基于80c51单片机的锅炉温度和压力控制系统设计-毕业设计-文库吧资料

　　

【正文】 键盘扫描、去抖处理 取键 值 键值处理 是否有采样数据处理 A/D 转换处理 PID计算 控制输出 N Y 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 23 温度和压力检测程序流程图设计 如图 43 为温度检测主程序流程图，单片机先初始化，启动 A/D转换，等待传单器接受的检测数据，单片机计算是否接收完毕，如是等待 A/D 转换，如否返回继续等待接收。然后对按键进行扫描，对按键 事件做出相应的反应。 tu 图 41控制系统系统  sGo sTKIp pK sTK Dp e(t) y(t) 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 22 系统总流程图设计 由于模块化程序的设计，通过调用程序即可实现所用功能，主程序流程图 如图 42所示。 TT R A N S 1R5 6 0C17 0 μC32 2 0 μC21 0 4C41 0 31234B R I D G E 1DL E D7 8 0 52 2 0 V 图 39稳压电源电路 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 21 4 系统软件设计 控制算法研究 由于单片机控制是一种采样控制，系统中 PID 调节规律可通过数值公式近似计算 [ 11]。因为在本设计中，电路中均采用低功耗的器件，所以稳压块 并不需要加散热片。同时又由于器件只有三个引脚，所以使用简单方便，价格低廉，应用广泛。具有过热，过流，调整管安全工作区保护功能。当基极为高电平时，晶体管截止，相当于开路，输出为高电平，蜂鸣器停止鸣叫。这个电路并不是一般的放大电路，三极管不是工作在放大状态，而是工作在饱和状态和截止状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 20 态。该部分电路与单片机的接口 如 图 38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 19 V C C4. 7k Ω 4P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3 图 37 键盘电路 报警电路设计 本系统采用蜂鸣器进行报警 ,并用两个 LED 指示灯表示工作状态，红灯亮绿灯灭表示报警 。它是将每个独立按键按一对一的方式直接接到单片机的 I/O 口上，通过程序扫描查询方式实现与单片机系统交互的。 对于键的识别，可以采用程序扫描的方法。 为了 便于实现各种的控制要求，智能调节器必须具备快速设置被控参数且操作方便，还必须增加键盘装置。 本设计中采用静态显示。这种显示方法的优点是使用硬件少，因而价格低，但占用机时多，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。所谓动态显示就是单片机定时的对显示器进行扫描。这种显示占用机少，显示可靠；缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本比较高。一种是静态显示，一种是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 18 动态显示。因而 LED 一起体积小，可靠性高，耗能低等诸多优点在生产生活中得到越来越广泛的应用。 LED 就是一种半导体元件，其电气特性与一般的二极管一样，区别在于其在通电状 态下会发光。用 LED 是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长的特点。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。因此 CMR 理论上直接与增益成比例增加，这是一个非常有用的特性。这也就意味着该电路的共模抑制比相比 与原来的差分电路增大了〔 1＋（ 2 RF/RG）〕倍。由于没有电流流过 RG（也就无电流流过 R5 和 R6） ） ， 放大器 AR1和 AR2 将作为单位增益跟随器而工作。 由于 RG两端的电压等于 VIN，所以流过 RG 的电流等于 VIN/RG，因此输入信号将通过 A1和 A2 获得增益并得到放大。因为输入电压经过放大后（在 A1 和 A2的输出端）的差分电压呈现在 R5， RG 和 R6 这三只电阻上，所以差分增益可以通过仅改变 RG 进行调整。 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。 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。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。 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。 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。 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。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。 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。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]。因此，因此可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。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。 复位电路 如图 32 所示 。 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。 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。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。其典型值为 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 Vcc—— +5V 电源。 OE—— 输出允许信号。 EOC=1,转换结束。通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 CLK—— 时钟信号。 START=1 转换启动。 ALE—— 地址锁存允许信号。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。 ％ 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 零点温度误差 177。 ％ Span 迟滞 177。从 0～ 2psi 至 0～ 100psi 量程范围内均有表压，差压和绝压产品 [5]。 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。 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(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。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）。 DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为 摄氏度。 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。 P3 口每一位能驱动 4个 LS型 TTL 负载。 ②做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 P2 口每一位能驱动 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。 （