn)的控制方法，來獲得更好的控制效果。目 前，因?yàn)榧矣缅仩t設(shè)備屬于批量制造生產(chǎn)，而一整套完備的控制系統(tǒng)是每臺鍋爐所必需的，針對小型鍋爐的這些特點(diǎn)，更結(jié)合產(chǎn)品的成產(chǎn)成本考慮，以單片機(jī) MCS51 為核心器件組成的控制系統(tǒng)成為了最為理想的選擇。同時， MCS51 系列單片機(jī)以其完備的控制功能、優(yōu)秀的運(yùn)算能力、完善的外部接口電路等一系了特點(diǎn)，適應(yīng)了中小型鍋爐控制系統(tǒng)需要。同時在選取外圍芯片時，應(yīng)盡量考慮一些較為典型的、易于替換和擴(kuò)展的電路和芯片，并建立在降低生產(chǎn)成本的前提下。傳感器主要選擇些基于單總線結(jié)構(gòu)的 ICSl220型壓力傳感器和 DS18B20 數(shù)字溫度傳 感器。 DS18B20 溫度傳感器 采用 DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成， 其產(chǎn)品以 具有江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 封裝形式多樣，耐磨耐碰，使用方便，體積小， 而廣泛應(yīng)用 于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域 。 系統(tǒng)在軟件這塊主要采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)。主程序作為控制程序，為整個系統(tǒng)軟件的一條主線，其它功能模塊均采用子程序調(diào)用、查詢等方式，這樣使得擴(kuò)充和調(diào)試更加方便。 本系統(tǒng)的電源模塊選擇了市場上常見的 W7800(7800)系列 7805電源穩(wěn)壓芯片，通過分別給模擬信號和數(shù)字信號分別供電，來避免出現(xiàn)電源干擾的現(xiàn)象。 利用溫度傳感器 DS18B20采集測量鍋爐水溫 ； 使用 LED顯示器顯示氣壓值、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值和當(dāng)前采集的溫度值。利用繼電器控制加熱器和放氣閥的加熱和氣壓。當(dāng)鍋爐內(nèi)的水的實(shí)際水溫超過報(bào)警溫度值，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警聲音，這時接在單片機(jī)一端的繼電器動作，燃燒器斷電。此時溫度傳感器實(shí)時對鍋爐溫度檢測，當(dāng)溫度降到設(shè)定值的下限時，繼電器重新通電。燃燒器電源重新接通，鍋爐繼續(xù)加熱。如此反復(fù)監(jiān)控溫度。這樣對鍋爐溫度控制不僅可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。此外，為符合實(shí)際本系統(tǒng)對鍋爐壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，防止鍋爐高壓爆炸，以免造成 嚴(yán)重后果 [15]。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)主要器件選擇 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖 鍋爐溫度控制系統(tǒng)的主控部分由單片機(jī)構(gòu)成。通過按鍵電路進(jìn)行溫度報(bào)警值的設(shè)定，并對鍋爐的水溫進(jìn)行采集及處理，然后與報(bào)警值比較，當(dāng)溫度值大于溫度上限值 (報(bào)警值 )時就報(bào)警，停止加熱。當(dāng)溫度少于溫度下限值時，重新啟動進(jìn)行加熱處理。以此重復(fù)對鍋爐溫度控制。同時為結(jié)合實(shí)際需要，本系統(tǒng)亦對鍋爐內(nèi)氣壓進(jìn)行控制。 同時 ，顯示氣壓上限值及溫度報(bào)警值和實(shí)際溫度值。圖 21所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖 21 圖 21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖 單片機(jī)的選擇 80C51 單片機(jī) 屬于 MCS51 系列 單片機(jī) ，由 Intel 公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是 8048的延伸，改進(jìn)了 8048 的缺點(diǎn)，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、減（ SUBB）、比較（ CMP）、 16 位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和 5 個 中斷 電 源 模 塊 溫 度 傳 感 器 壓 力 檢 測 A/D 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 單片機(jī) LED 顯 示 被控對象 報(bào)警 放 大 電 路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 源 。采用 40引腳 雙列直插式 DIP（ Dual In Line Package），內(nèi)有 128 個 RAM單元及 4K 的 ROM。 80C51 有兩個 16 位定時計(jì)數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計(jì)數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有 4個 8位并行輸入口。 80C51 內(nèi)部有 時鐘電路 ，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用 12MHz 的晶振頻率。由于 80C51 的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V pd9R X D / P 10T X D / P 11I N T O / P 3. 112I N T 1/ P 3. 313T 0/ P 3. 414T 1/ P 3. 515W R / P 3. 616R D / P 3. 717X T A L 218X T A L 119G N D20V c c40P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732E A / V pp31A L E / P R O G30P S E N29P 2. 7/ A 1528P 2. 6/ A 1427P 2. 5/ A 1326P 2. 4/ A 1225P 2. 3/ A 1124P 2. 2/ A 1023P 2. 1/ A 922P 2. 