基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计教材

存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的锅炉温度和压力控制系统设计姓名：王忱勖系别：机电工程系专业：电气工程及其自动化年级、学号：09电气098320106指导教师：黄艳江苏师范大学科文学院印制I摘要本文介绍了以80C51单片机为核心的温度和压力控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，以数字信号的形式传送给单片机；温度和压力信号由压力传感器进行实时采集，通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号传送给单片机，单片机经过计算与处理后将温度、压力信息显示在LED显示器上，文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、压力检测电路、稳压电源电路和其他一些单片机接口电路。文中还介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构编程。软件部分主要包括：主程序、温度和压力控制子程序、显示子程序等。该系统可以对锅炉的温度与压力进行全自动化的控制，不仅节省了人力资源，同时使用电加热系统，更节能，更环保，更具有有可行性。关键词：温度检测A/D转换压力检测PID控制；IIAbstractThispaperintroducesthe51microcontrollerasthecoretemperatureandpressuresystemoftheworkingprincipleanddesignmethod.TemperaturesignalchipDS18B20collectionbythetemperature,withdigitalsignaltransmittedtotheformofsinglechipmicrocomputer;Pressurebylevelsensorsignalpressureofrealtimedatacollection,withananalogformtransfertothesinglechipmicrocomputer,microcontrollerthroughtheA/Dconversion,convertedintodigitalsignals,calculationandtreatmentwilltemperature,pressure,waterlevelinformationdisplayedintheLCDmonitor,thepaperintroducesthehardwarepartofthecontrolsystem,including:temperaturedetectioncircuit,temperaturecontrolcircuit,pressuredetectioncircuit,pressurecontrolcircuitandothersinglechipmicrocomputerinterfacecircuit.Thepaperalsointroducessoftwaredesignpart,herethemodularizedstructureprogramming.Softwareismainlythreeparts:themainprogram,keyboardinterruptandkeyprocessingprogram,prearcinginterruptionprogram.TheotheroneXieZiprogramsinclude:temperaturesignalprocessingprogram,showprogram,PIDprocessingprocedure,etc.Thissystemcantotheboilertemperatureandwaterlevelofthefullautomationcontrol,notonlysavethehumanresource,andatthesametimeuseelectricheatingsystem,moreenergyefficient,moreenvironmentalprotectionandismoreafeasibility.Keywords:TemperaturedetectionA/DconversionWaterpressuretestPIDcontrolIII目录摘要....................................................IAbstract..........................................................II1绪论............................................................11.1研究背景及现状...............................................11.2发展前景....................................................11.3系统的总体设计思想..........................................22锅炉温度和压力控制系统主要器件选择.........................42.1系统结构总框图...............................................42.2单片机的选择................................................42.3温度传感器..................................................72.4压力传感器..................................................82.5A/D转换器..................................................113锅炉温度和压力控制系统硬件电路的设计......................133.1最小单片机系统.............................................133.1.1晶振电路..............................................133.1.2复位电路..............................................133.2温度采集模块设计...........................................143.3温度控制电路设计............................................153.4压力检测电路设计............................................163.5键盘及显示电路..............................................173.6报警电路设计...............................................193.7稳压电源电路设计............................................204系统软件设计..................................................214.1控制算法研究................................................214.2系统总流程图设计............................................22IV4.3温度和压力检测程序流程图设计...............................234.4键盘输入子程序流程图设计....................................244.5显示子程序流程图............................................254.6外部中断程序流程图..........................................265结论...........................................................27致谢...........................................................28附图：系统原理总图.............................................29附录：代码编写..................................................30参考文献.........................................................37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绪论1.1研究背景及现状锅炉是一种热能转换设备，传统的锅炉由锅和炉两大主体和保证其安全经济连续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统组成，水在锅（锅筒）中不断被炉里燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力（严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的）作为一种能源广泛使用。锅炉广泛用于生产和生活之中。传统的锅炉都使用烧煤的方法进行加热，这种方式加热不但对空气污染严重，而且在加热时需要用人工进行燃料的运输与添加，一旦加入燃料过多，水温会升的过快造成开锅，严重时会造成锅炉爆炸，造成人身财产的损害，对于现在国内的发展来说，很少有地区对此进行改进，而本设计提出一种新型的锅炉加热与压力控制方法，真正实现无人操作，全自动加热、控温、节能环保，本设计摒弃传统的燃料加热方法，而使用电热的方式，这样通过微控制器可以对水温进行实时的控制，不仅节省能源，还能达到准确的温度控制，在控制系统中又加入了压力控制环节，这样整个系统就达到了全自动智能化水平。根据国内实际情况和环保上的考虑和要求，燃煤锅炉由于污染并且效率不高，已经逐渐被淘汰；燃油和燃气锅炉也存在着燃料供应不方便和安全性等问题。因此在人口密集的居民区、旅馆、医院和学校，电加热锅炉完全能替代燃煤、燃油、燃气锅炉。1.2发展前景电加热锅炉采用全新加热方式，无污染，完全可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉具有许多优点，使其比其他形式的锅炉更具吸引力，其具体优点如下[1]：（1）无污染。由于采用电加热方式，电能直接转换为热能，不需要采用燃烧的方式将化学能转换为热能，因此就不会排放出有害的气体杂质，也不会产生灰渣，很适宜环保方面的要求，更适合安放在人口十分密集的生活区，办公区。（2）能量转化效率很高。电加热锅炉采用加热元件直接与水接触，加热时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2转换效率很高，能量转化率也很高，一般可达到95%，而最新最好的锅炉更是能达到98%以上。（3）锅炉本体结构简单，安全性好。电加热锅炉本体结构非常简单，不需要布置管路，没有燃烧室，没有烟道，故而不会出现燃煤、燃气、燃油锅炉存在的爆炸和泄漏的危险。（4）体积小，重量轻，占地面积小。由于本体结构简单，使得电热锅炉体积可以做的很小，简单的结构更加便于布置，占地面积也就减小。（5）锅炉启动、停止速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快，操作简单。由于加入元件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]。1.3