【正文】 有手動 /自動切換。 本 文的主要研究內容 本 文 的具體研究內容如下 ： （ 1） 結合電鍋爐水溫上升過程的特點，對被控對象進行理論分析，建立被控系統(tǒng)的數(shù)學模型，提出適合于鍋爐水溫過程控制的純 PID 控制、加入 Smith 預估器的 PID 控制、模糊控制、參數(shù)自整定模糊 PID 控制方法。它實質上是一種無模型控制方案，即在不需要知道被控對象精確數(shù)學模型的情況下，通過自身的調節(jié)作用，使實際響應曲線逼近理想響應曲線。 模糊控制是智能控制的一種典型和較早的形式，作為智能控制的一個重要 分支，自從 1974 年英國 Mamdani 第一次將模糊邏輯和模糊推理用于鍋爐和蒸汽機的控制，特別是近幾年得到了飛速的發(fā)展。但靈活性同時帶來了設計上的隨意性和不規(guī)范性，而且控制知識的獲取、表達和學習，以及推理的有效性也是難點。由于被控對象的這種復雜性，決定了控制的艱難性。尤其近些年來人工智能理論的迅速崛起為控制的智能化提供了一個騰飛的工具。它以經典控制理論為主要控制方案，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產過程中的溫度 、 流量、壓力和水位進行控制 ， 在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結構、 PID 策略為主，同時針對不同的對象與要求，設計了一些專門的控制算法如達林頓算法、 Smith 預估器、根軌跡法等。近年來，電鍋爐已成為供熱采暖的主要設備。溫度測量是溫度控制的基礎，技術己經比較成熟。 傳統(tǒng)的控制方式不能進行遠距離的集中控制，自動化程度低，調節(jié)精度差等缺點，且單靠人工操作已不能適應，控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學技術的不斷進步 ,被控對象越來越復雜 ,人們對控制精度的要求不斷提高。 Sensor。 本設計采用一塊單片機作為鍋爐水溫閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)人工設定溫度，自動控制溫度，顯示 水的實時溫度等功能。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 華中科技大學文華學院 畢業(yè)設計 [論文 ] 題目 ： 鍋爐水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)的設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本設計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐供暖、而且有造價低、程序易于調試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點。 Microputer。 本文以鍋爐水溫為研究對象，研究一套性能好，能耗低、結構合理，調節(jié)精度高而且價格便宜的自動控溫裝置， 對鍋爐內的水溫進行自動控制，以保持一定的溫度。溫度控制在生產過程中占有相當大的比例，其關鍵在于測溫和控溫兩方面。 與傳統(tǒng)的以煤和石化產品為燃料的鍋爐相比還具有基本投資少、占地面積小、操作方便、熱效率高、能量轉化率高等優(yōu)點。 第一階段 ： 初級階段。不論從歷史和現(xiàn)狀，還是從發(fā)展的必要性和可能性來看，控制方法主要朝著綜合化、智能化方向發(fā)展。但在實際系統(tǒng)中被控對象一般都具有大慣性、大滯后、時變性、關聯(lián)性、不確定性和非線性的特點，這里的關聯(lián)性不僅包含過程對象中各物理參數(shù)之間的交錯，而且包含被控量、操作量和干擾量之間的聯(lián)系 ； 不確定性不單指結構上的不確定性，而且還指參數(shù)的不確定性 ； 非線性既有非本質的非線性，又有本質非線性。其主要優(yōu)點是層次結構、控制方法和知識表達上的靈活性較強，既可以符號推理，又允許模糊描述演繹。這些都為智能控制技術的應用提供了廣闊的前景 。它避開了建立精確的數(shù)學模型和用常規(guī)控制理論進行定量計算與分析的困難性。在各種儀表高速發(fā)展的今天，控制裝置己經不是主要問題，影響被控對象性能指標的主要因素取決于控制器本身，控制器本身的智能化設計將直接影響產品的質量和生產率。這里采用 51 系列單片機 AT89C51 控制鍋爐供暖，系統(tǒng)采用手動和自動兩種。當循環(huán)泵 1 出現(xiàn)故障時，報警系統(tǒng)報警，單片機接收到信號，備用的循環(huán)泵 2 開始代替循環(huán)泵 1 工作。 AT89C51 是一種低工耗、高性能的片內含有 4KB 快閃可編程 /擦除只讀存儲器的八位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。 溫度傳感器 本系統(tǒng)采用的是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測度數(shù)，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。 0 號存貯器用于存放溫度值的補碼， LSB（ 最低位 ） 的 1 表示 攝氏度。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。 圖 34 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器讀時序圖 （ 3） DS18B20 的寫時序。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F： 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。其重要特性如下： * 無與倫比的電機速度及轉矩控制，電機辨識運行及速度自我微調功能。 * 開環(huán)轉矩階躍上升時間小于 5 毫秒，而不帶速度傳感器的磁通矢量控制變頻器的開環(huán)轉矩階 躍上升時間卻多于 100 毫秒。溫度傳感器 DS18B20 將檢測到的溫度數(shù)據(jù)由單片機的 口送入。系統(tǒng)框圖如 42 所示 。 為功能鍵，第一次按下 鍵時，取消報警，同時允許溫度上限調節(jié) ； 第二次按下 鍵時，為確定。 由單片機 AT89C51 控制，移位寄存器 74LS164 和共陽 7 段 LED 組成。 19 為水溫故障標志， 1 時有效報警。單片機程序見附頁。 測試 [J].華中科技大學出版社， 20xx， 2 [2] 楊國志，王立峰，楊東光，王輝林等 . 實用電子制作實例 [M].福建科學技術出版社， 20xx [3] 金偉正 .單線數(shù)字溫度傳感器的原理及用 [M].電子工業(yè)出版社， 20xx [4] 王永平，陳建華 .基于 S7200PLC的高性能電熱鍋爐控制系統(tǒng) 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端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉換效能高、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。 圖 33 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器復位時序圖 （ 2） DS18B20 的讀時序。 DS18B20 的使用方法 ： 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪圖 32 DS18B20 引角圖 9 問。接著的 48 位是每個器件唯一的序號。此外 DSl8B20 數(shù)字溫度計提供 9 位 （ 二進制 ） 溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。 *程序存儲器具有三級加密保護。它的流程圖如圖 22 所示。在當溫度低于給定溫度 1 時，蒸汽閥打開給水加熱；當溫度低于給定溫度 2 時，系統(tǒng)報警。 （ 3） 結合電鍋爐供暖 系統(tǒng)對控制器的要求，設計一個智能溫度控制器，包括 ： 總體方案設計、硬件電路設計和部分軟件設計。 （ 3） 適應能力 由于智能控制不依賴于對象模型，智能行為表現(xiàn)為從系統(tǒng)輸入到輸 4 出的映射關系，即使輸入時系統(tǒng)從未有過的例子，系統(tǒng)通過插補、歸類等方法，也能給出適當?shù)妮敵觥Ｒ驗閷τ趶碗s的生產過程很難得到過程的精確數(shù)學模型，而語言方法卻是一種很方便的近似。其特 點是自 下而上智能遞增而精度遞減，即執(zhí)行級用于高精度局部控制，協(xié)調級用于知識和實際輸出調整執(zhí)行級中的控制參數(shù)，而組織級