基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

暂存存储器 ) [48H] Temperature(温度变换 ) [44H] EPROM(重新调出 ) [B8H] Power supply(读电源 ) [B4H] DS18B20 管脚功能表，如表 21所示 表 21 DS18B20 管脚功能表 压力传感器 压力传感器芯片的性能受温度的影响非常大，主要表现为零点和灵敏度随温度变化而发生漂移。 1220 型是经过温度补偿的硅压阻式压力传感器，采用双列直插封装结构，适用要求成本低，性能优越，长期稳定性好的应用领域。 引脚序号 引 脚 名 称 功 能 1 GND 接地 2 DQ 数据输入 /输出脚 3 VDD 接 5V 电源 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 9 通过激光修正的电阻实现了 0～ 50℃的温度补偿，还提供一个激光修正的电阻用于调节差动放大器的增益来校正传感器的压力灵敏度变化，使具有良好的互换性，互换性误差仅为177。 1％。 从 0～ 2psi 至 0～ 100psi 量程范围内均有表压，差压和绝压产品 [5]。 ICSl220 系列具有如下优点： （ 1）放大、校准和温度补偿； （ 2）多级压力非线性修正； （ 3）直接输出经放大校准的模拟信号； （ 4）输出与输入电压成正比； （ 5）温补范围为 0~70℃，满足绝大部分用户的需求； （ 6）有表压、差压和绝压配置，有微压和低压 等量程； ICSl220 传感器性能参数图如下： 1234RR E S I S T O R B R I D G E I C 图 23 压力传感器原理 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 10 表 22 参数 最小值 典型值 最大值 单位 满量程输出 50 mV 零点输出 2 2 mV 非线性 177。 ％ Span 迟滞 177。 ％ Span 输入输出电阻 2500 4400 6000 Ω 量程温度误差 177。 ％ Span 零 点温度误差 177。 ％ Span 零点热迟滞 177。 ％ Span 供电电压 V 响应时间 ms 输出噪音 μ V pp 长期稳定性 177。 ％ Span 过载压力 3X Rated 补偿温度 0 50 ℃ 工作温度 40 +125 ℃ 贮存温度 50 +150 ℃ 重量 3 grams 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 11 1220 A 015 G 3 S 压力接口（ L=长引压管， S=短引压管， N= 无引压管） 引脚结构 压力类型（ G=表压， A=绝压， D=差压） 压力范围 等级 型号 图 24 ICSl220传感器性能参数 A/D 转换器 ADC0809 是目前广泛使用的逐位逼近型 8位单片 A/D 转换芯片，片内含 8 路模拟开关，可允许 8路模拟量输入。 主要由 3部分组成：模拟输入选择部分、转换器部分、输出部分。 ADC0809 芯片为 28引脚为双列直插式封装， ADC0809 主要信号引脚功能说明如表 23[6]： IN7～ IN0—— 八路模拟量输入通道。 ALE—— 地址锁存允许信号。 START—— 转换启动信号。 START=1 转换启动。 A、 B、 C—— 地址线、 通道端口选择线。 CLK—— 时钟信号。 ADC0809 要求外接时钟频率为 10kHz~。 通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 EOC—— 转换结束信号。 EOC=1,转换结束。 D7～ D0—— 数据输出线。 OE—— 输出允许信号。 OE=1，输出转换得到的数据。 Vcc—— +5V 电源。 Vref—— 参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。 其典型值为 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 12 I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75ST6E O C7D38OE9C L K10V C C11V R E F +12G N D13D114I N 228I N 127I N 026A25B24C23A L E22D721D620D519D418D017V R E F 16D215 图 25 ADC0809 管脚 ADC0809 与 80C51 单片机的连接主要涉及两个问题。 一是 8路模拟信号通道的选择，二是 A/D 转换完成后转换数据的传送。 转换数据的传送有定时传送方式、查询方式、中断方式这三种方式。 