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基于单片机的小型开水锅炉控制系统设计【电子】【优秀机械机电毕业设计论文】【A6212】

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基于 单片机 小型 开水 锅炉 控制系统 设计 电子 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6212
资源描述:

文档包括:

说明书一份,36页,11800字左右.

1 封皮.doc

10评阅教师成绩评定表.doc

2任务书.doc

3开题报告.doc

4摘要.doc

5正文.doc

6课题审核表.doc

7中期检查表.doc

8中英文资料.doc

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论文.DDB

内容简介:
河南科技学院本科生毕业论文(设计)成绩 评定表 (指导教师用) 学生 姓名 院(系) 专业 论文(设计)题目 指 导 教 师 评 语 及 评 分 指导教师评语: 必须手工填写。主要是对学生所做工作的评价,填写的内容主要包括以下几个方面:完成的工作量、文献阅读与翻译、中英文摘要;辞不技术水平、实际能力(先进程度、动手能力、独立分析能力、协作能力等)及创新点;综合应用基础理论和专业知识的能力 (分析计算、查阅资料的能力、计算机应用能力等 );文字表达、写作能力、论文规范程度、工作态度。老师可据实 际情况,酌情填写部分内容。 指导教师评分 _ 指导教师签字: _ 年 月 日 河南科技学院 2009 届本科毕业论文(设计) 论文题目: 基于单片机的小型开水锅炉控制系统设计 学 生姓名: 李浩 所在院系: 机电学院 所学专业: 应用电子技术教育 042 导师姓名: 刘法治 完成时间: 2009 年 05 月 20 日 河南科技学院本科生毕业论文(设计)成绩 评定表 ( 评阅 教师用) 学生 姓名 院(系) 专业 论文(设计)题目 评 阅 教 师 评 语 及 评 分 评阅 教师评语: 必须手工填写。主要是对学生所做工件的评价,填写内容包括以下几个方面:完成的工作量、文献阅读与翻译、中英文摘要:技术水平、实际能力(先进程度、动手能力、独立工作能力、协作能力等)及创新点;综合应用基础理论和专业知识的能力 (分析计算、查阅资料的能力、计算机应用能力等 );文字表达、写作能力、论文规范程度、工作态度。老师可据实际情况,酌情填写部分内容 。 评阅 教师评分 _ 评阅 教师签字: _ 年 月 日 河南科技学院本科生 毕业论文(设计)任务书 题目名称 基于单片机的小型开水锅炉控制系统设计 学生姓名 李浩 所学专业 应 用 电 子 技术教育 学号 20040325049 指导教师姓名 刘法治 所学专业 机电一体化 职称 高级实验师 完成期限 2008 年 12 月 12 日 至 2009 年 6 月 5 日 一、 论文(设计)主要内容及主要技术指标 利用单片机技术实现小型开水锅炉控制系统的改造,利用单线数字温度传感器及光电对管实现对水温、水位检测并达到控制的目的。 ( 1) 系统要求电源为标准的 5V 电压,单片机接收信号采取中断方式; ( 2)水温控制:要求系统能实现对水温的预设,当水温超出设定温度时,能够及时报警; ( 3)水位控制:系统能够将水位控制在上限和下限之间,当水位超出该范围时,能够报警。 ( 4)按键功能:能够对水温进行预设和设置水温与实际温度的转换。 二、 毕业论文(设计)的基本要求 400 字左右的中英文摘要,正文后有 20 篇左右的参考文献,正文中要引用 5篇以上文献,并注明文献出处。 000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料。 数在 20000 字以上。 三、 毕业论文(设计)进度安排 1. 2008 年 12 月 22 日 1 月 9 日,下达毕业设计任务书;寒假期间完成英文资料翻译和开题报告。 2. 2009 年 2 月 16 27 日(第 1),指导教师审核开题报告、设计方案和英文资料翻译。 3. 2009 年 3 月 2 日 24 日(第 3),毕业设计单元部分设计。 4. 2009 年 4 月 27 日 1 日(第 11 周),毕业设计中期检查。 5. 2009 年 5 月 4 日 22 日(第 12),设计仿真、程序调试、线路板制作调试,整理、撰写毕业设计报告。 6. 2009 年 5 月 25 5 日(第 15)上交毕业设计报告,指导教师、评阅教师审查评阅设计报告,毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩,学生修改整理设计报告。 