基于单片机的锅炉控制系统_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的锅炉控制系统_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V pp31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40 89 C 5 2 图 32 AT89C52 引脚图 基于单片机的锅炉监控系统设计 第 14 页 共 43 页 AT89C52 的主要管脚功能如下： （ 1） ～ ： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也是地址 /数据总线复用口。 （ 2） ～ ： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 （ 3） ～ ： P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 （ 4） ～ ： P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双 向 I/O 口。 （ 5） ALE： 地址锁存控制信号。 在系统扩展时， ALE 用于控制把 P0口输出的低 8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。 此外，由于 ALE 是以晶振 1／ 6 的固定频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 （ 6） PSEN ：外部程序存储器读选通信号。 在读外部 ROM 时， PSEN 有效 (低电平 )，以实现外部 ROM 单元的读操作。 （ 7） EA ：访问程 序存储控制信号。 当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 （ 8） RST：复位信号。 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 （ 9） XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。 当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部 时钟脉冲信号。 （ 10） VSS：地线。 （ 11） VCC： +5V 电源。 时钟电路的设计 时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。 因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 AT89C52 片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。 常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。 本设计采用前者。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入为芯片 引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和电容，就 构成一个稳定的自激振荡器 ，外围 电路如图 33 所示。 电路中的电容 C1 和C2 常选择为 30P 左右。 对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振华北 科技学院毕业设计 （论文） 第 15页 共 43页 荡器的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。 而外接晶体的振荡频率的大小，主要取决于单片机的工作频率范围，每一种单片机都有自己的最大工作频率，外接的晶体振荡频率不大于单片机的最大工作频率即可。 此外，如果单片机有串行通信，则应该选择振荡频率除以串行通信频率可以除尽的晶体。 图 33 时钟电路 复位电路的设计 AT89C52 单片机的复位输入引脚 RET 为 AT89C52 提供了初始化的手段。 有了它可以使程序从指定处开始执行，即从程序存储器中的 0000H 地址单元开始执行程序。 在89C52 的时钟电路工作后，只要在 RET 引脚上出现两个机器周期以上的高电平时，单片机内部则初始复位。 只要 RET 保持高电平，则 89C52 循环复位。 只有当 RET 由高电平变成低电平以后， 89C52 才从 0000H 地址开始执行程序。 本系统的复位电路是采用按键复位的电路， 如图 33 所示， 是常用复位电路之一。 单片机复 位通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。 上电时，刚接通电源，电容 C 相当于瞬间短路， +5V 立即加到 RET 端，该高电平使 89C52 全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头执行，只需按动按钮即可。 按下按钮，则直接把 +5V加到了 RET 端从而复位称为手动复位。 复位后， P0 到 P3 并行 I/O 口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器状态不确定。 工作原理：通电瞬间， RC 电路充电， RST 引脚出现高电平，只要 RST 端保持 10ms以上高电平，就能使单片机有效地复位。 图 34 复位电路 基于单片机的锅炉监控系统设计 第 16 页 共 43 页 ADC0809 芯片介绍 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。 它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809 的内部逻辑结构 图 35 ADC0809的内部逻辑结构 由 上 图可知， ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存 A/D 转换 完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 ADC0809 引脚功能介绍 图 36 ADC0809引脚图 华北 科技学院毕业设计 （论文） 第 17页 共 43页 ADC0809 各脚功能如下： D7D0： 8 位数字量输出引脚。 IN0IN7： 8 位模拟量输入引脚。 VCC： +5V 工作电压。 GND：地。 REF（ +）：参考电压正端。 REF（ ）：参考电压负端。 