基于單片機的開水房鍋爐控制系統(tǒng)設計畢業(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象中一種重要的被測控對象。雖場合不同，但究其控制系統(tǒng)本身的動態(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，由于控制對象相對較小且又不重要，有相當一部分還是采用人工控制或是繼電接觸式的控制方式，自動化程度低，調節(jié)精度差，且單靠人工操作已不能適應當今高效、低耗、低勞動強度的要求。因此，對這種控制系統(tǒng)進行改造是適應發(fā)展的需要的。單片機作為自動控制中的一個核心器件在小型自動控制系統(tǒng)及信號采集方面已經(jīng)被廣泛應用，技術也相對較成熟，它不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，應用前景廣，在小型開水房鍋爐自動控制中采用單片機作為控制中心，不但能夠使控制系統(tǒng)具有精度高、功能強、經(jīng)濟性好的特點，即節(jié)約能源，還在改善勞動條件等方面都顯示了無比的優(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、加熱機構、加水機構等七大模塊組成。整個系統(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，水溫可以通過按鍵預置，由溫度傳感器檢測出出水口處水的溫度并送給單片機，然后單片機將實際水溫送至LED數(shù)碼管顯示，同時單片機將采集到的實際水溫與預置溫度相比較，若實際溫度在預置溫度范圍內，就關閉電熱絲；若實際水溫不在預置溫度范圍內，就接通電熱絲給鍋爐加熱，若超過預置溫度極單片機溫度檢測模塊按鍵模塊水位檢測模塊加熱模塊加水模塊顯示模塊限，控制系統(tǒng)就會報警。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，由三對高亮二極管和三極管來檢測水位并將采集到的信息送給單片機，當水位高于最高水位時，就關閉水泵；當水位低于下限水位時，就打開水泵；當水位低于或高于極限水位時，就會報警。當按”X”按鈕時，就會取消報警；十分鐘后，控制系統(tǒng)自動恢復報警功能，至到水位恢復正常。3硬件配置用及方案論證3.1溫度檢測與控制如圖2所示，溫度傳感器將鍋爐出水口水溫資料檢測出來并傳給單片機系統(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的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，數(shù)量高居各種傳感器之首。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：(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。在實際溫度檢測過程中，如何選用傳感器顯得至關重要。國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)絡化的方向發(fā)展。目前，集成溫度傳感器在溫度檢測系統(tǒng)中應用越來越多，而其輸出信號形式大致有電壓、電流和數(shù)字三類。(a)正電源供電（b）負電源供電（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、高精度和快速響應的特點的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個引腳，其接線方式有三種：正電源供電、負電源供電、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，用來調整25C下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在330k范圍內。這時靈敏度可達109+110mV/C，在-1080C范圍內基本誤差不超過1C，溫度的分辨率可達0.1C。這種集成傳感器在靜止空氣中的時間常數(shù)為24s，在流動空氣中為11s。電源電壓在515V間變化，所引起的測溫誤差一般不超過2C。整個集成電路的電流值一般為0.4mA，最大不超過0.8mA（RL=時）。實驗證明：如果環(huán)境溫度為20C，當RC=1k時，AN6700S輸出電壓為3.189V；當RC=10k時，AN6700S輸出電壓為4.792V；當RC=100k時，AN6700S輸出電壓為6.175V。因此，使用AN6700S檢測一般環(huán)境溫度時，適當調整校正電阻RC，不用放大器可直接將輸出信號送入A/D轉換器，再給微處理器進行處理、顯示、打印或存儲等。AN6700S雖然靈敏度高，響應速度快，但用于測量水溫，相對測溫范圍過窄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DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫組件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過資料線供電，電壓范圍為3.05.5V；零待機功耗；溫度以9或者說12位數(shù)字量讀出；用戶可定義的非易失性溫度報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓性，電源杉性接反時，溫度計不會發(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，其內部結構框圖如圖4所示3。其特點是：可將被測溫度直接轉換成計算機能識別的9到12位（最高位為符號位，即“1”為正溫度，“2”為負溫度）二進制數(shù)字信號輸出；精度高；信息傳送只需一根信號線；每個DS18B20包括一個全球唯一的64位長的序列號，其中開始的8位是產(chǎn)品的類型編號（28H），接著的48位是每個器件唯一的序號，最后的8位是前56位的CRC（循環(huán)冗余校驗）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測溫范圍為-55125C，精度為2C，而在-1085C范圍內，其精度為0.5C，其轉換時間與溫度分辨率設置組合關系如表1所示。表3分辨率設置與轉換時間關系R1R2分辨率設置轉換時間(ms)009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20的測溫原理如圖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送給計數(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)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩呂來決定，每次測量前，首先將-55C所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被在-55C所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)