河南科技 学 院本科生 毕业论 文( 设计 ) 开题报 告 题目名称 基于单片机的小型开水锅炉控制系统设计 学生姓名 李浩 专业 应用电子技术教育 学号 20040325049 指导教师姓名 刘法治 所学专业 机电一体化 职称 高级实验师 完成期限 2008 年 12 月 22 日 至 2009 年 6 月 5 日 一、选题的目的意义 在我国,传统的开水锅炉控制中多以燃煤和燃油为主,而且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,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,加上燃料燃烧时产 生大量的废气和废渣,对环境造成了严重的污染,给人们的生产和生活也带来了巨大的危害。因此,对传统的控制系统进行改造是适应今后发展的迫切需要。随着电力工业的不断发展,人们逐渐采用电加热控制系统。本设计就是针对燃煤和燃油锅炉所存在的问题,开发了一种多功能智能的电锅炉控制系统。 本论文设计的小型开水房锅炉自动控制中采用的就是以单片机作为控制中心,采用电力作为燃料,不仅能够使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点,还节约能源,利于环保,在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。另外该设计的控制系统还具有超温、高低水 位保护、显示及报警等功能,保证锅炉正常安全的工作,实现自动化控制。 二、国内外研究现状 当前,节能与环保已成为人类社会面临的两大课题。我国的锅炉目前以煤为主要燃料,耗煤量接近全国煤产量的三分之一。在欧美和日本等发达国家,石油和天然气已成为第一能源,占能源消费的 60%左右,燃油和燃气锅炉已逐步取代燃煤锅炉,对风机和水泵等典籍的变频控制已相当成熟。自 20 世纪 90 年代以来,随着大型可编程控制器、单片机的出现和模糊控制、自适应控制等职能控制算法的发展应用,锅炉控制水平大大提高,已实现优化控制。 国内对锅炉控制的研 究起步较晚,始于 80 年代初期。国内研究锅炉控制比较成熟的企业有上海杜比公司、南京仁泰公司等。 此外还有一些科研院校和企业开发的各种智能锅炉控制系统,如清华大学动力工程与控制学院为亚运村北辰供热厂热水锅炉的改造开发的锅炉控制系统,采用“一控四”方案,即一台主机控制四台锅炉。 随着电力工业的不断发展,电加热控制系统 的锅炉正在兴起 。 如今的北京,电锅炉家族可谓越来越宠大了,国内的国外的品牌应有尽有,运行效果最好的是美国的白浪电锅炉。该设备为立式圆柱形,占地少,其体积最小的直径,设备安装很方便,操作简单,运行稳定且可同时 提供采暖和生活用水。具有多种时段温 控,预设功能,可到经济运行的目的,很多别墅项目一般采用电锅炉取水 。 三、主要研究内容 示控制和 输出驱动电路的设计 四、毕业论文(设计)的研究方法或技术路线 本设计采用的是以 片机为核心,通过对锅炉水位和水温实时检测与采集,实现对锅炉的温度控制、水位控制、实时温度显示、水位显示、安全报警等功能。 该设计利用温度转换芯片 行温度采集。 数字化温度传感器 量温度范围为 +125C,在 85C 范围内 ,精度为 ,现场温度直接以一线总线的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,使系统设计更灵活,方便。同时 以程序设定 912 位的分辨率,精度为 。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在 ,掉电后依然保存 ,并且 性能价格也非常出色 。另外配上金属电极式水位检测传感器,完成水位自动检测 ,实现自动加水。 五、 主要参考文献与资料 1魏庆涛 J2006, 7, 1192李小玲 J 2006, 1,1213刘星平 其网络的智能炉温控制系统 J04张洪润,张亚凡 M2005 5李光飞,楼然苗 M2004 6金伟正 温度传感器的原理及用 M2000 7松井邦彦 日 著,梁瑞林 译 制作 M 2005 8李 明,徐向东 J1999, (39)3,889王永平,陈建华 7 200高性能电热锅炉控制系统 J002, (3)2610吴春旺,陈 霞 J2006, 3, 7111杨 智 , 明丽萍 ,吕雪艳 纪燃气锅炉在中国的发展前景 J2001, 7 12宋书中,葛 玻 J2000, 6,3413袁希光等 M1986 14张洪润,张亚凡 M2005 15南京傲屹电子有限公司 令手册 ,L009、 指导教师审批意见 签名: 年 月 日 摘要 本文介绍了一种新型智能全自动电锅炉控制系统 , 并给出了系统的工作原理、硬件结构及软件流程。