基于单片机的小型家用燃气锅炉_控制系统设计-开题报告

南京理工大学泰州科技学院 毕业设计(论文)开题报告 学学 生生 姓姓 名名：陈 希学学 号号：0702040101 专专业业 ：电子信息工程 设设计计(论论文文)题题目目： 基于单片机的小型家用燃气锅炉 控制系统设计 指指 导导 教教 师师:虞粉英 2011年4月4日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委 员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指 导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签 署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设 计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印 在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印） 在本开题报告第一栏目内， 学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的 信息量（不包括辞典、手册） ； 4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894 数据元和交换格式、 信息交换、 日期和时间表示法 规定的要求， 一律用阿拉伯数字书写。 如 “2010 年 3 月 15 日” 或 “2010-03-15” 。 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文文 献献 综综 述述 摘要摘要本文根据所查阅的文献资料对 AT89C51 单片机为核心的小型家用燃气锅炉控制 系统的设计进行简要的综述。 首先介绍了基于单片机的小型家用燃气锅炉控制系统设计 的工作原理，然后提出了电路硬件及软件设计方案，主要包括传感器选择、转换电路、 输出电路和显示电路等。该系统利用单片机 C 语言，实现了显示时间、设定温度、实际 温度和能按设定的时间运行等功能，使控制效果更加精确，智能化，系统化。 关键词关键词燃气锅炉单片机控制器 1 1课题背景及意义课题背景及意义 目前，我国城镇居民住宅取暖大都采用集中供暖方式，这种方式从原理上讲，热效 率高，能源能够得到充分利用，具有较高的经济性。但是集中供暖方式大多采用燃煤锅 炉，这样会带来很大的环境污染问题。同时集中供暖方式对于用户来说，有不易控制的 缺点，白天上班期间，家里没人时，暖气不能停掉，造成很大的浪费；或者能够停掉却 不能预设启动，回家时室内温度较低，给生活带来不便。 近年来以天然气为燃料的燃气锅炉具有高效、环境污染小甚至无污染等特点，而因 此倍受人们青睐。目前市场上家用燃气锅炉大多数是进口或合资生产，价格动辄在万元 以上， 不利于推广使用。 同时根据资料显示， 目前研制燃气锅炉控制器的单位相对较少， 只有天津大学无线电厂、 江西九江交通电器厂、 南京仁泰锅炉自控设备有限公司等几家。 因此研制开发安全可靠、价格低廉的智能型小型家用燃气锅炉具有一定的现实意义。 2 2系统的工作原理系统的工作原理 单片机根据传感器检测到的温度，经一定的控制算法给出控制信号，通过调节进气 量的大小来调节锅炉炉火的大小，以调节锅炉的出水温度，从而完成室温的调节。锅炉 控制系统的工作原理如图1所示。 单片机 显示器 键盘 燃烧器 调节阀 A/D转换电路 温度传感器 图1锅炉系统的工作原理 3 3系统的硬件设计系统的硬件设计 所设计的控制系统用于家用小型燃气锅炉的温度控制，控制的温度范围是0 100C。该系统要实现显示时间、设定温度、实际温度和能按设定的时间运行等功能。 3.13.1温度传感器的选择温度传感器的选择 为了测量室内温度和锅炉出水温度，以达到满意的控制效果，系统设计采样两个回 路的温度：供水温度和室内温度。因此，在供水口和室内各配置一个温度传感器。本系 统被测温度大约在 0100C 之间， 选择比较常用的集成温度传感器 AD590 就能够满足 要求。 3.23.2转换器与转换器与单片机单片机的接口的接口 A/D转换器采用有8路选通输入的ADC0808。ADC0808是一个逐次逼近式CMOS型 A/D转换器，片内无时钟，需外接时钟信号，利用AT89C51提供的地址锁存允许输入线 ALE经D触发器二分频后获得0.5MHz的时钟信号。当时钟频率为640KHz时，ADC0808 的转换时间是64s，本系统中ADC0808的转换时间大约为82s。由于ADC0808具有输出 三态锁存器，它本身可看作一个带有并行I/O接口的A/D转换器，其8位数据输出引脚可 直接与数据总线相连。START(启动脉冲输入线)和ALE连在一起，并与WR间接相连， 可使0808在选择开启通道时即开启转换，只要执行一条写0808信号就启动转换。P2.7经 反相后控制两个或非门的开启与否，P2.7为0时，两个或非门被锁住，ADC0808不能工 作；P2.7为1时，在相应的读写命令下可以工作。转换结束信号EOC送给P2.0用于查询。 平时EOC输出高电平，在START信号的上升沿之后的08个时钟周期内变为低电平， 当 A/D转换结束后，EOC即变成高电平。 3.33.3输出通道的设计输出通道的设计 在输出通道中，采用交流型固态继电器控制执行器电源的通断，进而调整执行机构 开关进气门。固态继电器是一种新型的无触点式的电子开关，仅需很小的输入电流，能 与TTL，CMOS等电路很好地兼容，而输出利用晶体管驱动无触点开关，很适合于作微 机测控系统的执行元件，它将逐渐取代传统的继电器和可控硅。其内部带有光电隔离装 置，可防止电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到测控系统。固态继电器与单片机的 接口比较简单，只要在单片机的输出口接一个驱动器即可。 3.43.4显示电路的设计显示电路的设计 本设计中由于要对时间、温度进行显示，所以选择液晶显示屏1602模块作为输出。 