【正文】 電安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 器的輸入端用微小的控制 信號 ，達(dá)到直接驅(qū)動大 電流 負(fù)載。 固態(tài)繼電器 SSR 由于本系統(tǒng)加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開與關(guān)狀態(tài)交替比較頻繁，一般的機(jī)械式繼電器在這種 工作模式下使用壽命大大降低，所以難以滿足這一要求，在此應(yīng)該選用 固態(tài)繼電器SSR， 如圖 所示為 固態(tài)繼電器 SSR，它 是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關(guān)。 (2)當(dāng)水溫 、水位 高于上限和低于下限時，系統(tǒng)進(jìn)行報警。只 要給傳感器 5V的供電并把它的單總線接到單片機(jī)的 P 口就可以了 。 。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 8 位數(shù)字量讀出。 － 55～＋ 125℃，以 ℃遞增。 。 。如圖 所示 DS18B20引腳排列圖 (A)DS18B20 特性： 。 圖 DS18B20 引腳排列圖 DS18B20 可以程序設(shè)定 912 位的分辨率，精度為 攝氏度。 溫度傳感器選擇 及溫度采集電路 DS18B20 簡介 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。因為在本設(shè)計中，電路中均采用低功耗的器件，所以穩(wěn)壓塊并不需要加散熱片。同時又由于器件只有三個引腳，所以使用簡單方便，價格低廉，應(yīng)用廣泛 。具有過熱，過流，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)功能。由于單片機(jī)工作電壓為 +5V，在此選用 7805。按其最大輸出電流又可分為 78L、 78M和 78 3個分系列。 78系列穩(wěn)壓器按輸出電壓共分為 9 種。有時會安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 發(fā)現(xiàn)型號 78前面和后面還有一個或幾個英文字母，如 W7 AN7 L78 CV 等。其中“ 78”后面的數(shù)字代表該穩(wěn)壓器輸出的正電壓數(shù)值，以伏特為單位。 這類穩(wěn)壓器的輸出為固定電壓。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。 (3)當(dāng) ＝高電平和 ＝低電平時，即實際水位在水位上限和水位下限之間的位置，單片機(jī)不進(jìn)行處理，即保持給水泵的狀態(tài)不變。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 水位檢測電路 (1)當(dāng) ＝高電平和 ＝高電平時，即實際水位在水位上限以上的位置，這時系統(tǒng)發(fā)出報警命令 ,系統(tǒng)停止工作。其中金屬棒 1和金屬棒 2用限流電阻分別與單片機(jī)相連接，金屬棒 3接 +5v的電源。 本系統(tǒng)設(shè)計利用普通水的導(dǎo)電性質(zhì) ， 采用不繡鋼管作為測量液位的器件，放于鍋爐上下限的金屬棒是否正在導(dǎo)電的 情況判斷鍋爐的水位是不是在上下限范圍之間，單片機(jī)通過采集的水位變化的信號，發(fā)出對給水泵控制的命令，控制鍋爐內(nèi)水位符合條件。 圖 按鍵電路 設(shè)計 水位 檢測 電路 設(shè)計 鍋爐在正常加溫工作情況下，同時對鍋爐液位檢測。 K2 每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值減少一度。 K1 每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值增加一度。本系統(tǒng)有三個按鍵分別為 K1,K2,K3. 如圖 所示。 輸出高電平時，燃燒器通電，進(jìn)行加熱處理。本部分電路與單片機(jī)的接口 如 圖 所示。 τ＝ R*C (31) 溫度控制電路 設(shè)計 本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。 系統(tǒng)的復(fù)位電路是由 RC 電路組成 ，外加一個手動復(fù)位按鈕 。為了確保單片機(jī)正常復(fù)位，必需使其 第 9 腳上出現(xiàn)的高電平保持 2μs以上。在設(shè)計印制板時，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL1， XTAL2（ 18， 19 腳）的引腳上外接定時 元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，用示波器便可觀察到 XTAL2 輸出的正弦波，定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，它與單片機(jī)的接法的如圖 32所示。 圖 最小單片機(jī)系統(tǒng) 時鐘電路 AT89S51 的時鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 單 片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是由最基本的電路元件組成的，外接部分簡單的電路就能獨立成一定的工作任務(wù)的單片機(jī)系統(tǒng)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN：外部程序存儲器的選通信 號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。除了 P1 口外 P0、 P P3 口都還有其他的功能。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電 阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 GND：接地。 。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 16 位定時器。 （傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）。 （ ROM 為 4KB）。 AT89S51 單片機(jī)引腳圖如圖 所示。 主要器件的選擇 Atmel 公司單片機(jī) AT89S51。溫度傳感器一直檢測鍋爐內(nèi)部的水溫。該中小型燃?xì)忮仩t所需要溫度的熱水是根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)的。 圖 系統(tǒng) 的原理 框圖 溫度 控制系統(tǒng)的控制信號通過繼電器控制燃燒器內(nèi)進(jìn)出氣，由三個進(jìn)氣閥實現(xiàn)控制。 溫度傳感器的輸出信號經(jīng)調(diào)理電路處理后作為單 片機(jī)系統(tǒng)的輸入信號。本系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于燃?xì)忮仩t的水溫控制系統(tǒng)。 