本系统采用 司单片机系列中的 采用双线串行 采用 固态继电器 为 控制驱动电路的 开关器件,用独特的新型单线智能数字温度传感器 为测温元件 , 测温精度可达 , 这种数字传感器可以与单片机直接连接无需其它电路。此外在温度传感器的地方 并联一个液位传感器 , 再配 上固态继电器 控制水泵的补水开关 , 完成对水位的控制。实 际使用证明该系统具有良好的控制效果。 关键词 : 电锅炉 , 单片机 数字温度传感器 , 液位传感器 on of a of of s to SR as a a as a of up , a be In at a to to 目 录 1 绪论 . 1 2 设计要求 . 1 3 方案论证 . 1 度检测设计方案 . 1 位检测设计方案 . 2 4 系统结构框图 . 3 5 单片机外围器件的设计 . 3 件选择及介绍 . 4 片机 . 4 度传感器 . 6 电存储器 . 10 态继电器 . 11 件电路具体设计与实现 . 12 温采集部分 . 12 位采集部分 . 12 示电路 . 13 动电路 . 14 警电路 . 15 盘接口电路 . 15 电存储电路 . 16 6 软件设计 . 16 序流程图 . 17 序清单:见附录二 . 17 7 系统总体电路图:见附录一 . 18 8 结论 . 19 谢辞 . 19 参考文献 . 19 附录一:总体电路图 . 21 附录二:程序清单 . 22 1 1 绪论 在 我国, 传统的 开水 锅炉控制中 多以燃煤和燃油为主 , 而且 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, 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 ,加上 燃料燃烧时产生大量的废气和废渣 , 对环境造成了严重的污染 , 给人们的生产和生活 也 带来了巨大的危害。 因此,对传统的 控制系统进行改造是适应 今后 发展 的迫切需要 。 随着电力工业的不断发展 , 人们逐渐采用电加热控制系统 。 本设计就是 针对燃煤和燃油锅炉所存在的问题 , 开发了 一种 多功能智能 的 电锅炉控制系统 1。 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。 本 论文 设计的 小型开水房锅炉自动控制中采用 的就是以 单片机作为控制中心, 采用电力作为燃料, 不仅能够使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点,还 节约能源, 利于环保, 在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。 另外该设计的控制系统还具有超温、 高低水位保护、显示及报警等功能,保证锅炉正常安全的工作,实现 自动化控制。 2 设计 要求 ( 1) 水温控制:要求系统能实现对水温的预设,当水温超 出设定温度时,能够及时报警 ( 2) 水位控制:系统能够将水位控制在上限和下限之间,当水位超出该范围时,能够报警 ( 3) 按键功能:能够对水温进行预设和设置水温与实际温度的转换 3 方案论证 度检测设计方案 方案( 1) : 温度检测部分采用热电偶,经过温度变送后,对信号进行采样保持, A D 转换后, 然后与单片机通信进行 控制。若温度检测部分采用热 电偶,它需要冷端补偿电路与其配套,并且热电偶输出电压只有几毫负, 必须经过放大处理才能 A/D 转换 ,外围电路复杂,占用单片机的接口多 2。 方案( 2) :主要是以单片机作为 控制器的核心,利用温度转换芯片 数字化温度传感器 世界上第一片支持 一线总线 接口的温度传感器 , 测量温度范围为 +125C,在 85C 范围内 ,精度为,现场温度直接以一线总线的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,使系统设计更灵活、方便。同时 使 程序设定 912 位的分辨率,精度 2 为 。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在 ,掉电后依然保存 , 并且 性能价格也非 常出色 。 图 1 方案 ( 1) 结构框图 图 2 方案 ( 2) 结构框图 由于热电偶属于非线性器件,因此每个温度值都必须通过分度表,查表才能获得,这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到上千摄氏度,而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂,抗干扰能力不强。而 数字温度传感器 的最高分辨率为 12 位,可识别 氏度的 温度 3。