它可以显示两行，每行16个字符，采用+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜， 具有很高的性价比。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160 个不同的点阵字符图形， 这些字符有： 阿拉伯数字、 英文字母的大小写和常用的符号等， 每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B （41H） ，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来， 我们就能看到字母“A”。 LCD1602主要管脚介绍：V0为液晶显示器对比度调整端，接电源时对比度最弱，接地时 对比度最高，对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。R/W为读写 信号线端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可 以写入指令或者显示地址；当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。E为使能端， 当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 将LCD1602的RS端、R/W端、E端和P2口相连，当RS=0时，对LCD1602写入指令； 当RS=1时，对LCD1602写入数据。当R/W端接高电平时芯片处于读数据状态，反之处于 写数据状态，E端为使能信号端。当R/W为高电平，E端也为高电平，RS为低电平时， 液晶显示屏显示需要显示的示数。 4 4系统的软件设计系统的软件设计 对一个单片机控制系统的软件来说，监控程序是最重要的部分。系统监控程序是控 制单片机系统按预定操作方式运转的程序。它完成人机会话及各种作业调度功能，使系 统按操作者意图或遥控命令完成指定作业，是单片机系统控制的框架。 当用户操作键盘或按钮开关时，监控程序必须对键盘操作进行解释，并调用相应功 能模块，完成预定任务，并通过显示等方式给出执行结果。在系统运行的最初时刻应对 系统进行初始化，其中包括软件初始化和硬件初始化。单片机系统在运行时也可能被某 些预定的条件触发，而完成规定的任务，如定时信号、外部触发信号等。因此监控程序 应能完成以下功能：系统初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成 显示功能，在适当的时候调用控制算法的程序及调度其它执行模块的任务。 参 考 文 献 1 李朝青. 单片机&DSP外围数字IC技术手册M. 北京：北京航空航天大学出版 社，2003. 2 沙占友，王彦朋，孟志永. 单片机外围电路设计M. 北京：电子工业出版社， 2003. 3 何立民. 单片机应用技术选编M. 北京：北京航空航天大学出版社，2000. 4 孙宝元. 传感器及其应用技术M. 北京：机械工业出版社，2005. 5 沈德金，陈粤初. 单片机接口电路与应用程序设计M. 北京：北京航空航天 大学出版社，1990. 6 周云波. 由集成温度传感器AD590构成的多点温度测量系统J. 电子技术运 用，1998，6：8791. 7 刘玉宾，朱焕立. 单片机与接口技术M. 北京：机械工业出版社，2004. 8 朱焕立. 工业过程控制计算机系统M. 北京：北京理工大学出版社，1995 9 吴国经. 单片机应用技术M. 北京：中国电力出版社，2004. 10 赵亮，侯国锐. 单片机C语言编程与实例M. 北京：人民邮电出版社，2003. 11 马全利. 单片机原理及接口技术M. 北京：高等教育出版社，2004. 12 石建华. 单片机原理与应用技术M. 北京：北京邮电大学出版社，2008. 13 侯宝玉. 基于 Proteus 的 51 系列单片机设计与仿真M. 北京：电子工业出 版社，2001. 14 龚运新. 单片机接口 C 语言开发技术M. 北京：清华大学出版社，2001. 15 张重雄. 微机化测试系统M. 南京：南京理工大学，1998. 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） ： 1、本课题要研究或解决的问题 燃煤锅炉会带来很大的环境污染问题。近年来以天然气为燃料的燃气锅炉具有高 效、环境污染小甚至无污染等特点，而因此倍受人们青睐。研制开发安全可靠、价格低 廉的智能型小型家用燃气锅炉具有一定的现实意义。本课题利用 AT89C51 单片机为控 制核心，设计了小型家用燃气锅炉的控制系统，达到了控制效果更加精确，智能化，系 统化的效果。 2、本课题拟采用的研究手段 本课题采用智能模糊控制算法对室内温度进行控制。 通常， 对于取暖用户来说， 人体对于温度变量的感知是模糊的， 人只能感到温度高、 正常或低的结论，而大脑对这些变量分析后得出的舒适程度也是模糊的。因此，比较自 适应PID控制和智能模糊控制两种控制方法，考虑到和执行器相配套以及本系统的技术 要求，自适应PID控制应用于对控制量要求较精确的场合，在本系统中用户对温度没有 十分精确的要求，采用自适应PID控制在程序设计上，为在线计算系统的参数，会增加 许多工作量，同时也会使控制过程复杂化，在本系统中无须采用这么复杂的控制就能实 现要求的控制效果，因此，通过上述比较分析，决定采用用智能模糊控制算法对室内温 度进行控制。 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告 指导教师意见指导教师意见： 1对“文献综述”的评语： 该生在阅读一定资料的基础上，已较好地了解课题所研究的内容。所查阅的资料全 面、详实，具有一定的实用价值，有助于深入了解所研究的课题。文献综述中对课题的 概述比较全面、正确，总体方案论述正确，有较好的可实施性，但在具体的研究方法上 还有欠缺，有待于进一步地查找资料，设计符合设计要求的具体电路。 2对本课