基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3）直接輸出經放大校準的模擬信號； （4）輸出與輸入電壓成正比； （5）溫補范圍為0~70℃，滿足絕大部分用戶的需求； （6）有表壓、差壓和絕壓配置，有微壓和低壓等量程； ICSl220傳感器性能參數圖如下： 圖23 壓力傳感器原理表 22 參數 最小值典型值最大值單位滿量程輸出50mV零點輸出22mV非線性177。％Span遲滯177。％Span輸入輸出電阻250044006000Ω量程溫度誤差177。％Span零點溫度誤差177。％Span零點熱遲滯177。％Span供電電壓V響應時間ms輸出噪音μV pp長期穩定性177。％Span過載壓力3XRated補償溫度050℃工作溫度40+125℃ 貯存溫度50+150℃重量3 grams1220 A 015 G 3 S 壓力接口（L=長引壓管，S=短引壓管， N= 無引壓管） 引腳結構 壓力類型（G=表壓，A=絕壓，D=差壓） 壓力范圍 等級 型號 圖 24 ICSl220傳感器性能參數 A/D轉換器ADC0809是目前廣泛使用的逐位逼近型8位單片A/D轉換芯片，片內含8 路模擬開關，可允許8路模擬量輸入。主要由3部分組成：模擬輸入選擇部分、轉換器部分、輸出部分。ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，ADC0809主要信號引腳功能說明如表23[6]： IN7～IN0——八路模擬量輸入通道。 ALE——地址鎖存允許信號。 START——轉換啟動信號。START=1轉換啟動。 A、B、C——地址線、 通道端口選擇線。 CLK——時鐘信號。ADC0809要求外接時鐘頻率為10kHz~。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號。 EOC——轉換結束信號。EOC=1,轉換結束。 D7～D0——數據輸出線。 OE——輸出允許信號。OE=1，輸出轉換得到的數據。 Vcc—— +5V電源。 Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 圖25 ADC0809管腳ADC0809與80C51單片機的連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉換完成后轉換數據的傳送。轉換數據的傳送有定時傳送方式、查詢方式、中斷方式這三種方式。A、B、C的值與被選擇的通道之間的關系如下表2—3所示： 表2—3 通道選擇表C B A 被選擇的通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 IN IN IN IN IN IN IN IN3 鍋爐溫度和壓力控制系統硬件電路的設計 最小單片機系統 單片機最小應用系統，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，對本次設計使用單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機，晶振電路以及復位電路。 晶振電路(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合)/12MHz。 圖31 晶振電路 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。復位電路如圖 32所示。圖3 2復位電路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，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) 溫度采集模塊設計DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與TH，TL作比較，若TTH或TTL，則將該器件內的告警標志置位，并對主機發出的告警搜索命令作出響應。因此，因此可用多只DS18B20同時測量溫度并進行告警搜索。 DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。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時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉[7]。 本系統所采用的是電源直接供電。，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換成數字量，因此不需要連接A/D轉換器，DS18B20與單片機直接進行數據傳輸，不需要通過單片機來個DS18B20供電，保證了DS18B20工作的可靠性。 圖33溫度檢測模塊 本系統采用繼電器進行對加熱器工作方式控制，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，進而是Q3導通，因而繼電器的線圈通電,接通鍋爐加熱器。本部分電路與單片機的接口如圖34所示。，加熱器通電，加熱器對鍋爐加熱，進行加熱處理。，加熱器斷電，加熱器對鍋爐加熱，不進行加熱處理。 圖34溫度控制電路該部分主要由壓力信號檢測和信號放大電路兩部分組成。應變片可以將應變轉換為電阻的變化，為了顯示于記錄應變的大小，還要將電阻的變化再轉換為電壓或電流的變化，因此需要有專用的測量電路，通常采用直流電橋和交流電橋。由于應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變成線性關系。若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為輸出電壓為兩者之差，若不同時，則輸出電壓為兩者之和。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。電橋供電電壓U越高，輸出電壓Uo越大。 本次設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。它由三個集成運算放大器組成。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，構成平衡對稱差動放大輸入級，AR3構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，并適應接地負載的需要。由于每個放大器求和點的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個差分輸入電壓現在都呈現在RG兩端。因為輸入電壓經過放大后（在A1和A2的輸出端）的差分電壓呈現在R5，RG和R6這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變RG進行調整。如果R5＝R6，R1＝R3和R2＝R4，則VOUT=(VIN2－VIN1)(1＋2R5/RG)（R2/R1）[8]。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。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，從而不會在RG上產生電流。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。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按〔1＋（2RF/RG）〕的增益系數被放大。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＋（2RF/RG）〕倍。在理論上表明，得到所要求的前端增益（由RG來決定），而不增加共模增益和誤差，即差分信號將按增益成比例增加，而共模誤差則不然，所以比率〔增益（差分輸入電壓）/（共模誤差電壓）〕將增大。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。最后，由于結構上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除。這包