【正文】 Ⅴ基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生：周鵬，信息系指導(dǎo)老師：周勇，長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院[摘要] 生活鍋爐和工廠小型鍋爐的防控設(shè)置比較簡單，爆炸時(shí)有發(fā)生。（）第四階段：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，做實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)總體。熟練掌握AT89C51單片機(jī)的各項(xiàng)原理及應(yīng)用。工業(yè)鍋爐大多采用 PLC 控制，PLC 控制成本很高，而且控制和通訊能力，反應(yīng)的靈敏性方面都不如單片機(jī)。國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢單片機(jī)控制的鍋爐防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案題目來源：本題來自于生產(chǎn)實(shí)際。隨著技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)低工耗低污染的要求，國內(nèi)外的工程技術(shù)人員都不斷的研制開發(fā)或改進(jìn)各種新型鍋爐。就目前現(xiàn)狀，單片機(jī)控制的多采用8051單片機(jī)，該類型單片機(jī)往往需要擴(kuò)展大量的外部存儲(chǔ)器，并行 I/O 口等，導(dǎo)致在軟件編程中問題復(fù)雜化，提高了不穩(wěn)定性。（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)的思路本系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)控制，采用溫度和煙霧兩種傳感器探測鍋爐易爆處各階段的溫度和壓強(qiáng)，經(jīng)檢測電路和壓頻轉(zhuǎn)換后送 CPU進(jìn)行判斷，由聲音和燈光輸出報(bào)警信號(hào)。 （）第五階段：修改并完善論文，撰寫并打印設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的爆炸隱患，避免惡性事故發(fā)生，本文探索了用于鍋爐的防爆控制系統(tǒng)。組成新一代的所謂“智能化儀器儀表”。就各工業(yè)部門的現(xiàn)實(shí)來看，除研制新型節(jié)能鍋爐意外，對(duì)現(xiàn)在舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提高鍋爐的自動(dòng)化程度也是一項(xiàng)重要的途徑。中小型鍋爐作為供暖設(shè)備用于提供熱水，取暖方面得到了廣泛應(yīng)用。目前，由于家用鍋爐屬于批量生產(chǎn)，而且每臺(tái)鍋爐需要一套完整的控制系統(tǒng)，針對(duì)這些特點(diǎn)，尤其從產(chǎn)品成本角度出發(fā)，以MCS51為核心器件組成的控制系統(tǒng)是比較理想的選擇。系統(tǒng)在軟件上采取模塊化的程序結(jié)構(gòu)。如此反復(fù)監(jiān)控溫度。 方案二采用可編程邏輯器件PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及控制，PLC具有高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，豐富的I/O接口模塊，為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除了一些小型PLC以外，采用模塊式的結(jié)構(gòu)，靈活性好。ADC590功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。（3）幾乎無零漂、高穩(wěn)定性、高分辨率。 顯示電路選擇 方案一顯示單元主要由LED數(shù)碼管及顯示驅(qū)動(dòng)單元組成。AT89C51是美國ATMEL生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)。(7) 2組獨(dú)立的16位定時(shí)器。（5）P2口（21－28）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個(gè)TTL門電流。 （12）XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率。（7） 測溫范圍－55～＋125℃，℃遞增。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)拓展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的0,1字節(jié)。 封裝圖 引腳分布圖圖7 封裝、引腳分布圖氣壓傳感器MPX4115的引腳說明如下表2：表2 引腳說明引腳序號(hào)引腳名稱功 能1VOUT電壓輸出腳2GND接地端3VCC芯片工作電壓456空引腳用于內(nèi)部連接，懸空不使用 壓力采集電路壓力傳感器測量鍋爐中的壓力經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸送給單片機(jī)，單片機(jī)將其與預(yù)設(shè)壓力對(duì)比，如果比預(yù)設(shè)的壓力大則開始報(bào)警。（4） A、B、C地址線、通道端口選擇線。（9） Vcc+5V電源。其字符中共有160種字符。本設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出。K2每按下一次，溫度（壓力）報(bào)警值顯示比上一次值減少一度。協(xié)議包括幾種單線信號(hào)類型：復(fù)位脈沖，存在脈沖，寫0、寫讀0、讀1。開始跳過ROM匹配發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換 命令跳過ROM匹配檢測DS18B02是否存在結(jié)束保存采集的溫度發(fā)出溫度讀取命令 N Y 圖20 溫度采集流程圖 MPX4115壓力采集子程序設(shè)計(jì)傳感器直接輸出電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)通過地址端口讀取該數(shù)據(jù)，流程圖如圖21開始選擇通道EOC=1？ NO 讀取ADC結(jié)束 圖21 壓力采集流程圖程序設(shè)定0XFFF0為ADC0809的端口地址，首先通過端口地址選擇模擬通道0，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，垱轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出一個(gè)高電平，通過查詢EOC端口，然后從地址0XFFF0端口讀出數(shù)據(jù)。