【正文】 .......... 26 5 結(jié)論 ............................................................ 27 致 謝 ............................................................ 28 附圖：系統(tǒng)原理總圖 ............................................. 29 附錄：代碼編寫(xiě) .................................................. 30 參考文獻(xiàn) ......................................................... 37 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) 1 1 緒論 研究背景及現(xiàn)狀 鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備， 傳統(tǒng)的鍋爐 由鍋和 爐 兩大主體和保證其安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行的附件，儀表附屬設(shè)備，自控和保護(hù) 系統(tǒng)組成，水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里燃料燃燒釋放出來(lái)的能量加熱，溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽，由于水的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動(dòng)力（嚴(yán)格的說(shuō)鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的）作為一種能源廣泛使用。溫度信號(hào)由溫度芯片 DS18B20 采集，以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給單 片機(jī)； 溫度 和 壓力 信號(hào)由 壓力 傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集 ，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 傳送給單片機(jī)，單片機(jī) 經(jīng)過(guò) 計(jì)算與處理后將溫度、壓力信息顯示在 LED顯示器上，文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路、壓力檢測(cè)電路、 穩(wěn)壓電源電路 和其他一些單片機(jī)接口電路。 根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況和環(huán)保上的考慮和要求，燃煤鍋爐由于污染并且效率不高，已經(jīng)逐漸被淘汰；燃油和燃?xì)忮仩t也存在著燃料供應(yīng)不方便和安全性等問(wèn)題。電加熱鍋爐本體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不需要布置管路，沒(méi)有燃燒室，沒(méi)有煙道，故而不會(huì)出現(xiàn)燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐存在的爆炸和泄漏的危險(xiǎn)。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想 當(dāng)前，世界計(jì)算機(jī)市場(chǎng)上出現(xiàn)了專門(mén)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(jià)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(chǎng)應(yīng)用中得到越來(lái)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(duì)象的特性，選擇更加先進(jìn)的控制方法，來(lái)獲得更好的控制效果。 本系統(tǒng)的電源模塊選擇了市場(chǎng)上常見(jiàn)的 W7800(7800)系列 7805電源穩(wěn)壓芯片 ，通過(guò)分別給模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分別供電，來(lái)避免出現(xiàn)電源干擾的現(xiàn)象。此外， 為符合實(shí)際本系統(tǒng)對(duì)鍋爐壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止鍋爐高壓爆炸，以免造成嚴(yán)重后果 [15]。 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(kāi)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(gè) 中斷 電 源 模 塊 溫 度 傳 感 器 壓 力 檢 測(cè) A/D 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 單片機(jī) LED 顯 示 被控對(duì)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 。 XTAL2（ 18 腳） : 接外部晶體的另一端。 ALE/PROG（ 30 腳） :當(dāng) 訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)， 該 端 口 輸出負(fù)脈沖 信號(hào) 作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 輸入 /輸出引腳： （ 1） — (32 腳 — 39 腳 )： P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 I／ 0口。 P2 口有兩個(gè)功能： ①擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（ A8~A15）使用。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 ICSl220 系列具有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）放大、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償； （ 2）多級(jí)壓力非線性修正； （ 3）直接輸出經(jīng)放大校準(zhǔn)的模擬信號(hào)； （ 4）輸出與輸入電壓成正比； （ 5）溫補(bǔ)范圍為 0~70℃，滿足絕大部分用戶的需求； （ 6）有表壓、差壓和絕壓配置，有微壓和低壓 等量程； ICSl220 傳感器性能參數(shù)圖如下： 1234RR E S I S T O R B R I D G E I C 圖 23 壓力傳感器原理 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) 10 表 22 參數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 滿量程輸出 50 mV 零點(diǎn)輸出 2 2 mV 非線性 177。 ADC0809 芯片為 28引腳為雙列直插式封裝， ADC0809 主要信號(hào)引腳功能說(shuō)明如表 23[6]： IN7～ IN0—— 八路模擬量輸入通道。 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 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) 12 I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75ST6E O C7D38OE9C L K10V C C11V R E F +12G N D13D114I N 228I N 127I N 026A25B24C23A L E22D721D620D519D418D017V R E F 16D215 圖 25 ADC0809 管腳 ADC0809 與 80C51 單片機(jī)的連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題。 