A、 B、 C 的值与被选择的通道之间的关系如下表 2— 3 所示： 表 2— 3 通道选择表 C B A 被选择的 通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 13 3 锅炉温度和压力控制系统硬件电路的设计 最小单片机系统 单片机最小应用系统， 指的是 用最少的元件组成的单片机 并且 可以 正常 工作的系统，对本次设计使用单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机 ， 晶振电路 以及 复位电路。 晶振电路 典型的晶振值取 (因为可以准确地得到 9600波特率和 19200波特率，用于有串口通讯的场合 )/12MHz。 C2C1X T A L 2X T A L 1G N D 图 31 晶振电路 复位电路 单片机上电后，在其 9 脚（ RESET）出现 24个振荡 周期以上的高电平 后 ，单片机 内 部 初始 复位。 为了确保单片机正常复位，必需使其 第 9脚上出现的高电平保持 2μs以上。 复位电路 如图 32 所示。 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 14 SS W P BR10kΩC220μ FV C CR S T 图 3 2复位电路 系统的复位电路是由 RC 电路组成，外加一个手动复位按钮。 刚上电时或者触 动按钮后 C5 两端的电压为 0，这时 RST为高电平，而其高电平保持时间是由 R和 C 的时间常数决定，由公式 (31)可知， C 充电的时间常数τ等于 ，远远大于 2μ s，即使 RST 高电平的时间保持 2μ s 以上，确保了单片机正常复位。 τ＝ R*C (31) 温度采集模块设计 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH， TL作比较，若 TTH或 TTL，则将该器件内的告警标 志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。 因此，因此可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。 另一种是寄生电源供电方式，如图 33 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉 [7]。 本系统所采用的是电源直接供电。 DS18B20 的 DQ 端直接与单片机的 口相连接， VDD 端接 +5V 电源， DQ 端与 +5V电源之间通过电阻相连， GND 接地，DS18B20 可以直接将模拟量转换成数字量，因此不需要连接 A/D 转换器，DS18B20 与单片机直接进行数据传输，不需要通过单片机来个 DS18B20 供电，保证了 DS18B20 工作的可靠性。 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 15 V D DQDG N DD S 1 8 B 2 010kΩV C CP 2 . 3 图 33温度检测模块 温度控制电路 设计 本系统采用继电器进行对加热器工作方式控制，从而锅炉控制温度。 当 P口输出高电平时，经反相驱动器 7406 变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而是 Q3 导通，因而继电器的线圈通电 ,接通锅炉加热器。 本部分电路与单片机的接口 如 图 34所示。 输出高电平时，加热器通电，加热器对锅炉加热，进行加热处理。 输出低电平时，加热器断电，加热器对锅炉加热，不进行加热处理。 R21kΩR31kΩR11kΩKP C 817QN P N7406DV C C+ 5VV C C P 1. 7 图 34温度控制电路 江苏师范大学科文学院本科生毕业设计 基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计 16 压力检测电路设计 该部分主要由压力信号检测和信号放大电路两部分组成。 应变片可 以将应变转换为电阻的变化，为了显示于记录应变的大小，还要将电阻的变化再转换为电压或电流的变化，因此需要有专用的测量电路，通常采用直流电桥和交流电桥。 由于应变片的电桥电路的输出信号一般比较微弱，所以目前大部分电阻应变式传感器的电桥输出端与直流放大器相连电桥的输出电压于应变成线性关系。 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为输出电压为两者之差，若不同时，则输出电压为两者之和。 若相对两桥臂的极性一直，输出电压为两者之和，反之则为两者之差。 电桥供电电压 U 越高，输出电压 Uo 越大。 本次设计的放大器采用了三运放，因为它 具有高共模抑制比的放大电路。 它由三个集成运算放大器组成。 其中 AR1 和 AR2 为两个性能一致 (主要指输入阻抗，共模抑制比和增益 )的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级， AR3 构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制 AR1 和 AR2 的共模信号，并适应接地负载的需要。 由于每个放大器求和点的电压等于施加在各自正输。