它具有直接输出数字信号和数据处理,并且它和单片机接口只需要一位 I/O 口,因此由它构成的系统简单使用,综合比较 温度检测 方案 ( 1) 和方案 ( 2) ,我们只在常温下使用,并且经济合理,因此选择了方案 ( 2) 。 位检测设计方案 方案( 1) : 采用电感式浮球传感器对其进行水位检测。传感器液筒上的汽水管与锅炉筒相连接,使筒锅内的水位与液筒内水位互相连通。当锅筒内水位变化时,液筒内水位相应发生变化。液筒内浮球根据水位高低而发生变化,水位升高时,浮球向上浮。水位下降时,浮球向下浮。连接浮球上的矽棒在电感线圈内发生位移,使电感线圈两端电感量发生相应的变化,变化的电感量写入仪表,仪表接收这一变化的液位信号,转换成与液平面相应显示信号,系统根据水位的变化信号,自动调节给水流量,使水位稳定在正常区域,以确保锅炉的安全运行 。 方案( 2) : 采用 金属电极式进行水位检测。在锅炉内的不同的高度安装 3根金属棒 ,以感知水位变化情况。其中 A 棒处于下限水位 , C 棒处于上限水位 , 水位之间。 通过接头 b、 c 与单片机通信,再配上水位显示电路,完成水位的检测 和状态显示,单片机 驱动控制电路,实现自动上水。 热电偶检测 温度变送器 采样保持A单 片 机 单片机 度 采 集 3 采用电感式浮球传感器对锅炉 水位 进 行 检测 , 检测精密,但该元件的成本太高。 采用金属电极式进行水位检测 ,电路 简单易行,成本相对小,而且该技术应用广泛。考虑综合因素, 水位检测设计方案 采用 方案( 2) 4。 4 系统结构框图 系统整体电路方 框 图如图 3 所示 。 图 3 系统整体结构框图 本系统主要由温度传感器、液位传感器、掉电存储、复位及时钟信号产生电路、报警电路、显示电路、开关控制电路以及 成。 通过 对锅炉水位和水温 实时 检测与采集,将锅炉的 液位 、温度 等参数输入单片机,由单片机内部与预先设定参数通过软件计算生成各个 控制信号 ,从而对补水泵和 锅炉 内部的电加热器进行控制,再配以 外 部 的温度显示和水位状态显示以及报警装置,进而对锅炉 进行优化控制,达到了 用户的要求和 节能目 的 。 操作过程如下 : 用户首先设定水温数值 , 然后系统检测锅炉中水位 。 如果水位正常则系统开始启动 , 否则产生声光报警并进行自动保护。系统正常运行以后 ,利用传感器 测出锅炉中的水温 ,并且实时显示 出来 。当水温超过设定上限 , 系统同样会发出报警信号并采取保护措施,控制加热器 工作情况 。当水温未达到设 定值 , 立即回馈给系统 , 由系统自动调整加热器 工作状态 , 使水温到达 设 定值 ,满 足用户需求 。 5 单片机外围器件的设计 水温数字传感器位传感器 键盘接口电路 单片机温显示电路 水位状态显示 固态继电器 水泵 固态继电器 报警电路 加热器 4 件选择及介绍 片机 设计采用 为中央处理单元,它是 是一个低功耗,高性能 位单片机,片内含 4k 可反复擦写 1000 次的 读程序存储器,器件采用 司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 令系统及 80脚结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 储单元,功能强大的微型计算机的 为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 有如下特点: 40 个引脚, 4k 内程序存储器, 128 32 个外部双向输入 /输出( I/O)口, 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断, 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口,看门狗( 路,片内时钟振荡器。 此外, 计和配置了振荡频率可为 024可通过软件设置省电模式。空闲模式下, 停工作,而 时计数器,串行口,外中断系统可继续工作, 掉电模式冻结振荡器而保存 数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 三种封装形式,以适应不同产品的需求。 有如下特点: 40 个引脚, 4k 内程序存储器, 128 32 个外部双向输入 /输出( I/O)口, 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断, 2 个 16 位可编程定时计数器 , 2 个全双工串行通信口,看门狗( 路,片内时钟振荡器。 此外, 计和配置了振荡频率可为 0可 通过软件设置省电模式。