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) 14 SS W P BR10kΩC220μ FV C CR S T 圖 3 2 復(fù)位電路 系統(tǒng)的復(fù)位電路是由 RC 電路組成，外加一個(gè)手動(dòng)復(fù)位按鈕。 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) 15 V D DQDG N DD S 1 8 B 2 010kΩV C CP 2 . 3 圖 33 溫度檢測(cè)模塊 溫度控制電路 設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對(duì)加熱器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為輸出電壓為兩者之差，若不同時(shí)，則輸出電壓為兩者之和。如果 R5 ＝ R6， R1＝ R3 和 R2 ＝ R4，則VOUT = (VIN2－ VIN1)(1＋ 2R5/RG)（ R2/R1） [8]。 最后，由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級(jí)的減法器消除。 在微型機(jī)系統(tǒng)中， LED 常用的顯示方法有兩種。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。在程序查詢方式下，通過(guò) I/O 端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的 I/O端口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的按鍵在 上拉電阻作用下為高電平，這樣通過(guò)讀I/O 口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 78 系列三端穩(wěn)壓器是最常見(jiàn)的集成穩(wěn)壓器件。 oiidij jiiPi ueeTTeTTeKu ????? ??? )]([ 10 41） oiidij jiiPi ueeTTeTTeKu ????? ?????? ? )]([ 211011 （ 42） 由此可得增量式算法公式： 1???? iii uuu （ 43） )]2()[( 211 ??? ?????? iiidiiiip eeeTTeTTeeK ][ 2 iiip eDIeeK ????? idiiip eKeKeK 2????? （ 44） 這個(gè)計(jì)算的過(guò)程可用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后返回。然后進(jìn)行軟件編程，通過(guò)數(shù) 據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。最大的體會(huì)還是理論運(yùn)用到實(shí)踐還是有很大差距，理論學(xué)得再好到了實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，這些問(wèn)題通過(guò)多實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)可以得到解決。 最后再一次感謝 我的論文導(dǎo)師黃艷老師和答辯組的各位老師，還有 所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 大學(xué)時(shí)代的老師 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊， 我被深深的折服 。 此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要難題為控制系統(tǒng)輸出控制和 PID 控件，系統(tǒng) PID 輸出為模擬信號(hào)而該系統(tǒng)的控制對(duì)象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無(wú)法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會(huì)因頻 繁開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。最后返回。接下來(lái)看是否有溫度數(shù)據(jù)采集到，如果有就進(jìn)行 A/D 采樣及 PID 處理數(shù)據(jù)，最后所得結(jié)果與設(shè)定值比較從而控制繼電器通斷 。 穩(wěn)壓電源電路如圖 39 所示，從 J1 輸入 9～ 12V 的直流電，打上開(kāi)關(guān)，經(jīng)C1 和 C2 濾波后，加到 7805 穩(wěn)壓塊的輸入端，再?gòu)钠漭敵龆溯敵龇€(wěn)定的 +5V 的電壓。 QP N PD1 D2D3L E DD4L E DD5L E DD6L E DLSS P E A K E RR11kR15 6 0R25 6 0R35 6 0R45 6 0V c cP 3 .7V c cV c cV c cV c cP 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3 圖 38 報(bào)警電路 電路由限流電阻 R 三極管 Q兩個(gè)二極管 和蜂鳴器組成。鍵盤(pán)控制有矩陣式和獨(dú)立式兩中。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一個(gè)八位輸出控制。 LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在 19世紀(jì) 60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來(lái)用。因此，共模信號(hào)將以單位增益通過(guò)輸入緩沖器，而差分電壓將按〔 1＋（ 2 RF/RG）〕的增益系數(shù)被放大。它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成 。 輸出低電平時(shí)，加熱器斷電，加熱器對(duì)鍋爐加熱，不進(jìn)行加熱處理。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。 晶振電路 典型的晶振值取 (因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到 9600波特率和 19200波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合 )/12MHz。 OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 A、 B、 C—— 地址線、 通道端口選擇線。 ％ Span 零點(diǎn)熱遲滯 177。 1220 型是經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹鹤枋綁毫鞲衅?，采用雙列直插封裝結(jié)構(gòu)，適用要求成本低，性能優(yōu)越，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的應(yīng)用領(lǐng)域。 P3 口與其它 I／ O 口有較大區(qū)別，每個(gè)引腳還具有專門(mén)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(lái)設(shè)置 [3]。 P1 的每一位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 EA/VPP（ 31腳） : 當(dāng) EA端 口 輸入高電平時(shí)， CPU 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址 0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 CPU 在向片外存儲(chǔ)器取指令期間， PSEN 信號(hào)在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中會(huì)生效兩次 。由于 80C51