0/ A 821 圖 22 80C51 單片機(jī) GNE(20 腳 ):接地 VCC（ 40腳） : 主電源 +5V XTAL1（ 19 腳） :接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機(jī)，該端引腳必須接地；對于 CHMOS 單片機(jī) ，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（ 18 腳） : 接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 HMOS 單片機(jī)，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 RST（ 9腳） : 單片機(jī)剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入 24 個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RESET） PSEN（ 29 腳） : 當(dāng) 訪問片外程序存儲器時， 該端口 輸出負(fù)脈沖 信號 作為存儲器讀選通信號。 CPU 在向片外存儲器取指令期間， PSEN 信號在 12 個時鐘周期中會生效兩次 。 另一方面 ，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效 PSEN 信號不 會出現(xiàn)。 PSEN 端 口能 驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 可以 根據(jù) PSEN、 ALE 和 XTAL2 三個 輸出端 口 是否有信號輸出， 來判斷 80C51 是否 處在 工作 狀態(tài) 。 ALE/PROG（ 30 腳） :當(dāng) 訪問片外程序存儲器時， 該 端 口 輸出負(fù)脈沖 信號 作為存儲器讀選通信號。 CPU 在向片外存儲器取指令期間， PSEN 信號在 12 個時鐘周期中 會生效兩次 。 另一方面 ，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效 PSEN 信號不 會 出現(xiàn)。 ALE/PROG 端同樣可驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載 。 EA/VPP（ 31 腳） : 當(dāng) EA端 口 輸入高電平時， CPU 從片內(nèi)程序存儲器地址 0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?4KB 時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當(dāng)EA 端口 輸入低電平時， CPU 只 訪問片外程序存儲器。在對 87C51EPROM 編程時，該 引腳用于施加編程電壓 VPP。 輸入 /輸出引腳： （ 1） — (32 腳 — 39 腳 )： P0 口是一個漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I／ 0口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 P0口有三個功能： ①外部擴(kuò)充存儲器時，當(dāng)作地址總線（ A1~A7）； ②不擴(kuò)充時， 可做一般 I/O 口使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 （ 2） — （ 1腳 — 8 腳）： P1口是一個帶內(nèi)部上接電阻的準(zhǔn)雙向 I／ O口。 P1 的每一位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存器（地址 90H）寫入全 1，此時 P1 引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。 和 多了 T/C2 的復(fù)用 （ 3） （ 3） — （ 21 腳 — 26 腳） ： P2 口是一個帶內(nèi)部上接電阻的 8江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 位準(zhǔn)雙向 I／ O口。 P2 口每一位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 P2口有兩個功能： ①擴(kuò)充 外部存儲器時，當(dāng)作地址總線（ A8~A15）使用。 ②做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 （ 4） — （ 10 腳 — 17腳）： P3 口是一個帶內(nèi)部上接電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I／ O 口。 P3 口每一位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL 負(fù)載。 P3 口與其它 I／ O口有較大區(qū)別，每個引腳還具有專門功能 ,除了作為 I/O 口使用外（內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置 [3]。 溫度傳感器 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú) 特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 可以程序設(shè)定 912 位的分辨率，精度為 攝氏度。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。如圖 23 所示DS18B20 引腳排列圖 圖 23 DS18B20 引腳排列圖 DS18B20 特性：只需要一個端口來進(jìn)行通訊；簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用；無需外部應(yīng)用；不需要接外部器件及電路； .能通過數(shù)據(jù)線作為電源線來進(jìn)行供電；無待機(jī)產(chǎn)生的功耗；測溫范圍－ 55～＋ 125℃，以 ℃為單位遞增； 溫度測量結(jié)果以 8 位數(shù)字量輸出；溫度模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時間為 200ms（典型值）。使用時能定義的非易失性溫度報(bào)警進(jìn)行設(shè)置；包含報(bào)警搜索命令識別同時標(biāo)志出超過程序設(shè)定溫度的器件；應(yīng)用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品，溫度計(jì)或任何江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 熱感測系統(tǒng) 。 ROM 操作品令 ： 總線主機(jī)檢測到 DSl820 的存在，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如 [4] 指令 代碼 ROM(讀 ROM) [33H] ROM(匹配 ROM) [55H] ROM(跳過 ROM) [CCH] ROM(搜索 ROM) [F0H] search(告警搜索 ) [ECH] 存儲器操作命令 指令 代碼 Scratchpad(寫暫存存儲器 ) [4EH] Scratchpad(讀暫存存儲器 ) [BEH] Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器 ) [48H] Temperature