經(jīng)過反相驅(qū)動(dòng)器變?yōu)楦唠娖?，從而不能使發(fā)光二極管發(fā)光，繼而使得繼電器的線圈不能通電，鍋爐斷電，停止加熱。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。抗干擾設(shè)計(jì)更是要全面考慮，解決干擾是一種復(fù)雜、難度較大的技術(shù)，沒有固定模式，只能從解決電源干擾、注意空間屏蔽、做好接地等主要措施考慮，并根據(jù)具體問題軟硬兼施，有所側(cè)重。我還要特別感謝我的大學(xué)同學(xué)，在這段時(shí)間，當(dāng)我找不到資料時(shí)，他們熱心幫助，當(dāng)我碰到問題而苦惱時(shí)，他們真誠鼓勵(lì)，真誠的謝謝他們給予的幫助和鼓勵(lì)。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺。切實(shí)解決這些個(gè)問題使整個(gè)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、無誤探測報(bào)警還需做許多工作。明白了基本的科研方法，要實(shí)行一種宏觀到微觀的策略，有條理的解決問題，在解決問題的過程中，務(wù)必要弄清楚問題出在哪里，一定不能知難而退。時(shí)至今日，論文基本完成。LCD液晶顯示子流程圖如圖22所示。都要對(duì)其進(jìn)行初始化，在接收到復(fù)位脈沖后，再對(duì)SD18B20進(jìn)行正確的ROM命令和存貯器操作命令。圖16 按鍵電路 控制電路 本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對(duì)燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度和壓力。（也可以將蜂鳴器換成LED） 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)AT89C51的內(nèi)核共電為5V，而此鍋爐防爆系統(tǒng)的測溫度和壓力模塊以及LED鍵盤模塊的共電電壓都可為5V，所以通過此電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的單片機(jī)工作電壓，以保障鍋爐防爆系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與LED點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多。其典型值為+5VADC0809與單片機(jī)連接主要涉及兩個(gè)問題。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。圖8 壓力采集電路 A/D模塊氣壓傳感器MPX4115輸出的是模擬電壓，因此，必須進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換才能交由單片機(jī)處理。如圖6。（9） 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）。如圖5所示DS1B20引腳排列圖圖5 DS18B20引腳圖：（1） 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。他是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，C1和C2分別接單片機(jī)的C1和C2，晶振和瓷片電容是沒有正負(fù)的，兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地。 （7）RST（9）：復(fù)位輸入。2. AT89C51管腳排列及系統(tǒng)所用管腳介紹。1. AT89C51 主要功能列表9]如下：(1) 為一般控制應(yīng)用的8位單芯片。 方案二采用LCD液晶顯示器顯示鍋爐當(dāng)前的溫度和壓力。因此采用方案一。 決策方案溫度的采集是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)之一，在眾多的環(huán)境監(jiān)測中，ADC590由于成本低而用得較多，但后續(xù)電路復(fù)雜，輸出模擬信號(hào)較弱，需要進(jìn)行放大后再通過A/D轉(zhuǎn)換電路得到溫度值，不僅復(fù)雜，而且提高了系統(tǒng)的功耗，降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能。 方案決策二者均可達(dá)到本設(shè)計(jì)想要的功能，但從性價(jià)比上講，AT89C51單片機(jī)價(jià)格低廉，而PLC一般用在大型的控制系統(tǒng)中，價(jià)格不低廉，故不采用。第33頁（共32頁）鍋爐防爆設(shè)計(jì)方案2 鍋爐防爆設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖繼電器溫度傳感器壓力傳感器信號(hào)放大電路LCD顯示器模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路鍵盤聲音報(bào)警器8255擴(kuò)展芯片AT89C51單片機(jī)圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 微控制器方案選擇模擬量經(jīng)輸入通道處理后要送到微機(jī)控制電路進(jìn)行信號(hào)的分析處理，得到控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如進(jìn)行及時(shí)的聲光報(bào)警功能，選用一款好的微機(jī)成為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)槲C(jī)電路本身的性能有時(shí)候決定整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗。本系統(tǒng)的電源采用市場上常見的W7800(7800)系列7805電源穩(wěn)壓芯片，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分別用單獨(dú)的供電回路，以避免電源干擾。在外圍芯片選取時(shí)，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片和電路，并本著節(jié)約成本的思想。我國現(xiàn)有大、中型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的2/5，另外 還有更多的小型采暖鍋爐。它的基本功能是通過探測器準(zhǔn)確探測溫度值和壓力值，精確判斷爆炸隱患是否啟動(dòng)報(bào)警。目前在研制高精