基于80c51单片机的锅炉温度和压力控制系统设计-毕业设计-文库吧

【正文】 工作由外部电气开关控制，所以锅炉启停速度快，通过控制各加热元件的开关，可以在很大范围内调节运行负荷，调节操作迅速、简单。与燃煤、燃油、燃气锅炉相比，操作运行更加方便、简单 。 （ 6）可采用计算机监控，完全实现自动化。电热锅炉的温度和水位的控制都能通过计算机完成，使电热锅炉的运行完全实现自动化，最大程度的将计算机技术应用于传统的锅炉行业 [2]。 系统的总体设计思想 当前，世界计算机市场上出现了专门应用于工业控制的一系列单片机产品，单片机以其价格便宜、重量轻、体积小、功耗低、功能强的特点，在工业控制的现场应用中得到越来越广泛的关注，单片机既能够完成各种常规的控制，还能够充分利用控制理论的最新研究成果情况下结合被控对象的特性，选择更加先进的控制方法，来获得更好的控制效果。目 前，因为家用锅炉设备属于批量制造生产，而一整套完备的控制系统是每台锅炉所必需的，针对小型锅炉的这些特点，更结合产品的成产成本考虑，以单片机 MCS51 为核心器件组成的控制系统成为了最为理想的选择。同时， MCS51 系列单片机以其完备的控制功能、优秀的运算能力、完善的外部接口电路等一系了特点，适应了中小型锅炉控制系统需要。同时在选取外围芯片时，应尽量考虑一些较为典型的、易于替换和扩展的电路和芯片，并建立在降低生产成本的前提下。传感器主要选择些基于单总线结构的 ICSl220型压力传感器和 DS18B20 数字温度传 感器。 DS18B20 温度传感器 采用 DALLAS公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片封装而成， 其产品以 具有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 3 封装形式多样，耐磨耐碰，使用方便，体积小， 而广泛应用 于各种狭小空间设备数字测温和控制领域 。 系统在软件这块主要采用模块化的程序结构。主程序作为控制程序，为整个系统软件的一条主线，其它功能模块均采用子程序调用、查询等方式，这样使得扩充和调试更加方便。 本系统的电源模块选择了市场上常见的 W7800(7800)系列 7805电源稳压芯片，通过分别给模拟信号和数字信号分别供电，来避免出现电源干扰的现象。 利用温度传感器 DS18B20采集测量锅炉水温 ； 使用 LED显示器显示气压值、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。利用继电器控制加热器和放气阀的加热和气压。当锅炉内的水的实际水温超过报警温度值，系统会发出报警声音，这时接在单片机一端的继电器动作，燃烧器断电。此时温度传感器实时对锅炉温度检测，当温度降到设定值的下限时，继电器重新通电。燃烧器电源重新接通，锅炉继续加热。如此反复监控温度。这样对锅炉温度控制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。此外，为符合实际本系统对锅炉压力进行实时监控，防止锅炉高压爆炸，以免造成 严重后果 [15]。 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 4 2 锅炉温度和压力控制系统主要器件选择 系统结构总框图 锅炉温度控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行温度报警值的设定，并对锅炉的水温进行采集及处理，然后与报警值比较，当温度值大于温度上限值 (报警值 )时就报警，停止加热。当温度少于温度下限值时，重新启动进行加热处理。以此重复对锅炉温度控制。同时为结合实际需要，本系统亦对锅炉内气压进行控制。 同时 ，显示气压上限值及温度报警值和实际温度值。图 21所示是其系统结构框图。 图 21 图 21系统结构总框图 单片机的选择 80C51 单片机 属于 MCS51 系列 单片机 ，由 Intel 公司开发，其结构是 8048的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、减（ SUBB）、比较（ CMP）、 16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5 个 中断 电 源 模 块 温 度 传 感 器 压 力 检 测 A/D 数 据 转 换 单片机 LED 显 示 被控对象 报警 放 大 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 5 源 。采用 40引脚 双列直插式 DIP（ Dual In Line Package），内有 128 个 RAM单元及 4K 的 ROM。 80C51 有两个 16 位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有 4个 8位并行输入口。 80C51 内部有 时钟电路 ，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 12MHz 的晶振频率。由于 80C51 的系统性能满足系统 数据采集 及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V pd9R X D / P 10T X D / P 11I N T O / P 3. 112I N T 1/ P 3. 313T 0/ P 3. 414T 1/ P 3. 515W R / P 3. 616R D / P 3. 717X T A L 218X T A L 119G N D20V c c40P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732E A / V pp31A L E / P R O G30P S E N29P 2. 7/ A 1528P 2. 6/ A 1427P 2. 5/ A 1326P 2. 4/ A 1225P 2. 3/ A 1124P 2. 2/ A 1023P 2. 1/ A 922P 2. 