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】 暫存存儲器 ) [48H] Temperature(溫度變換 ) [44H] EPROM(重新調出 ) [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，主要表現為零點和靈敏度隨溫度變化而發生漂移。 1220 型是經過溫度補償的硅壓阻式壓力傳感器，采用雙列直插封裝結構，適用要求成本低，性能優越，長期穩定性好的應用領域。 引腳序號 引 腳 名 稱 功 能 1 GND 接地 2 DQ 數據輸入 /輸出腳 3 VDD 接 5V 電源 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 9 通過激光修正的電阻實現了 0～ 50℃的溫度補償，還提供一個激光修正的電阻用于調節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。 1％。從 0～ 2psi 至 0～ 100psi 量程范圍內均有表壓，差壓和絕壓產品 [5]。 ICSl220 系列具有如下優點： （ 1）放大、校準和溫度補償； （ 2）多級壓力非線性修正； （ 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： 1234RR E S I S T O R B R I D G E I C 圖 23 壓力傳感器原理 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 10 表 22 參數 最小值 典型值 最大值 單位 滿量程輸出 50 mV 零點輸出 2 2 mV 非線性 177。 ％ Span 遲滯 177。 ％ Span 輸入輸出電阻 2500 4400 6000 Ω 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 μ V pp 長期穩定性 177。 ％ Span 過載壓力 3X Rated 補償溫度 0 50 ℃ 工作溫度 40 +125 ℃ 貯存溫度 50 +150 ℃ 重量 3 grams 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 11 1220 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)。 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 12 I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75ST6E O C7D38OE9C L K10V C C11V R E F +12G N D13D114I N 228I N 127I N 026A25B24C23A L E22D721D620D519D418D017V R E F 16D215 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 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 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 13 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 典型的晶振值取 (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。 C2C1X T A L 2X T A L 1G N D 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 。 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 14 SS W P BR10kΩC220μ FV C CR S T 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， C充電的時間常數τ等于 ，遠遠大于 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。 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。 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 15 V D DQDG N DD S 1 8 B 2 010kΩV C CP 2 . 3 圖 33 溫度檢測模塊 溫度控制電路 設計 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。 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。 輸出低電平時，加熱器斷電，加熱器對鍋爐加熱，不進行加熱處理。 R21kΩR31kΩR11kΩKP C 817QN P N7406DV C C+ 5VV C C P 1. 7 圖 34溫度控制電路 江蘇師范大學科文學院本科生畢業設計 基于單片機的鍋爐溫度和壓力控制系統設計 16 壓力檢測電路設計 該部分主要由壓力信號檢測和信號放大電路兩部分組成。 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