【正文】 /D 轉(zhuǎn)換處理 PID計算 控制輸出 N Y 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 23 溫度和壓力檢測程序流程圖設(shè)計 如圖 43為溫度檢測主程序流程圖，單片機先初始化，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，等待傳單器接受的檢測數(shù)據(jù)，單片機計算是否接收完畢，如是等待 A/D 轉(zhuǎn)換，如否返回繼續(xù)等待接收。然后對按鍵進行掃描，對按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。 ??tu 圖 41 控制系統(tǒng)系統(tǒng) ? ?sGo sTKIp pK sTK Dp e(t) y(t) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 22 系統(tǒng)總流程圖設(shè)計 由于模塊化程序的設(shè)計，通過調(diào)用程序即可實現(xiàn)所用功能，主程序流程圖 如圖 42所示。 TT R A N S 1R5 6 0C17 0 μC32 2 0 μC21 0 4C41 0 31234B R I D G E 1DL E D7 8 0 52 2 0 V 圖 39 穩(wěn)壓電源電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 21 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制算法研究 由于單片機控制是一種采樣控制，系統(tǒng)中 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可通過數(shù)值公式近似計算 [ 11]。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)保護功能。當(dāng)基極為高電平時，晶體管截止，相當(dāng)于開路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴叫。這個電路并不是一般的放大電路，三極管不是工作在放大狀態(tài)，而是工作在飽和狀態(tài)和截 止?fàn)罱K師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 20 態(tài)。該部分電路與單片機的接口 如 圖 38所示 。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 19 V C C4. 7k Ω 4P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3 圖 37 鍵盤電路 報警電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用蜂鳴器進行報警 ,并用兩個 LED 指示燈表示工作狀態(tài)，紅燈亮綠燈滅表示報警 。它是將每個獨立按鍵按一對一的方式直接接到單片機的 I/O 口上，通過程序掃描查詢方式實現(xiàn)與單片機系統(tǒng)交互的。 對于鍵的識別，可以采用程序掃描的方法。 為了便于實現(xiàn)各種的控制要求，智能調(diào)節(jié)器必須具備快速設(shè)置被控參數(shù)且操作方便，還必須增加鍵盤裝置。 本設(shè)計中采用靜態(tài)顯示。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，但占用機時多，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 所謂動態(tài)顯示就是單片機定時的對顯示器進行掃描。這種顯示占用機少，顯示可靠；缺點是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。一種是靜態(tài)顯示，一種是江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 18 動態(tài)顯示。因而 LED 一起體積小，可靠性高，耗能低等諸多優(yōu)點在生產(chǎn)生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 LED 就 是一種半導(dǎo)體元件，其電氣特性與一般的二極管一樣，區(qū)別在于其在通電狀態(tài)下會發(fā)光。用 LED 是因為它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長的特點。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。因此 CMR 理論上直接與增益成比例增加，這是一個非常有用的特性。這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了〔 1＋（ 2 RF/RG）〕倍。由于沒有電流流過 RG（也就無電流流過 R5 和 R6） ） ， 放大器 AR1 和 AR2 將作為單位增益跟隨器而工作。 由于 RG 兩端的電壓等于 VIN，所以流過 RG 的電流等于 VIN/RG，因此輸入信號將通過 A1 和 A2獲得增益并得到放大。因為輸入電壓經(jīng)過放大后（在 A1 和 A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在 R5， RG 和 R6 這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變 RG 進行調(diào) 整。 其中 AR1 和 AR2 為兩個性能一致 (主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益 )的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級， AR3 構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制 AR1 和 AR2 的共模信號，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。 本次設(shè)計的放大器采用了三運放，因為它 具有高共模抑制比的放大電路。若相對兩橋臂的極性一直，輸出電壓為兩者之和，反之則為兩者之差。 由于應(yīng)變片的電橋電路的輸出信號一般比較微弱，所以目前大部分電阻應(yīng)變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連電橋的輸出電壓于應(yīng)變成線性關(guān)系。 R21kΩR31kΩR11kΩKP C 817QN P N7406DV C C+ 5VV C C P 1. 7 圖 34溫度控制電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 16 壓力檢測電路設(shè)計 該部分主要由壓力信號檢測和信號放大電路兩部分組成。 