基于单片机的开水房锅炉控制系统设计毕业论文.doc

1绪论工业生产生活中，在很多方面都对温度有不同的要求。如用于热处理的加热炉、用于熔化金属的锅炉以及各种不同用途的加热炉反应炉，如用于水泥生产中的大型锅炉和生活中的供开水用小型锅炉等，这样温度就成为了其对象中一种重要的被测控对象。虽场合不同，但究其控制系统本身的动态系统而言，基本上都是一种纯滞后的环节。1在传统的小型开水房锅炉控制中，由于控制对象相对较小且又不重要，有相当一部分还是采用人工控制或是继电接触式的控制方式，自动化程度低，调节精度差，且单靠人工操作已不能适应当今高效、低耗、低劳动强度的要求。因此，对这种控制系统进行改造是适应发展的需要的。单片机作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已经被广泛应用，技术也相对较成熟，它不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，在小型开水房锅炉自动控制中采用单片机作为控制中心，不但能够使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点，即节约能源，还在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。2系统组成方案开水房开水控制系统主要由单片机模块、温度控制模块、水位控制模块、显示模块、按键模块、加热机构、加水机构等七大模块组成。整个系统框图如下：图1系统组成框图开水房开水控制系统的工作原理如图2所示。锅炉采用电加热的方式，水源由水泵供给，水温可以通过按键预置，由温度传感器检测出出水口处水的温度并送给单片机，然后单片机将实际水温送至LED数码管显示，同时单片机将采集到的实际水温与预置温度相比较，若实际温度在预置温度范围内，就关闭电热丝；若实际水温不在预置温度范围内，就接通电热丝给锅炉加热，若超过预置温度极单片机温度检测模块按键模块水位检测模块加热模块加水模块显示模块限，控制系统就会报警。根据连通器原理，同锅炉相连的玻璃管中的水位与锅炉里的水位相同，由三对高亮二极管和三极管来检测水位并将采集到的信息送给单片机，当水位高于最高水位时，就关闭水泵；当水位低于下限水位时，就打开水泵；当水位低于或高于极限水位时，就会报警。当按”X”按钮时，就会取消报警；十分钟后，控制系统自动恢复报警功能，至到水位恢复正常。3硬件配置用及方案论证3.1温度检测与控制如图2所示，温度传感器将锅炉出水口水温资料检测出来并传给单片机系统，系统再将此数据处理后送给显示电路，并判断是否接通电热丝给锅炉加热。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：(1)传统的分立式温度传感器(含敏感组件)；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。在实际温度检测过程中，如何选用传感器显得至关重要。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。目前，集成温度传感器在温度检测系统中应用越来越多，而其输出信号形式大致有电压、电流和数字三类。(a)正电源供电（b）负电源供电（c）输出极性颠倒图3AN6700S的连接方式温度传感器数据处理加热电热丝图2温度控制流程图方案一：采用输出电压式集成温度传感器AN6700S电压式温度传感器AN6700S是日本松下公司研制的一种具有灵敏度高、线性度好、高精度和快速响应的特点的电压输出型集成温度传感器，它有四个引脚，其接线方式有三种：正电源供电、负电源供电、输出极性颠倒，如图3.2所示。其中1、2脚为输出端，3、4接外部校正电阻RC，用来调整25C下的输出电压，使其等于5V，RC的阻值在330k范围内。这时灵敏度可达109+110mV/C，在-1080C范围内基本误差不超过1C，温度的分辨率可达0.1C。这种集成传感器在静止空气中的时间常数为24s，在流动空气中为11s。电源电压在515V间变化，所引起的测温误差一般不超过2C。整个集成电路的电流值一般为0.4mA，最大不超过0.8mA（RL=时）。实验证明：如果环境温度为20C，当RC=1k时，AN6700S输出电压为3.189V；当RC=10k时，AN6700S输出电压为4.792V；当RC=100k时，AN6700S输出电压为6.175V。因此，使用AN6700S检测一般环境温度时，适当调整校正电阻RC，不用放大器可直接将输出信号送入A/D转换器，再给微处理器进行处理、显示、打印或存储等。AN6700S虽然灵敏度高，响应速度快，但用于测量水温，相对测温范围过窄2。方案二：采用输出数字式集成温度传感器DS18B20DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温组件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过资料线供电，电压范围为3.05.5V；零待机功耗；温度以9或者说12位数字量读出；用户可定义的非易失性温度报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压性，电源杉性接反时，温度计不会发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图4所示3。其特点是：可将被测温度直接转换成计算机能识别的9到12位（最高位为符号位，即“1”为正温度，“2”为负温度）二进制数字信号输出；精度高；信息传送只需一根信号线；每个DS18B20包括一个全球唯一的64位长的序列号，其中开始的8位是产品的类型编号（28H），接着的48位是每个器件唯一的序号，最后的8位是前56位的CRC（循环冗余校验）码；且有数据总线供电和外部供电（电源电压范围为3.05.5V）两种供电方式。单线式数字温度传感器DS18B20测温范围为-55125C，精度为2C，而在-1085C范围内，其精度为0.5C，其转换时间与温度分辨率设置组合关系如表1所示。表3分辨率设置与转换时间关系R1R2分辨率设置转换时间(ms)009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20的测温原理如图5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响极小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数门的开启时间由高温度系数振荡吕来决定，每次测量前，首先将-55C所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被在-55C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值高速缓存温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器C64位ROM和单线接口内存与控制逻辑图4DS18B20内部结构