锅炉水温水位自动控制系统毕设论文定稿

I毕 业 设 计 （ 论 文 ）课 题 名 称 锅炉水温水位自动控制系统 学 生 姓 名 学 号 系、年级专业 信息工程系、09 电子信息工程 指 导 教 师 陈 玮 2013 年 4 月 18 日I摘 要在 现 代 科 学 技 术 的 许 多 领 域 中 ， 自 动 控 制 技 术 起 着 愈 来 愈 重 要 的 作 用 ， 并 且 随 着生 产 和 科 学 技 术 的 发 展 ， 自 动 化 水 平 也 越 来 越 高 。 自 动 控 制 利 用 控 制 装 置 使 被 控 对 象的 某 个 参 数 自 动 的 按 照 预 定 的 规 律 运 行 。 本 设 计 的 控 制 系 统 就 是 采 用 自 动 控 制 技 术 来实 现 其 功 能 的 ， 这 样 就 大 大 提 高 了 工 作 的 效 率 ， 而 且 整 个 过 程 又 快 又 稳 。 本 设 计 采 用单 片 机 作 为 数 据 处 理 与 控 制 单 元 ， 在 进 行 数 据 处 理 过 程 中 ， 单 片 机 控 制 温 度 传 感 器 和 水位 传 感 器 进 行 工 作 ， 把 温 度 信 号 和 液 位 信 号 传 递 到 单 片 机 上 。 单 片 机 进 行 数 据 处 理 之后 ， 发 出 控 制 信 号 改 变 报 警 和 控 制 执 行 模 块 的 状 态 ， 同 时 将 当 前 温 度 信 息 和 液 位 信 息发 送 到 LCD12864 进 行 显 示 。 本 系 统 可 以 实 现 温 度 和 液 位 信 号 的 采 集 与 显 示 ， 可 以使 用 红 外 遥 控 器 来 设 置 温 度 限 定 值 ， 通 过 液 位 数 据 的 运 算 处 理 ， 发 出 控 制 信 号 达 到 控制 液 位 的 目 的 。 本 系 统 以 STC80C52 为 核 心 ， 用 温 度 传 感 器 DS18B20 采 集 温 度 信 号 ，同 时 用 超 声 波 传 感 器 测 量 液 位 。 通 过 当 前 液 位 与 设 定 液 位 的 最 高 值 和 最 低 值 相 比 和 当前 的 温 度 与 设 定 的 温 度 相 比 发 送 不 同 的 控 制 指 令 ， 从 而 达 到 自 动 控 制 的 目 的 。关 键 词 ： 单 片 机 ； 温 度 传 感 器 ； 超 声 波 ； 红 外 遥 控 器 。IIAbstractIn many areas of modern science and technology, automatic control technology plays an increasingly important role, and with production and the development of science and technology, the level of automation is also getting higher and higher. Control device to control the use of a particular object in accordance with the parameters of the automatic operation of the law is scheduled. The design of the automatic control to buy a certain object automatically in accordance with the parameters of the scheduled operation.It uses MCU as data process and control unit, and uses MCU to control temperature sensor and the level of water which transmits data to MCU through single bus. It can send a signal to change the states of alarm, current temperature and the level of water is displayed by LCD12864 The system achieves multi-channel temperature and water level signal acquisition and control. This system is applied in such domains as warehouse detecting temperature and the level of water ；air-conditioner controlling system in building and supervisory productive process etc.AT89S51 to the system as the center. The level of water is collected by the Ultrasonic sensors. and the temperature of air is measured by DS18B20.while keyboard is used to set a highest level and a lowest level. thus achieving control for automation.Keywords: microcontrollers;temperature sensor;ultrasonic;IR remote control目 录摘要 .IAbstract.II第 1章 绪论 .11.1 锅炉的发展现状 .11.2 热水锅炉温度检测与液位控制的背景及意义 .11.3 单片机控制锅炉的发展前景 .1第 2章 方案论证 .32.1 题目分析 .32.2 温度传感器的选择 .32.3 测距传感器的选择 .62.4 显示器的选择 .72.5 控制器的选择 .82.6 单片机的选择 .8第 3章 系统的总体设计 .113.1 电路的总体工作原理 .113.2 系统的硬件设计 .123.3 温度传感电路设计 .133.4 红外遥控电路的设计 .153.5 显示电路的设计 .173.6 超声波测距模块 .18第 4章 系统的软件设计 .204.1 系统的主程序设计 .204.2 中断程序的设计 .21第 5章 测试结果 .225.1 温度控制电路测试 .225.2 水位控制电路 .25第 6章 总结 .306.1 经济效益分析 .306.2 社会效益分析 .30致谢 .31附录 I.33附录 II.34邵阳学院毕业论文（设计）1第 1章 绪论1.1锅炉的发展现状锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都能扮演着极其重要的角色。