空闲模式下, 停工作,而 行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存 止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 三种封装形式,以适应不同产品的需求。 主要特性 : ( 1) 8031 容 ( 2) 4K 字节可编程 储器 (寿命: 1000 写 /擦循环 ) ( 3) 全静态工作: 0 4) 三级程序存储器保密锁定 ( 5) 128*8 位内部 6) 32 条 可编程 I/O 线 ( 7) 两个 16 位定时器 /计数器 ( 8) 6 个中断源 5 ( 9) 可编程串行通道 ( 10) 低功耗的闲置和掉电模式 ( 11) 片内振荡器和时钟电路 引脚结构 ( 如 图 4) 及各 管脚说明 : 电电压 地 别是 8 位准双向 I/O 端口,但 作为一般的 I/O 端口用时,应外接 上拉电阻,才能高电平输出 位输入。当振荡器复位器件时,要保持 两个机器周期的高电平时间 地址锁存允许信号端。 当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时, 以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在址 上置 0。此时, 有在执行 令是 起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 止,置位无效 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次 /效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 /号将不出现 图 4 引脚图 1 2 3 4 5 6i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 2 3- M a y - 20 0 9 S he e t o f F i l e : E : 论文 水温 B D ra w n B y:P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C . 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728A L E / P R O E / V P . 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5 / M O S . 6 / M 7P 1. 7 / S C S . 0 / R X . 1 / T X . 2 / 012P 3. 3 / 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W . 7 / R A L 218X T A L 119 89 S 5 1 6 / /持低电平时,则在此期间外部程序存储 ( 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时, /内部锁定为 /保持高电平时,此间内部程序存储器 。在 程期间,此引脚也用于施加 12V 编程电源( 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 自反向振荡器的输出 度传感器 统的温度传感器如热电偶和铂电阻等分立元件 , 外围电路比较复杂 , 仅提供与温度相关的电压或电流。而较新型的单片集成温度传感器如 只能产生与温度呈线性关系的电流信号。上述两种传感器都必须使用电阻、运算放大器和 A/D 转换器等构成温度测量电路。当外界环境条件发生变化时元件参数也会改变 ,致使测量误差增加 ,准 确度降低。 本系统采用的是美国 导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器 它可以把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理,采用单线接口,仅需一根口线与 连,无需外围元件。其突出优点是 :将被测温度直接转换成数字信号输出。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都比 所改进。在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面,有无可比拟的优越性。 主要特点: ()采用单总线方式,仅需一根信号线与 接即可传送串行数据,且不需要外部元件 ()每个芯片都有惟一编码,多个 片可以并联在一根总线上,故可实现多点测温 ()测温范围为 125,分辨率为 12 位 ()测温结果的数字量位数为 9 12 位,并可编程选择 ()可用数据线供电,也可用外部电源 结构 : 用脚 装(或脚 装),其中脚 装的 外形象一个三极管,管脚排列如图 5 所示。