START： A/D 转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 （以上两种信号用于启动 A/D 转换） . EOC：转换结束信号输出引脚 ，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端（一般为 500KHz） ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0－ 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线 共 4 条 ， ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。 当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A、 B、 C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模 拟量进转换器进行转换。 A、 B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0－ IN7 上的一路模拟量输入。 通道选择表如下表所示。 图 37 ADC0809通道选择表 数字量输出及控制线 共 11 条 ， ST 为转换启动信号。 当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间， ST 应保持低电平。 EOC 为转换结束信号。 当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE＝ 1，输出基于单片机的锅炉监控系统设计 第 18 页 共 43 页 转换得到的 数据； OE＝ 0，输出数据线呈高阻状态。 D7－ D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。 因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）为参考电压输入。 74HC573 芯片介绍 芯片 74HC573 是 8 位三态锁存器 . 74HC573 和 74LS373 原理一样，主要用于数码管、按键等等的控制。 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。 器件的输入是和标准 CMOS输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。 当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。 图 38 74HC573引脚图 如上图所示， 0D~7D为数据输入端 ， 0Q~7Q为数据输出端 ， LE 为锁存控制端 ， OE 为使能端。 其内部原理图 和真值表 如下： 图 39 74HC573内部原理图 华北 科技学院毕业设计 （论文） 第 19页 共 43页 输入 输出 输出使能 锁存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不变 H X X Z 附： x：不用关心 z：高电阻 图 310 74HC573真值表 基于单片机的锅炉监控系统设计 第 20 页 共 43 页 温度传感器的选择 温度是表征物体冷热程度的物理量 ,它可以通过物体随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性）来间接测量，通过研究发现，金属铂 (Pt)的电阻值随温度变化而变化 ,并且具有很好的重 现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器， 通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为 100Ω ,电阻变化率为 Ω /℃。 铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（ 200～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。 其特性与应用：抗震性好，耐高压，多种温度型号可选择，安装方式多元化，可进行 OEM定做，应用与化纤，橡塑，石油，造纸，水电，食品等设备的过程温度测量与控制。 本设计采用 PT100温度传感器。 图 41 PT100温度传感器 其主要技术参数 测温元件 K， E， J， T， PT100， Cu50 测温范围 50600℃ 1300℃ 精度等级 ClassA： +（ +%t）； CLassB； +（ +%t） 信号输出： 420 mADC二线制 供电电压： 24Vdc， 1236Vdc 安装方式：螺纹安装，法兰安装，活套安装 应用领域：采用欧美铂电阻元件，利用铂电阻的阻值随温度变化而变化，并呈一定函数关系的特性来进行测温。 华北 科技学院毕业设计 （论文） 第 21页 共 43页 压力传感器的选择 压力传感器的工作原理， 本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。 它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。 膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压 U与偏置电压成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。 本设计采用 PT112型压力传感器 ， PT112系列高温熔体压力传感器是一种基于惠斯登电桥原理而工作的，其耐高温特性可 以应用于特殊的的工业，使其成为橡塑，化纤等机械设备中高温流体压力测量与控制的理想产品。 图 42 PT112型压力传感器 . 其主要技术参数为 ： 量 程 ： 0～ 450Mpa 综合精度 ： %FS %FS %FS %FS 输 出 ： ； ； 4～ 20mA； 0～ 5V； 1～ 5V； 0～ 10V 工作温度 ： 10～ 200～ 450℃ ； 供电电压： 传感器： 10VDC(612VDC) 变送器： 24VDC(9～ 36 V) 负载阻抗：电流型最大 800Ω 电压 型 50KΩ以上 绝缘电阻：大于 2020MΩ 100VDC 振动影响：对于 20HZ1KHZ的机械振动，输出变化小于 %FS 基于单片机的锅炉监控系统设计 第 22 页 共 43 页 密封等级： IP65 信号引出：六芯镀金进口接插件 螺纹连接： 1/220UNF M20* M22* G1/2 NTP1/4 M16* 其它螺纹可按用户要求设计 PT112 引进美国最新传感器技术和全套先进电路及元器件生产的高精度压传感器，一体化的不锈钢外壳封装和输出标准信号 .芯片采用特殊进口材质，高稳定性压力传感器组件，经过高可靠的放大电路及温度补偿， 性能更好。 外盒采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。 该产品有多种接口形式和多种引线 方式，能够最大限度满足客户的需要，适用于工业设备、水利、化工、 医疗、电力，空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。