它己经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。国外的锅炉控制工业5060年代发展最快，70年代达到高峰。我国的锅炉工业是在新中国成立后才建立和发展起来的，1953年在上海首创了上海锅炉厂。从其在生产和生活中所起的作用不同，锅炉可分为电站锅炉，主要用于发电厂；工业锅炉，主要用于直接供给工农业生产或驱动机械能源；生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。1.2 热水锅炉温度检测与液位控制的背景及意义随着我国的国民经济快速发展与人民生活水平的迅速提高，对锅炉的需求量有日益增加的趋势。如果锅炉的控制设备简陋，控制技术落后，效率低，就会造成了燃料的大量浪费，而且严重污染空气，也不利于安全生产。而热水锅炉的控制虽然没有工业锅炉复杂，精确度要求也没工业要求高，但热水锅炉的应用也十分广泛，如果要人工控制就不仅需要很大的工作量，而且不能保证控制的准确性和及时性，因此用采用自动检测和控制，不仅大大减少工作量，而且准确，既经济又实惠。温度检测系统在现代工业设计、工程建设及日常生活中的应用越来越广泛，早期的温度检测主要应用于工厂中，在人们的日常生活中，温度检测系统的应用和作用也体现到了各个方面。特别是单片机技术的出现，它给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的51系列单片机的出现，由于它具有极好的稳定性，更快和更准确的运算精度。本次设计就是要通过以51系列单片机为控制核心，通过DS18B20采集温度，LCD12864显示，实现热水锅炉温度检测系统的设计，同是采用超声波传感器检测锅炉内水位，并利用单片机来控制水泵，从而达到控制液位的目的。1.3 单片机控制锅炉的发展前景锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制，微机控制优势明显，作为锅炉控制系统装置：其主要任务是保证锅炉的安邵阳学院毕业论文（设计）2全、稳定、经济运行，减少劳动人员的劳动强度。采用计算机控制的锅炉系统有十分良好的安全机制：可以置多点的声光报警和自动连锁停炉，杜绝人为疏忽造成的重大事故。邵阳学院毕业论文（设计）3第 2章 方案论证本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。2.1 题目分析本设计是一个锅炉温度液位控制系统，能测量温度，水位，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。2.1.1 具体指标正常工作温度范围： 0100正常工作水位范围： 2CM4.5M水位误差: 2MM温度误差：1 2.1.2 具体控制要求根据设计的要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时(最初设定温度是 30)，停止加热。当温度低于设定的温度时，打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。水位低于最低水位时启动加水装置，达到最高水位时关闭加水装置.本次毕业设计的主要任务是能对温度和水位进行自动的检测和控制。设计中采用单片机来控制温度和水位，因此要有温度的采集电路,水位采集电路，LCD显示电路，温控电路，水位控制电路，LED 显示电路等几个部分。要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理和应用，测距传感器的原理和应用以及显示电路的设计等。2.2 温度传感器的选择2.2.1 采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。 图 2-1 是 AD590 用于测量热力邵阳学院毕业论文（设计）4学温度的基本应用电路。因为流过 AD590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 R1和电位器 R2 的电阻之和为 1k 时，输出电压 OV随温度的变化为 1mV/K。但由于AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把 AD590 放于冰水混合物中，调整电位器 R2，使 0=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器,使 0V=273.2+25=298.2（mV） 。但这样调整只可保证在0或 25附近有较高精度。AD590 把被测温度转换为电流再通过放大器和 A/D 转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。图 2.1 基于 AD590 测温基本应用电路2.2.2 采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术( ATE)的结晶。目前，已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器 (或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU )、随机存取存储器( RAM)和只读存储器( ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器( MCU). 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C 总线、SMBUS 总线和 SPI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有 DS18B20,智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作 ,自行构成一个温邵阳学院毕业论文（设计）5控仪。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器 ,具有 3 引脚TO92 小体积封装形式;温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位A/D 转换精度,测温分辨率可达 0.0625,被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20