輸出高電平時，加熱器通電，加熱器對鍋爐加熱，進行加熱處理。當(dāng) P口輸出高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器 7406 變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進而是 Q3 導(dǎo)通，因而繼電器的線圈通電 ,接通鍋爐加熱器。 DS18B20 的 DQ 端直接與單片機的 口相連接， VDD 端接 +5V 電源， DQ 端與 +5V 電源之間通過電阻相連， GND 接地，DS18B20 可以直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此不需要連接 A/D 轉(zhuǎn)換器，DS18B20 與單片機直接進行數(shù)據(jù)傳輸，不需要通過單片機來個 DS18B20 供電，保證了 DS18B20 工作的可靠性。另一種是寄生電源供電方式，如圖 33 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉 [7]。因此，因此可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。剛上電時或者觸 動按鈕后 C5兩端的電壓為 0，這時 RST 為高電平，而其高電平保持時間是由 R和 C 的時間常數(shù)決定，由公式 (31)可知， C充電的時間常數(shù)τ等于 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2μ s，即使 RST 高電平的時間保持 2μ s 以上，確保了單片機正常復(fù)位。 復(fù)位電路 如圖 32所示 。 C2C1X T A L 2X T A L 1G N D 圖 31 晶振電路 復(fù)位電路 單片機上電后，在其 9 腳（ RESET）出現(xiàn) 24個振蕩 周期以上的高電平 后 ，單片機 內(nèi) 部 初始 復(fù)位。 A、 B、 C 的值與被選擇的通道之間的關(guān)系如下表 2— 3 所示： 表 2— 3 通道選擇表 C B A 被選擇的 通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 13 3 鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 最小單片機系統(tǒng) 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)， 指的是 用最少的元件組成的單片機 并且 可以 正常 工作的系統(tǒng)，對本次設(shè)計使用單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機 ， 晶振電路 以及 復(fù)位電路。一是 8路模擬信號通道的選擇，二是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 Vcc—— +5V 電源。 OE—— 輸出允許信號。 EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 CLK—— 時鐘信號。 START=1 轉(zhuǎn)換啟動。 ALE—— 地址鎖存允許信號。主要由 3部分組成：模擬輸入選擇部分、轉(zhuǎn)換器部分、輸出部分。 ％ Span 供電電壓 V 響應(yīng)時間 ms 輸出噪音 μ V pp 長期穩(wěn)定性 177。 ％ Span 零 點溫度誤差 177。 ％ Span 遲滯 177。從 0～ 2psi 至 0～ 100psi 量程范圍內(nèi)均有表壓，差壓和絕壓產(chǎn)品 [5]。 引腳序號 引 腳 名 稱 功 能 1 GND 接地 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳 3 VDD 接 5V 電源 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 9 通過激光修正的電阻實現(xiàn)了 0～ 50℃的溫度補償，還提供一個激光修正的電阻用于調(diào)節(jié)差動放大器的增益來校正傳感器的壓力靈敏度變化，使具有良好的互換性，互換性誤差僅為177。 ROM 操作品令 ： 總線主機檢測到 DSl820 的存在，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如 [4] 指令 代碼 ROM(讀 ROM) [33H] ROM(匹配 ROM) [55H] ROM(跳過 ROM) [CCH] ROM(搜索 ROM) [F0H] search(告警搜索 ) [ECH] 存儲器操作命令 指令 代碼 Scratchpad(寫暫存存儲器 ) [4EH] Scratchpad(讀暫存存儲器 ) [BEH] Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器 ) [48H] Temperature(溫度變換 ) [44H] EPROM(重新調(diào)出 ) [B8H] Power supply(讀電源 ) [B4H] DS18B20 管腳功能表，如表 21所示 表 21 DS18B20 管腳功能表 壓力傳感器 壓力傳感器芯片的性能受溫度的影響非常大，主要表現(xiàn)為零點和靈敏度隨溫度變化而發(fā)生漂移。如圖 23 所示DS18B20 引腳排列圖 圖 23 DS18B20 引腳排列圖 DS18B20特性：只需要一個端口來進行通訊；簡單的多點分布應(yīng)用；無需外部應(yīng)用；不需要接外部器件及電路； .能通過數(shù)據(jù)線作為電源線來進行供電；無待機產(chǎn)生的功耗；測溫范圍－ 55～＋ 125℃，以 ℃為單位遞增；溫度測量結(jié)果以 8 位數(shù)字量輸出；溫度模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時間為 200ms（典型值）。 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 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。 P3口每一位能驅(qū)動 4個 LS 型 TTL 負(fù)載。 ②做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 P2口每一 位能驅(qū)動 4個 LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存器（地址 90H）寫入全 1，此時 P1 引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。 （ 2） — （ 1腳 — 8 腳）： P1 口是一個帶內(nèi)部上接電阻的準(zhǔn)雙向 I／ O口。作