基于單片機(jī)的開水房鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

1緒論工業(yè)生產(chǎn)生活中，在很多方面都對(duì)溫度有不同的要求。如用于熱處理的加熱爐、用于熔化金屬的鍋爐以及各種不同用途的加熱爐反應(yīng)爐，如用于水泥生產(chǎn)中的大型鍋爐和生活中的供開水用小型鍋爐等，這樣溫度就成為了其對(duì)象中一種重要的被測(cè)控對(duì)象。雖場(chǎng)合不同，但究其控制系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)而言，基本上都是一種純滯后的環(huán)節(jié)。1在傳統(tǒng)的小型開水房鍋爐控制中，由于控制對(duì)象相對(duì)較小且又不重要，有相當(dāng)一部分還是采用人工控制或是繼電接觸式的控制方式，自動(dòng)化程度低，調(diào)節(jié)精度差，且單靠人工操作已不能適應(yīng)當(dāng)今高效、低耗、低勞動(dòng)強(qiáng)度的要求。因此，對(duì)這種控制系統(tǒng)進(jìn)行改造是適應(yīng)發(fā)展的需要的。單片機(jī)作為自動(dòng)控制中的一個(gè)核心器件在小型自動(dòng)控制系統(tǒng)及信號(hào)采集方面已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對(duì)較成熟，它不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性價(jià)比，應(yīng)用前景廣，在小型開水房鍋爐自動(dòng)控制中采用單片機(jī)作為控制中心，不但能夠使控制系統(tǒng)具有精度高、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，即節(jié)約能源，還在改善勞動(dòng)條件等方面都顯示了無(wú)比的優(yōu)越性。2系統(tǒng)組成方案開水房開水控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、溫度控制模塊、水位控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊、加熱機(jī)構(gòu)、加水機(jī)構(gòu)等七大模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)框圖如下：圖1系統(tǒng)組成框圖開水房開水控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。鍋爐采用電加熱的方式，水源由水泵供給，水溫可以通過(guò)按鍵預(yù)置，由溫度傳感器檢測(cè)出出水口處水的溫度并送給單片機(jī)，然后單片機(jī)將實(shí)際水溫送至LED數(shù)碼管顯示，同時(shí)單片機(jī)將采集到的實(shí)際水溫與預(yù)置溫度相比較，若實(shí)際溫度在預(yù)置溫度范圍內(nèi)，就關(guān)閉電熱絲；若實(shí)際水溫不在預(yù)置溫度范圍內(nèi)，就接通電熱絲給鍋爐加熱，若超過(guò)預(yù)置溫度極單片機(jī)溫度檢測(cè)模塊按鍵模塊水位檢測(cè)模塊加熱模塊加水模塊顯示模塊限，控制系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警。根據(jù)連通器原理，同鍋爐相連的玻璃管中的水位與鍋爐里的水位相同，由三對(duì)高亮二極管和三極管來(lái)檢測(cè)水位并將采集到的信息送給單片機(jī)，當(dāng)水位高于最高水位時(shí)，就關(guān)閉水泵；當(dāng)水位低于下限水位時(shí)，就打開水泵；當(dāng)水位低于或高于極限水位時(shí)，就會(huì)報(bào)警。當(dāng)按”X”按鈕時(shí)，就會(huì)取消報(bào)警；十分鐘后，控制系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)報(bào)警功能，至到水位恢復(fù)正常。3硬件配置用及方案論證3.1溫度檢測(cè)與控制如圖2所示，溫度傳感器將鍋爐出水口水溫資料檢測(cè)出來(lái)并傳給單片機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)再將此數(shù)據(jù)處理后送給顯示電路，并判斷是否接通電熱絲給鍋爐加熱。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。近百年來(lái)，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感組件)；(2)模擬集成溫度傳感器控制器；(3)智能溫度傳感器。在實(shí)際溫度檢測(cè)過(guò)程中，如何選用傳感器顯得至關(guān)重要。國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。目前，集成溫度傳感器在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越多，而其輸出信號(hào)形式大致有電壓、電流和數(shù)字三類。(a)正電源供電（b）負(fù)電源供電（c）輸出極性顛倒圖3AN6700S的連接方式溫度傳感器數(shù)據(jù)處理加熱電熱絲圖2溫度控制流程圖方案一：采用輸出電壓式集成溫度傳感器AN6700S電壓式溫度傳感器AN6700S是日本松下公司研制的一種具有靈敏度高、線性度好、高精度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個(gè)引腳，其接線方式有三種：正電源供電、負(fù)電源供電、輸出極性顛倒，如圖3.2所示。其中1、2腳為輸出端，3、4接外部校正電阻RC，用來(lái)調(diào)整25C下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在330k范圍內(nèi)。這時(shí)靈敏度可達(dá)109+110mV/C，在-1080C范圍內(nèi)基本誤差不超過(guò)1C，溫度的分辨率可達(dá)0.1C。這種集成傳感器在靜止空氣中的時(shí)間常數(shù)為24s，在流動(dòng)空氣中為11s。電源電壓在515V間變化，所引起的測(cè)溫誤差一般不超過(guò)2C。整個(gè)集成電路的電流值一般為0.4mA，最大不超過(guò)0.8mA（RL=時(shí)）。實(shí)驗(yàn)證明：如果環(huán)境溫度為20C，當(dāng)RC=1k時(shí)，AN6700S輸出電壓為3.189V；當(dāng)RC=10k時(shí)，AN6700S輸出電壓為4.792V；當(dāng)RC=100k時(shí)，AN6700S輸出電壓為6.175V。因此，使用AN6700S檢測(cè)一般環(huán)境溫度時(shí)，適當(dāng)調(diào)整校正電阻RC，不用放大器可直接將輸出信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器，再給微處理器進(jìn)行處理、顯示、打印或存儲(chǔ)等。AN6700S雖然靈敏度高，響應(yīng)速度快，但用于測(cè)量水溫，相對(duì)測(cè)溫范圍過(guò)窄2。方案二：采用輸出數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫組件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無(wú)須外部器件；可通過(guò)資料線供電，電壓范圍為3.05.5V；零待機(jī)功耗；溫度以9或者說(shuō)12位數(shù)字量讀出；用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓性，電源杉性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示3。其特點(diǎn)是：可將被測(cè)溫度直接轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的9到12位（最高位為符號(hào)位，即“1”為正溫度，“2”為負(fù)溫度）二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出；精度高；信息傳送只需一根信號(hào)線；每個(gè)DS18B20包括一個(gè)全球唯一的64位長(zhǎng)的序列號(hào)，其中開始的8位是產(chǎn)品的類型編號(hào)（28H），接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)，最后的8位是前56位的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼；且有數(shù)據(jù)總線供電和外部供電（電源電壓范圍為3.05.5V）兩種供電方式。單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)溫范圍為-55125C，精度為2C，而在-1085C范圍內(nèi)，其精度為0.5C，其轉(zhuǎn)換時(shí)間與溫度分辨率設(shè)置組合關(guān)系如表1所示。表3分辨率設(shè)置與轉(zhuǎn)換時(shí)間關(guān)系R1R2分辨率設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)間(ms)009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20的測(cè)溫原理如圖5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響極小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩呂來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被在-55C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)