图中, 地; 数据输入输出端 (即单线总线 ),为漏极开路输出,常态下呈高电平; 外部电 路端,电源电压为 V,不用时应接地。 内部结构如图 6 所示,主要包括寄生电源、温 图 5 形 7 度传感器、 64 位激光 速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值的 发器、存储与控制逻辑、 8 位循环冗余校验码发生器等七部分。 其中 64 位二进制数字组成,它由生产厂家光刻而成,共分为 8 个字节,字节 0 的内容是该产品的厂家代号 28H,字节 1 6 的内容是 48 位器件序列号,字节 7 是 56 位校验码。每个 64 位序列号均不相同,它可以看作是该 地址序列码。 作 用是使每一个 各不相同,这样,就可以在一根总线上挂接多个 图 6 部结构 ()寄生电源 寄生电源由二极管 寄生电容 C 组成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时, 接地,器件从单线总线上获取电源。在 由 C 上的电压继续向器件供电。该寄生电源有两个优点:第一,检测远程温度时无需本地电源;第二,缺少正常电源时也能读 采用外部电源 通过 器件供电。 ()温度测量原理 量温度时使用特有的温 度测量技术。其测量电路框图如图 7 所示。 部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号 温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号 f。 当计数门打开时, 数,计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器,可对频率的非线性予以被偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为 9 位(符号点 1 位),但因符号位扩展成高 8 位,故以 16 位被码形式读出,表 1 给出了温度和数字量的关系。 () 64 位激光 4 位 结构图如图 8,开始 8 位是产品类型的编号( 10H),接着是每个器件的唯一的序号,共有 48 位,最后 8 位是前 56 位的 验码,这也是多个 以采用一线进行通信的原因。主机操作 命令有五种,如表 2 所示。 6 4位R O 缓 存存 储 器电源检测存 储 器 和 控 制 器8 位 C R C 生 成 器温 度 灵 敏 元 件低 温 触 发 器 T 触 发 器 T 寄 存 器V D 2 1D Q 8 4 8 位 序 列 号8 位 C R C 8 位 工 厂 代 码 ( 1 0 H )L S B M S 温度和输出数字的对应关系 温度 / 数字输出(二进制数) 数字输出(十六进制) +125 0000 0111 1001 0000B 0725 0000 0001 1001 0001B 0191H +000 0000 0000 1000B 0008H 0 0000 0000 0000 0000B 0000H 111 1111 1111 1000B 25 1111 1110 0111 0000B 55 1111 1100 1001 0000B 8 64 位 结构图 表 2 存储器操作命令 ()高速暂存器 它由便笺式 非易失性电擦写 成,后者用于存储 据选写入 校验后再传给 笺式 9 个字节,包括温度信息(第 1、 2 字节)、 ( 3、 4 字节)、计数寄存器( 7、 8字节)、 9 字节)等,第 5、 6 字节不用。暂存器的命令共 6 条,见表3 所列。 指 令 说 明 读 33H) 读 序列号 匹配 55H) 继读完 64 位序列号的一个命令,用于多个 定位 跳过 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有 识别总线上各器件的编码,为操作各器件作好准备 报警搜索( 仅温度越限的器件对此命令作出响应 斜 率 累 加 器计 数比 较 器减 到 0减 法 计 数 器 1增 加低 温 度 系数 振 荡 器预 置停 止温 度 寄 存 器预 置高 温 度 系数 振 荡 器减 法 计 数 器 2 减 到 0图 7 温原理 9 表 3 存储控制命令 指 令 说 明 温度转换( 44H) 启动在线 温度 A/D 转换 读数据( 从高速暂存器读 9度值和 写数据( 4 将数据写入高速暂存器的第 2 和第 3 字节中 复制( 48H) 将高速暂存器中第 2 和第 3 字节复制到 将 容写入高速暂存器中第 2 和第 3 字 读电源供电方式( 了解 供电方式 在正常测温情况下, 测温分辨力为 可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果:首先用 供的读暂存器指令( 出 以 分辨率的温度测量结果,然后切去测量结果中的最低有效位( 得到所测实际温度的整数部分 后现用 令取计数器 1 的计数剩余值 每度计数值 虑到 量温度的整数部分以 进位界限的关系,实际温度 用下式计算: +( ( 1) () 产生 在 64 位 最高有效字节中存储有循环冗余校验码( 主机根据 前 56 位来计算 ,并和存入 的 作比较,以判断主机收到的 据是否正确。 