【正文】 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)識淵博，思想深邃，視野雄闊， 我被深深的折服 。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)很多問題，這些問題通過多實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)可以得到解決。 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 輸出為模擬信號而該系統(tǒng)的控制對象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會(huì)因頻 繁開關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。然后進(jìn)行軟件編程，通過數(shù) 據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。最后返回。最后返回。接下來看是否有溫度數(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 。 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)算的過程可用一個(gè)簡單的程序來實(shí)現(xiàn)。 穩(wěn)壓電源電路如圖 39 所示，從 J1 輸入 9～ 12V 的直流電，打上開關(guān)，經(jīng)C1 和 C2 濾波后，加到 7805 穩(wěn)壓塊的輸入端，再從其輸出端輸出穩(wěn)定的 +5V 的電壓。 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 78 系列三端穩(wěn)壓器是最常見的集成穩(wěn)壓器件。 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。在程序查詢方式下，通過 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，這樣通過讀I/O 口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。鍵盤控制有矩陣式和獨(dú)立式兩中。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)。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。 在微型機(jī)系統(tǒng)中， LED 常用的顯示方法有兩種。 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用。 最后，由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按〔 1＋（ 2 RF/RG）〕的增益系數(shù)被放大。如果 R5 ＝ R6， R1＝ R3 和 R2 ＝ R4，則VOUT = (VIN2－ VIN1)(1＋ 2R5/RG)（ R2/R1） [8]。它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成 。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。 輸出低電平時(shí)，加熱器斷電，加熱器對鍋爐加熱，不進(jìn)行加熱處理。 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) 15 V D DQDG N DD S 1 8 B 2 010kΩV C CP 2 . 3 圖 33 溫度檢測模塊 溫度控制電路 設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對加熱器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。 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 腳作為信號線， 3 腳接電源。 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。 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合 )/12MHz。 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)問題。 OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 A、 B、 C—— 地址線、 通道端口選擇線。 ADC0809 芯片為 28引腳為雙列直插式封裝， ADC0809 主要信號引腳功能說明如表 23[6]： IN7～ IN0—— 八路模擬量輸入通道。 ％ Span 零點(diǎn)熱遲滯 177。 ICSl220 系列具有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）放大、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償； （ 2）多級壓力非線性修正； （ 3）直接輸出經(jīng)放大校準(zhǔn)的模擬信號； （ 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。 1220 型是經(jīng)過溫度補(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，長期穩(wěn)定性好的應(yīng)用領(lǐng)域。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。 P3 口與其它 I／ O 口有較大區(qū)別，每個(gè)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]。 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。 P1 的每一位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 輸入 /輸出引腳： （ 1） — (32 腳 — 39 腳 )： P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I／ 0口。 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單元開始執(zhí)行程序。 ALE/PROG（ 30 腳） :當(dāng) 訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)， 該 端 口 輸出負(fù)脈沖 信號 作為存儲(chǔ)器讀選通信號。 CPU 在向片外存儲(chǔ)器取指令期間， PSEN 信號在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中會(huì)生效兩次 。 XTAL2（ 18 腳） : 接外部晶體的另一端。由于 80C51 的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 及時(shí)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。 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(gè) 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 。以此重復(fù)對鍋爐溫度控制。此外， 為符合實(shí)際本系統(tǒng)對鍋爐壓力進(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]。此時(shí)溫度傳感器實(shí)時(shí)對鍋爐溫度檢測，當(dāng)溫度降到設(shè)定值的下限時(shí)，繼電器重新通電。 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。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。 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(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。由于加入元件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。電加熱鍋爐本體結(jié)構(gòu)非常簡單，不需要布置管路，沒有燃燒室，沒有煙道，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)。由于采用電加熱方式，電能直接轉(zhuǎn)換為熱能，不需要采用燃燒的方式將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，因此就不會(huì)排放出有害 的 氣體 雜質(zhì) ， 也 不會(huì)產(chǎn)生灰渣， 很適宜 環(huán)保方面的要求，更適合安放在人口 十分 密集的生活區(qū) ， 辦公區(qū)。 根據(jù)國內(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題。 關(guān)鍵詞 ： 溫度檢測 A/D 轉(zhuǎn)換 壓力檢測 PID 控制； II Abstract This paper introduces the 51 microcontroller as the core temperature and pressure system of the working principle and design method. Temperature signal chip DS18B20 collection by the temperature, with digital signal transmitted to the form of single chip microputer。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，以數(shù)字信號的形式傳送給單 片機(jī)； 溫度 和 壓力 信號由 壓力 傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集 ，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信