【正文】 很快，尤其是近些年來(lái)，在 IT 技術(shù)（自動(dòng)化技術(shù)也是 IT 技術(shù)的組成部分）的帶動(dòng)下，過(guò)程 3 控制技術(shù)發(fā)展十分迅猛。而鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程也一定能夠由于計(jì)算機(jī)的引入而煥發(fā)青春。通過(guò)系統(tǒng)的多個(gè)溫度傳感器采集多點(diǎn)的溫度信息，一旦某點(diǎn)的溫度超過(guò)設(shè)定值，通過(guò)繼電器控制引風(fēng)機(jī)或給水設(shè)備等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而使水溫降至正常值。這就要求通過(guò)節(jié)能措施，以提高能源的有效利用?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越 及時(shí) ，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越大 。 在本文中， 首先 介紹 了當(dāng)前計(jì)算 機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展及過(guò)單片機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用 .其次 針對(duì)系統(tǒng)所使用的單片機(jī)的性能和發(fā)展情況做了簡(jiǎn)單介紹 ,同時(shí)對(duì)測(cè)量溫度在 55～ 125 之間的 智能 溫度傳感器 DS18B20 做了介紹。 同時(shí)將 控制規(guī)律預(yù)先設(shè)置，從而提出處理建議，自動(dòng)判斷出是否通過(guò)控制繼電器動(dòng)作來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)的目的。 整個(gè)論文共 分為 六部分 ，分別對(duì)四回路控制器做了較全面的敘述。例如，我國(guó)目前的鍋爐生產(chǎn)技術(shù)還比較落后，尤其是燃燒供熱的鍋爐的燃燒效率還相當(dāng)?shù)?。這樣不僅會(huì)造成管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，企業(yè)管理成本高，生產(chǎn)效率低。所以本文只是基于計(jì)算機(jī)控制思想上進(jìn)行模擬，對(duì)于實(shí)際的鍋爐生產(chǎn)是有點(diǎn)鞭長(zhǎng)莫及。因此要解決生產(chǎn)過(guò)程的各種控制問(wèn)題必須采用有針對(duì)性的特殊方法與途徑。 20 年代 50 年代后期 60年代，采用 了集中監(jiān)控與幾種操作的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化和局部自動(dòng)化。 （ 20 世紀(jì) 70年代中期至今） 20 世紀(jì) 70 年代，隨著大規(guī)模集成電路出現(xiàn)及微處理器的問(wèn)世，計(jì)算機(jī)的性價(jià)比和可靠性大為提高，采用冗余技術(shù)和自診斷措施的工業(yè)計(jì)算機(jī)完全滿足工業(yè)控制對(duì)可靠性的要求，為新的過(guò)程控制儀表，裝置與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的支持。因此該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)不同區(qū)域測(cè)量，單通道，循環(huán)測(cè)量。 因此主控芯 片的選擇方案有二種 ： 方案一： 此方案采用 AT89C52 8 位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于我們 查找相關(guān)資料非常方便?？臻e模式下，CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。在 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2口送出高八位地址。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào) 。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。 EA /VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 （ 1） 程序存儲(chǔ)器： 如果 EA 引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始。 WDT 由 13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器（ WDTRST）構(gòu)成。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到 8191(1FFFH)時(shí)， 13 位計(jì)數(shù)器將會(huì)溢出，這將會(huì)復(fù)位器件。有兩種方式可以離開(kāi)掉電模式：硬件復(fù)位或通過(guò)一個(gè)激活的外部中斷。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用來(lái)決定 WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。用戶軟 件不應(yīng)給這些位寫(xiě) 1。 輸入電路的設(shè)計(jì) 溫度 采集方案 方案一： 采用熱敏電阻，可滿足 40℃ 至 90℃ 測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè) 1℃ 的信號(hào)是不適用的。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一 采用 了單總線的 數(shù)據(jù)傳輸 ， 由數(shù) 字溫度計(jì) DS18B20和微控制器 AT89S52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸 出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接 。 因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20有唯一的系列號(hào) ， 因此多個(gè) DS18B20可以存在于同一條單線總線上 ， 可以實(shí)現(xiàn)單線多點(diǎn)測(cè)溫 。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 、圖 和圖 所示。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，最初我們采用了單總線模式，如 圖 ，但是凡事都具有兩面性。此外 有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng) DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。