鍋爐溫度控制系統設計_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 較信號，重新 對繼電器進行通電，鍋爐重新加熱。 主要器件的選擇 Atmel 公司單片機 AT89S51。 SSR Dallas 半導體公司溫度傳感器 DS18B20 LCD1602 7805 輔助器件選擇 燃燒器 型號 :GP300T 功率 (kg):7004000 伺服馬達型號 :SQM 火焰探 測器型號 :QRA2 重量 (kg):320 燃燒器控制 :外置 系列 立式不銹鋼多級泵 流 量：最大 22m3/h 環境溫度：最高 +160℃ 液體溫度： 50℃ ～ 120℃ 工作電壓： 220V/380V 工作壓力： 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 8 3 硬件電路設計 主控單片機 AT89S51 芯片介 紹 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統及 80C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 ， AT89S51 在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。 AT89S51 單片機引腳圖如圖 所示。 圖 AT89S51引腳圖 主要性能特點 (1) AT89S51 主要功能如下： 8 位單芯片。 （ ROM 為 4KB）。 （ RAM 為 128B）。 （傳統最高工作頻率可至 12MHz）。 ，且每條均可以單獨做 I/O 的控制。 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 9 16 位定時器。 。 。 AT89S51 管腳 說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個內部上拉電 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 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。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口除了作為普通 I/O 口，還有第二功能： /RXD（串行輸入口） /TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 10 /INT1（外部中斷 1） /T0（記時器 0 外部輸入） /T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部 數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 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。讀端口時實際上并不從外部讀入數據，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線。89C51 的 P0、 P P P3 口作為輸入時都是準雙向口。除了 P1 口外 P0、 P P3 口都還有其他的功能。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問 外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信 號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 11 單 片機最小系統 單片機最小系統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的單片機系統。 51 單片機的最小系統由單片機芯片、電源、時鐘電路、和復位電路組成 ，如圖 所示。 圖 最小單片機系統 時鐘電路 AT89S51 的時鐘可由內部產生也可以由外部產生。在這個設計中只是用了內部產生。利用芯片內部振蕩電路，在 XTAL1， XTAL2（ 18， 19 腳）的引腳上外接定時 元件，內部振蕩器便能產生自激振蕩，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諧振電路，它與單片機的接法的如圖 32所示。晶體可以在 ~12MHz 之間所選，電容可以在 20~60pF 之間所選，通常選擇 33pF 左右，電容 C6， C7 的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調作用。在設計印制板時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 12 復位電路 單片機上電后，在其 9 腳（ RESET）出現 24 個振蕩 周期以上的高電平 后 ，單片機 內 部 初始 復位。為了確保單片機正常復位，必需使其 第 9 腳上出現的高電平保持 2μs以上。 復位電路 與單片機接法 如圖 所示 。 系統的復位電路是由 RC 電路組成 ，外加一個手動復位按鈕 。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 數決定， 由公式 (31)可知， C 充電的時間常數 τ等于 ，遠遠大于 2μs，即使 RST 高電平的時間 保持 2μs以上 ，確保了單片機正常復位。 τ＝ R*C (31) 溫度控制電路 設計 本系統采用繼電器進行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當 P 口輸出高電平時，經反相驅動器 7406 變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進而 使 Q3 導通，因而繼電器的線 圈通電 ,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與單片機的接口 如 圖 所示。 輸出低電平時，燃燒器斷電 ， 不進行加熱處理。 輸出高電平時，燃燒器通電，進行加熱處理。 圖 溫度控制電路 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 13 按鍵電路設計 為符合 本系統的 實際要求，進入系統之前首先對溫度報警值的設置。本系統有三個按鍵分別為 K1,K2,K3. 如圖 所示。 (1) K1 設置鍋爐溫度報警值的溫度值增 加按鍵。 K1 每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值增加一度。 (2) K2 設置鍋爐溫度報警值的溫度值減少按鍵。 K2 每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值減少一度。 (3) K3 溫度報警值確定值。 圖 按鍵電路 設計 水位 檢測 電路 設計 鍋爐在正常加溫工作情況下，同時對鍋爐液位檢測。當鍋爐的水位滿足條件時開始工作。 本系統設計利用普通水的導電性質 ， 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，單片機通過采集的水位變化的信號，發出對給水泵控制的命令，控制鍋爐內水位符合條件。 如圖 ，金屬棒 1放于水位上限位置，金屬棒 2放于水位下限位置，金屬棒 3放于水位以下比較遠點的位置。其中金屬棒 1和金屬棒 2用限流電阻分別與單片機相連接，金屬棒 3接 +5v的電源。單片機不斷的檢測單片機端口 的電平情況。 安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 14 圖 水位檢測電路 (1)當 ＝高電平和 ＝高電平時，即實際水位在水位上限以上的位置，這時系統發出報警命令 ,系統停止工作。 (2)當 ＝低電平和 ＝低電平時，即實際水位在下限以下的位置，這時系統控制給水泵工作，鍋爐開始加水，并報警。 (3)當 ＝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，單片機不進行處理，即保持給水泵的狀態不變。 穩壓電源電路設計 集成穩壓電源又稱三端集成穩壓器，它是指將功率調整管、取樣電阻、基準電壓、誤差放大、啟動及保護電路等全部集成在一塊芯片上，具有特定輸出電 壓的穩壓集成電路。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。三端 IC 穩壓器按性能與用途可分為固定輸出正穩壓器、固定輸出負穩壓器、可調輸出正穩壓器、可調輸出負穩壓器 4 類。 這類穩壓器的輸出為固定電壓。國內外廠家均將此系列穩壓器命名為 78系列，如 780 7812 等。其中“ 78”后面的數字代表該穩壓器輸出的正電壓數值，以伏特為單位。例如 7805 即表示穩壓輸出為 5V， 7812 表示穩壓輸出為 12V 等。有時會安徽建筑 大學 畢業設計（論文） 15 發現型號 78前面和后面還有一個或幾個英文字母，如 W7 AN7 L78 CV 等。前面的字 母稱“前綴”，一般是各生產廠（公司）的代號；后