函数表达式为: 8+3+1。此外, 需依上式为暂存器中的数据来产生一个 8 位 给主机,以确保暂存器数据传送无误。 工作时序 根据 通信协议,用主机控制 完成温度转换必须经过三个步骤:每一次读写之前都要对 位成功后发送一条 后发送 令,这样才能对 行预定的操作。每一步操作必须严格按照时序规定进行。 工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。 ( 1) 初始化时序 初始化时序图如图 9 所示。 ()写时序 写时序图如图 10 所示。 ()读时序 写时序图如图 11 所示。 10 图 9 初始化时序图 图 10 写时序图 图 11 读时序图 工作流程 无论是进行单点还是多点温度检测,在系统安装及工作前,应将主机逐个与接 ,读取其序列号,其工作过程为由主机与 接的位 1/O 口发“ 0”电 平 480p 。 复位 回响应脉冲后,主机由位 1/O 线再发读 3H,然后依此发一个负脉冲 (15 p),并接着读取 号值的一位。同样方法读取序号值的 56 位。 对于带有多个 感器,用以实现多点温度测量的系统,分三步完成全过程工作: ()系统通过重复操作,搜索出在线各个 列号 ()启动所有在线 温度 /数字转换 ()逐个读出在线 换后的温度数据 电存储器 程序因受到 干扰而弹飞到一个临时构成的死循环中时 ,系统将安全瘫痪 。本系统采用 片构成 掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设定的 温度值 。 司生产的 2可擦除存储芯片 ,是 8 位电可擦除 256 8 位存储器构成,并具有两线 11 串行接口。 遵循 线协议与单片机通讯,电压最低可以到 定电流为 1态电流 10芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上,而且采用 8 脚的 装,使用方便。 系统 在上电过程、瞬间电压降 压 或存在瞬间干扰脉 时 ,路都能正确地给出复位脉冲信号 ,使系统恢复正常的运行状态,保证了锅炉的正常运转。 引脚结构如图 12 所示, 其管脚功能如 表 4 所示 。 表 4 态继电器 态继电器英文名称为 称 是一种性能优越的新型无触点电 子开关器件。其输入端要求很小的控制电流,输出回路采用双向可控硅或大功率晶体管接通或断开负载电流。输入与输出之间采用光电耦合,通断无可动接触部件,因此工作可靠,具有开关速度快,无噪声、寿命长、体积小等特点。 该电路采用的 型号是 内部电路原理图如图 13。该电路由输入恒流控制电路、光电耦合隔离电路和输出功率开关电路三部分走成。该类型的固态继电器的输出功率开关由两只双向可控硅并联担任,负载电流可高达90A。输入控制电压可在 3V32V 间的范围变化 名 称 功能 地端 行地址 /数据 I/O 端 行时钟端 保护输入端 源端 内部链 1 2 3 4 5 6eN u m be r R ev i nS iz at e: 2 3- M 20 0 9 S he e t o f F E :论文 水温 B D ra w n B y:S D 2 引脚结构 1 2 3 4 5 6i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 9 - M a 00 9 S he e t o f F i l e : E : 论文 水温 B D r a w n B y:2 0 3 91 0 4 70 4 7 C 1 0 0 00 1 or tP or tP or tP or 3 内部原理图 12 件电路具体设 计与实现 温采集部分 水温采集 部分主要由 数字温度传感器 上拉电阻组成,其工作电路如图 14 所示。 用外部 5 V 电源供电,数据端 单片机 接, 单片机 通信见温度采集程序 。 位采集部分 水位控制部分 如图 15,图中虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下 ,应保持水位在虚线范围之内。为此在锅炉内的不同的高度安装 3 根 金属棒 ,以感知水位变化情况。其中 A 棒处于下限水位 ,C 棒处于上限水位 ,B 棒在上 、 下水位之间。 