顯示塊都有 dp 顯示段，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。 21 本設(shè)計(jì)采用的是三位數(shù)碼顯示，如 圖 所示 ： 圖 LED 數(shù)碼顯示器的顯示段碼 為了顯示字符，要為 LED 顯示器提供顯示段碼（或字形代碼），組成一個(gè) “ 8”字形字符的 7 段，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段，因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼位一個(gè)字節(jié)，各段碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 表 所示 ： 表 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示碼 Dp G F E D C B a 用 LED 顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與 P 的顯示段碼如表 所示 表 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 字型 共陽(yáng)極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BM b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 注：（ 1）本表所列各字符的顯示段碼均為小數(shù)點(diǎn)不亮的情況 （ 2）“空白”字符即沒(méi)有任何顯示 22 LED 數(shù)碼顯示器的顯示方法 （ 1） 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是再同一時(shí)刻只顯示一種字符，或者說(shuō)被顯示 的字符再同一時(shí)刻是穩(wěn)定不變的。 再進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，往往事先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容， 這樣也就無(wú)從顯示被顯示字符的顯示段碼。另一種為硬件去抖動(dòng) ：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。溫度慢慢升高。 在此次設(shè)計(jì)中，由于條件有限 其加熱設(shè)備采用的是綠色發(fā)光二極管模擬，點(diǎn)亮說(shuō)明其加熱設(shè)備工作。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡管最后系統(tǒng)的功能全部實(shí)現(xiàn)。這次我們?cè)O(shè)計(jì)的課題為 —— 四回路控制器設(shè)計(jì)，它不僅是我們 必須完成的課目，其真正的目的是我們對(duì)整個(gè)大學(xué)三年的學(xué)習(xí)情況做一個(gè)總結(jié)，檢驗(yàn)每一個(gè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)的廣博程度。 在 設(shè)計(jì) 期間經(jīng)過(guò)了風(fēng)風(fēng)雨雨，在各位老師和同學(xué)的幫助和支持下得 以 最終完成。 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 歷經(jīng)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于告近尾聲，在經(jīng)歷了 3 月份等待考研成績(jī)的焦躁，4 月份研究生復(fù)試的緊張后，才開(kāi)始正式著手大學(xué)里的最后一次作業(yè)，盡管最后留有缺陷和遺憾，但期間的成功與失敗等點(diǎn)點(diǎn)滴滴都將是我人生中的一筆重要財(cái)富。也可以作為智能控制系統(tǒng)的一部分，與其它設(shè)備協(xié)同工作。整個(gè)超溫報(bào)警電路主要是進(jìn)行恒溫控制，故而采取的是邦邦控制法。 繼電器控制電路 加熱器控制電路 如圖 所示 圖 單片機(jī)通過(guò)三極管控制繼電器的通斷，最后達(dá)到控制電熱器的目的。 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 鍵開(kāi) 關(guān) 狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。 （ 2） 動(dòng)態(tài)顯示 如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。 三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米膠合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。但是遺憾的是， 對(duì)于 DS18B20的時(shí)序問(wèn)題，尤其是對(duì)于其 ROM的操作始終解決不好，在 請(qǐng)教老師和同學(xué)之后 ，最終還是沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè) I/O來(lái)驅(qū)動(dòng)多路 DS18B20。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值 （如表 所示） ?？赏ㄟ^(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。 數(shù)字 溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 概述 DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供 9位溫度讀數(shù) ,指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出 ， 因此從中央處理器到 DS18B20僅需連接一條線和地 。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來(lái)。 。這就意味著 WDT應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。 在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這 WDT也停止了工作。 為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST寄存器（地址為 0A6H的 SFR）依次寫(xiě)入 0E1H和0E1H。直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 單片機(jī) AT89S52有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 PSEN :外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào) （ PSEN ） 是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。