在工業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐是一種重要的動力系統(tǒng)。液晶顯示，顯示水位上限值，水位下限值以及溫度報警值和實際溫度值。 同時為結(jié)合實際需要，本系統(tǒng)亦比較，當(dāng)溫度值大于溫度上限值(報警值 )時就報警，停止加熱。通過按鍵電路進(jìn)行溫度報警值的設(shè)定，并對鍋爐的水溫進(jìn)行采集及處理，然后與報警值重新啟動進(jìn)行加熱處理。 通過以上分析和比較從而得出：鍋爐溫度控制系統(tǒng) 采用單片機(jī) 作為控制器 的系統(tǒng)比 PLC 控制系統(tǒng) 成本更低，使用更加方便快捷 。 以 PLC 為控制器的方案比較昂貴 ， 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。而 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)可以規(guī)劃 到 一塊PCB 電路板上，從而安裝起來更加方便，而且其功能比較齊全，顯示模塊簡單，調(diào)節(jié)溫度可通 過鍵盤來設(shè)置，使用很方便。 當(dāng)系統(tǒng) 采集到溫度信號后與設(shè)定溫度進(jìn)行比較得到一個偏差，然后通過 PID 運算，從單片機(jī) 輸出一個 PWM 波形來控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制鍋爐的加熱絲在一個固定周期中通電加熱時間的長短來達(dá)到恒溫控制的目的。 這樣就可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，減少系統(tǒng)成本開銷。該方案采用 液晶顯示器來顯示 當(dāng)前采集的溫度值 、 當(dāng)前水位、水位的上下限值、預(yù)先設(shè)定的溫度報警值，接口簡單 、直觀 而且編程強(qiáng)度不大。 系統(tǒng)設(shè)計 方案 方案一： 采用 PLC 為控制器 此方案用 PLC 作為主要控制器的核心，利用熱電偶作為測溫器件，然后通過一個變送器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，送入到 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬到數(shù)字 量的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié) 果 轉(zhuǎn)送入 PLC，由 PLC 根據(jù)給定值與測量值的大小作比較得到一個偏差，再由D/A 將偏差數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量來調(diào)節(jié)加熱絲的工作時間或者通過調(diào)節(jié)不同電壓來調(diào)節(jié)加熱絲的加熱功率，最終達(dá)到鍋爐恒溫控制的目的。 每一種方案都有其各自的優(yōu)點。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 系統(tǒng)方案選擇及 工作原理 實現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計要求的方案有多種 ，以下介紹兩種控制方法： (1)用 PLC 為控制器，熱電阻 /熱電偶作為測溫器件，實現(xiàn)閉環(huán)控制。使用 LCD液晶顯示器顯示水位的上下限值、預(yù)先設(shè)定的溫度報警值和當(dāng)前采集的溫度值 ； 利用溫度傳感器 DS18B20采集測量鍋爐水溫 。如此反復(fù)監(jiān)控溫度。此時溫度傳感器實時對鍋爐溫度檢測，當(dāng)溫度降到設(shè)定值的下限時，繼電器重新通電。利用繼電器控制燃燒器和給水泵的加熱和給水。 它們二者與單片機(jī)的接口比較簡單，而且編程 難度 不大，安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 既縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)約了開發(fā)成本。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。選用 LCD液晶顯示器 和 基于單總線的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。此外， MCS51系列單片機(jī)完備的 控制功能、運算能力、加上完善的外部接口電路，完全可以勝任對中小型鍋爐 的 控制 。 單片機(jī)不 僅僅 可以實現(xiàn)各種常規(guī)的控制， 而且 還可以根據(jù)被控對象的特性，充分利用控制理論的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以獲得更好的控制效果。 本控制器主要是針對 現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中鍋爐溫度 控制裝置而設(shè)計的 ，用PID 控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法，以獲得良好的控制效果 。因此 ， 研制開發(fā)小型家用燃?xì)忮仩t就具有客觀的市場價值 與 現(xiàn)實的意義 。而這下符合 PID控制使用的條件，因而 PID 控制被廣泛地用于電熱鍋爐的控制中，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法，并獲得良好的控制效果。工業(yè)控制也越來越多的采用計算機(jī)控制， 在這里我們 采用 51 系列單片機(jī)來做控制器。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。 由于 目前人們的環(huán)保意識的提高， 人們對電熱鍋爐越來越重視 ，在工業(yè)生產(chǎn)和民用 生活用水 中應(yīng)用越來越普及。 6） 啟動、停止速度快，運行負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快，操作簡單。 5） 可采用計算機(jī)監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化。 4） 鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡單，安全性好。不會排放出有害氣體、飛塵、灰渣，完全符合環(huán)保方面的要求。加熱元件直接與水接觸，能量轉(zhuǎn)換效率很高，可達(dá) 95%以上。 安徽建筑 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 1 緒論 ....................................................................................................................................1 課題背景 .........