基于微型机电加热锅炉系统的自动控制毕业设计论文

基于微型机实现电加热锅炉系统的自动控制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ATMEL公司单片机系列中的AT89S51为CPU，采用双线串行CMOS型电可檫写存取器AT24C02A记忆用户的温度设定值，采用固态继电器SSR作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DS18B20作为测温元件，测温精度可达0.5℃，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AT89S51，数字温度传感器，液位传感器Basedonsingle-chipcontrolofsmallhotwaterboilerAbstractThisarticledescribesanewtypeofintelligentcontrolsystemofautomaticelectricboilers,andgivethesystem'sworkingprinciple,hardwarestructureandsoftwareflow.ThesystemusesATMELCorporationAT89S51single-chipseriesfortheCPU,usingtwo-wireserialCMOS-basedelectricitycanbeSassafrasWritingAT24C02Amemorydeviceusersaccesstotemperaturesettings,theuseofSSRasaswitchingdevice,usingauniquenewone-wayintelligentDS18B20digitaltemperaturesensorasatemperaturemeasurementcomponents,temperaturemeasurementaccuracyofupto0.5℃,suchadigitalsensorcanbedirectlyconnectedwiththesingle-chipmicrocomputerwithoutothercircuits.Inaddition，temperaturesensoratourplaceandthenaliquidlevelsensorparallelReinforcedwithWaterpumprelaycontrolswitch,waterlevelcontroltoachieve.Actualusetoprovethatthesystemhasgoodcontroleffect.Keywords:ElectricBoiler,SinglechipAT89S51,DigitalTemperatureSensor,LiquidLevelSensor1目录1绪论..............................................................22设计要求..........................................................23方案论证..........................................................23.1温度检测设计方案..............................................23.2水位检测设计方案..............................................34系统结构框图......................................................45单片机外围器件的设计..............................................55.1元件选择及介绍................................................55.1.1单片机AT89S51............................................55.1.2温度传感器DS18B20........................................75.1.3掉电存储器AT24C02.......................................115.1.4固态继电器SSR...........................................125.2硬件电路具体设计与实现.......................................135.2.1水温采集部分.............................................135.2.2水位采集部分.............................................135.2.3显示电路.................................................145.2.4驱动电路.................................................155.2.5报警电路.................................................165.2.6键盘接口电路.............................................165.2.7掉电存储电路.............................................176软件设计.........................................................176.1程序流程图...................................................186.2程序清单：见附录二...........................................187系统总体电路图：见附录一.........................................198结论.............................................................20谢辞...............................................................20参考文献...........................................................20附录一：总体电路图.................................................22附录二：程序清单...................................................2321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3.1温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DS18B20进行温度采集。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，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C，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3干扰性，使系统设计更灵活、方便。同时DS18B20可使程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。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EEPROM中，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DS18B20，它的最高分辨率为12位，可识别0.0625摄氏度的温度[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）。3.2水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，B热电偶检测温度变送器采样／保持A／D转换单片机单片机DS18B20温度采集4棒在上、下水位之间。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。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AT89S51组成。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AT89S51在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