作為輸入使用時(shí)，被外部拉 低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對(duì) P2 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。它除了 89C52 所具有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。在上述著名的半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合，運(yùn)用較多的為 Intel 公司的 MCS51系列， Microchip 公司的 PIC 系列，近年來(lái)，隨 著 Intel公司對(duì) 8031 內(nèi)核的公開(kāi)以及各半導(dǎo)體企業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)上的相互滲透，不僅 Intel公司，而且 Philips 公司、 Atmel 公司等企業(yè)目前都生產(chǎn) MCS51 系列的 CPU。 其目的是及時(shí) 提供準(zhǔn)確的溫度分析報(bào)告，供 管理人員及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，確保工業(yè)生產(chǎn)的效率和安全 。同時(shí)為了滿足特殊工藝的控制要求，開(kāi)發(fā)使用了多種控制系統(tǒng)方案，例如：串級(jí)控制，前饋控制，比值控制。受當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模所限，多用氣動(dòng)儀表進(jìn)行測(cè)量與控制，壓縮空氣為動(dòng)力的氣動(dòng)儀表實(shí)現(xiàn)就地的簡(jiǎn)單控制，主要解決在生產(chǎn)過(guò)程較為正常的情況下，為滿足工藝要求的參數(shù)而進(jìn)行的定制控制問(wèn)題。 過(guò)程控制通常是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，是自動(dòng)化技術(shù)最重要的組成部分，其主要任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度、PH 值和物性等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地進(jìn)行下去。 當(dāng)然鍋爐是一個(gè)及其復(fù)雜的系統(tǒng)，其輸入 量和輸出量有多種，每個(gè)數(shù)據(jù)的變化都會(huì)給其它量造成影響，不能用簡(jiǎn)單的一對(duì)一控制規(guī)律來(lái)控制其生產(chǎn)過(guò)程。 眾所周知，鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程要求對(duì)水溫要進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，提供信息供管理人員控制生產(chǎn)過(guò)程。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊 由此可以看出， 測(cè)量控制的作用 就 是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算的 方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制， 從而不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。 在焊接完元器件后 ，完成了硬件調(diào)試 。摘 要 本課題 介紹的是以 單片機(jī) AT89S52 為控制核心的 四回路 多點(diǎn) 溫度采集 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)各部分的電路進(jìn)行了介紹，最終實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的硬件電路 ,繪制了電路原理圖 。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過(guò)熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度 檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過(guò)熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械?等設(shè)備溫度過(guò)熱檢測(cè)。而我們此次設(shè)計(jì)的單片機(jī)四回路溫度采集控制系統(tǒng)正是基于改善供熱鍋爐的熱效率，挖掘其潛力，從而提高操作管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。這樣生產(chǎn)過(guò)程的安全和效率都能夠得到保障。自20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，作為信息科學(xué)技術(shù)的重要分支，自動(dòng)化技術(shù)本身及其應(yīng)用領(lǐng)域得到了迅速的提高和發(fā)展，其水平高低已成為國(guó)家科技實(shí)力和各個(gè)行業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。這一階段，過(guò)程控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是單輸入 —— 單輸出系統(tǒng)：被控參數(shù)主要有溫度、壓力、流量和物位四種參數(shù)；控制的目的是保持這些工藝參數(shù)的穩(wěn)定，確保生產(chǎn)安全。過(guò)程控制 系統(tǒng)通過(guò)采用單元組合儀表和組裝式儀表，實(shí)現(xiàn)了車(chē)間范圍和大型系統(tǒng)的集中監(jiān)控。 5 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主控芯片介紹 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 此次設(shè)計(jì) 的主要應(yīng)用 在 糧食倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè) 、石化、 機(jī)械 等需要多點(diǎn)溫度檢測(cè)的場(chǎng)所 。目前，生產(chǎn)單片機(jī)的廠商有很多，尤其是近年來(lái)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，比較著名的有 Intel、 Philips、 Microchip、 Motorola、 Atmel等半導(dǎo)體企業(yè)。 方案二：