A 棒接 +5V 电源 ,B 棒、 C 棒各通过一个电阻与地相连 5。 锅炉由电机带动水泵供水 ,单片机控制之目的 : 供水时 ,水位上升 , 当达到上限时 , 由于水的导电作用 , B、 C 棒连通 +5V。因此 b、 c 两端均为 1 状态 , 这时应停止电机和水泵工作 , 不给锅炉供水;当水位降到下限时 , B、 C 棒都不能不能与 A 棒导电 , 因此 b、 c 两端均为 0 状态,这时应启动电机带到水泵工作 , 给锅炉供水;当水位处于上下限之间时 , B 棒与 A 棒导通 , 因 C 棒不能与 A 棒导通 , b 端为 1 状态 , c 端为 0 状态。这时无论是电机已在带动水泵给锅炉加水 ,水位在不断上升 , 或者是电机没有工作 , 用水使水位在不断下降 , 都应继续维持原有的工作状态。 工作原理功能表如表 5 示。 1 2 3 4 5 6i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 1 1- M a y - 20 0 9 S he e t o f F i l e : E : 论文 水温 B D ra w n B y: 3D S 18 2 0R 1 15 + 5. 4A T 89 S 5 1图 14 水温采集电 路 b 15 水位控制原理图 13 示电路 显示电路 ( 1) : 水温显示 电路图如图 16。由于在实际中, 串行口 一个全双工串行通信口,但工作在方式 0 下可作同步移位寄存器,其数据由 行输出或输入;而同步移位时钟由 串行输出, 作为外接部件的同步信号。 在同步时钟作用下,实现同串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合,利用串行口加芯片 74可构成一个扩展的并行 输出口。在这种方式下,收 /发的数据为 8 位, 低位在前,无起始位、奇偶校验 位 及停止位,波特率是固定的。 图 16 水温显示电路 74串行输入、并行输出移位寄存器,其引脚功能如下: 行输出端,分别接 示各引脚 A、 B:串行输入端,接入 除端,本设计中接高电平 C (B (操作 0 0 电机运转 0 1 维持原状 1 0 故障报警 1 1 电机停转 表 5 水位控制工作原理功能表 . 1 P 3 . 0 V C 4 钟脉冲输入端,接入 数据显示采用共阳数码管,其共阳端接高电平,三个二极管起到限流作用。 显示电路 ( 2) : 水位显示 水位显示如图 17, 单片机 输出脚上分别接有 故障、 低水位、正常 水位 、高水位 四 个水位状态指示 灯,当水位传感器检测到锅炉内部水位 情况时, 对应 单片机的 某一 输出口输出低电平,与之相连的状态指示灯被点亮,便于人们 观察 当前水位状态 。 图 17 水位状态显示电路 动电路 电路如图 18 示。在输出控制 电路中 ,单片机的 过固态继电器别接水泵和电加热器。根据水位和水温检测的情况,按照系统的控制要求使 出低电平,控制水泵或电加热器的通电状态,实现自动控制过程,完成锅炉的自动上水和自动加温功能。 图 18 水温控制驱动电路 水位控制驱动电路与图 18 相似,也是通过 水泵,接 输入端,工作原理同上。 1 2 3 4 5 6i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 1 3- M a y - 20 0 9 S he e t o f F i l e : E : 论文 水温 B D r a w n B y:2 0 3 91 0 4 70 4 7 C 1 0 0 00 1 or tP or tP or tP or C 3 0 6 3 2 2 0 5 . 31 2 3 4 5 6i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z a t e : 2 3- M a y - 20 0 9 S he e t o f F i l e : E : 论文 水温 B D r a w n B y:000P 2. 7P 2. 6P 2. 5+ 5. 40 5 警电路 报警电路如图 19 ,主要由蜂鸣器、三极管 9015 驱动电路。系 统开始时复位电路首先将 1,保证不产生误动作,当 集的温度超过或者低于用户设定的温度或者水位达到上 /下限制水位时 ,系统将自动的将 清零,将信号送至驱动电路使得蜂鸣器开始发声工作。当用户做出正确调整操作之后继续监视变化是否超限。 图 19 报警电路 盘接口电路 按键电路 ( 1) : 单片机的复位及时钟信号产生电路 本电路主要由 12M 晶振、 30瓷片电容、电阻、开关组成,电路如图 12M 晶振和 30瓷片电容构成稳定的自激振荡器
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