0/ A 821 图 22 80C51 单片机 GNE(20 脚 ):接地 VCC（ 40脚） : 主电源 +5V XTAL1（ 19 脚） :接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该端引脚必须接地；对于 CHMOS 单片机 ，此引脚作为驱动端。 XTAL2（ 18 脚） : 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于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 6 HMOS 单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于 CHMOS 单片机，此引脚应悬浮。 RST（ 9脚） : 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入 24 个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（ RESET） PSEN（ 29 脚） : 当 访问片外程序存储器时， 该端口 输出负脉冲 信号 作为存储器读选通信号。 CPU 在向片外存储器取指令期间， PSEN 信号在 12 个时钟周期中会生效两次 。 另一方面 ，在访问片外数据存储器时，这两次有效 PSEN 信号不 会出现。 PSEN 端 口能 驱动 8 个 LSTTL 负载。 可以 根据 PSEN、 ALE 和 XTAL2 三个 输出端 口 是否有信号输出， 来判断 80C51 是否 处在 工作 状态 。 ALE/PROG（ 30 脚） :当 访问片外程序存储器时， 该 端 口 输出负脉冲 信号 作为存储器读选通信号。 CPU 在向片外存储器取指令期间， PSEN 信号在 12 个时钟周期中 会生效两次 。 另一方面 ，在访问片外数据存储器时，这两次有效 PSEN 信号不 会 出现。 ALE/PROG 端同样可驱动 8 个 LSTTL 负载 。 EA/VPP（ 31 脚） : 当 EA端 口 输入高电平时， CPU 从片内程序存储器地址 0000H单元开始执行程序。当地址超出 4KB 时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA 端口 输入低电平时， CPU 只 访问片外程序存储器。在对 87C51EPROM 编程时，该 引脚用于施加编程电压 VPP。 输入 /输出引脚： （ 1） — (32 脚 — 39 脚 )： P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I／ 0口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 P0口有三个功能： ①外部扩充存储器时，当作地址总线（ A1~A7）； ②不扩充时， 可做一般 I/O 口使用，但内部没有上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 （ 2） — （ 1脚 — 8 脚）： P1口是一个带内部上接电阻的准双向 I／ O口。 P1 的每一位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。在 P1 口作为输入口使用时，应先向 P1 口锁存器（地址 90H）写入全 1，此时 P1 引脚由内部上接电阻接成高电平。 和 多了 T/C2 的复用 （ 3） （ 3） — （ 21 脚 — 26 脚） ： P2 口是一个带内部上接电阻的 8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 7 位准双向 I／ O口。 P2 口每一位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 P2口有两个功能： ①扩充 外部存储器时，当作地址总线（ A8~A15）使用。 ②做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 （ 4） — （ 10 脚 — 17脚）： P3 口是一个带内部上接电阻的 8位准双向 I／ O 口。 P3 口每一位能驱动 4个 LS型 TTL 负载。 P3 口与其它 I／ O口有较大区别，每个引脚还具有专门功能 ,除了作为 I/O 口使用外（内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置 [3]。 温度传感器 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独 特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为 摄氏度。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。如图 23 所示DS18B20 引脚排列图 图 23 DS18B20 引脚排列图 DS18B20 特性：只需要一个端口来进行通讯；简单的多点分布应用；无需外部应用；不需要接外部器件及电路； .能通过数据线作为电源线来进行供电；无待机产生的功耗；测温范围－ 55～＋ 125℃，以 ℃为单位递增； 温度测量结果以 8 位数字量输出；温度模拟信号转换成数字量时间为 200ms（典型值）。使用时能定义的非易失性温度报警进行设置；包含报警搜索命令识别同时标志出超过程序设定温度的器件；应用包括温度控制，工业系统，消费品，温度计或任何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 8 热感测系统 。 ROM 操作品令 ： 总线主机检测到 DSl820 的存在，便可以发出 ROM 操作命令之一，这些命令如 [4] 指令 代码 ROM(读 ROM) [33H] ROM(匹配 ROM) [55H] ROM(跳过 ROM) [CCH] ROM(搜索 ROM) [F0H] search(告警搜索 ) [ECH] 存储器操作命令 指令 代码 Scratchpad(写暂存存储器 ) [4EH] Scratchpad(读暂存存储器 ) [BEH] Scratchpad(复制暂存存储器 ) [48H] Temperature