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1、XXXX学院毕业设计 引 言 锅炉是工业生产和居民生活广泛应用的供热装置。随着社会的发展，用应越来越广泛，同时随着能源的日益紧缺，能源的充分利用及节省越来越得到重视，锅炉微计算机控制系统也得到进一步发展。 锅炉微控制系统是微处理器软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，用微机进行控制对于锅炉节能有重要意义。 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。 锅炉检测也是控制系统中一个重要方面，它对锅炉的温度、压力、水位、流量、物质的性质等进行检测，为控制系统采集数据，是控制系统
2、的基础，是不可缺少的一部分。 ARM（Adanced RISC Machines），是一个公司名字，也是一种处理器的通称，还可以认为是一种技术名字。 1991年ARM公司成立于英国Cambridge，主要销售晶片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各方面。主要表现在如下方面： 1、工业控制领域：作为 32 的 RISC 架构，基于 ARM 核的微控制
3、器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展。 2、无线通讯领域：目前已有超过 85% 的无线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 4、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。手机中的32位 SIM 智能卡也采用了ARM 技术。 除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。 同时随着锅炉的工艺不断提高，性能不断改善，其对锅炉控制系统的设计要
4、求也越来越高。与此同时，对锅炉的检测也有更高的要求，其主要表现在检测的参数越来越多、精度要求更高、速度要求更快，本系统采用ARM9微处理器，最高工作频率可达到266MHZ、有100多个通用I/O口、自带10位A/D、D/A转换器等，能充分满足此系统要求。1 系统设计1.1 设计要求 本设计制作一个基于ARM的锅炉检测系统，能检测锅炉的各项参数信息，并能实时显示锅炉的各项参数及运行状态，并能对相关数据进行存储等功能。 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、省煤器、构架和炉墙等主要部件构成锅炉的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉
5、膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。 锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，加热后并向过热器输送的圆筒形容器,主要功能是储水。 本系统采用的锅炉型号是DZW0.35，其基本参数如表1.1所示： 表1.1 DZW0.35参数名 称单 位参 数额定供热量MW0.35工作压力MPa0.7供水
6、温度95回水温度70锅炉运输最大运输尺寸(长宽高)m3.842.082.6锅炉安装外形尺寸(长宽高)m3.842.082.6系统实现功能：（1）能检测锅炉给水和回水的温度和锅炉内部压力； 温度分辨率为0.5度，压力分辨率为0.001MPa； （2）显示功能：显示时间、锅炉给水和回水的温度、内部压力等信息； （3）能现场设定系统时间、锅炉给水和回水温度、压力的上/下限报警值功能； （4）存储功能：能存储系统运行进程中，锅炉的运行状态信息； （5）报警功能：当锅炉工作状态不正常时，能发出声光报警。1.2 系统总体方案设计 根据题目要求，此系统的总体设计框图如图1.1所示。图1.1 总体设计方框图
7、本系统主要如下基本模块组成：控制器模块、温度检测模块、压力检测模块、报警模块、显示模块和数据存储模块。温度检测模块对锅炉的给水和回水温度进行检测；压力检测模块对锅炉内部压力进行检测；报警模块，当锅炉的温度、压力超出设定的范围时，发出声光报警信号；显示模块主要用于显示系统时间、锅炉运行状态、温度、压力等信息；控制器模块对锅炉的给水和回水温度、内部压力进行检测及处理，控制液晶显示器显示相关数据及控制声光报警等功能；输入模块采用44矩阵式键盘能现场设定锅炉给水和回水温度、内部压力的上/下限值及修改系统时间等功能。1.3基本模块方案选择与论证1.3.1处理器的选择与论证 方案一：采用ATMEL公司的A
8、T89S52单片机作为系统的控制器。AT89S52 有40个引脚、32个独立的I/O口、二个外部中断、三个定时/计数器、看门狗功能。单片机的算术运算功能强、软件编程灵活、可用软件较简单地实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，被广泛使用。且技术比较成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富。但采用ATMEL公司的AT89S52单片机，运行速度相对来说比较慢，限制了对锅炉相关参数检测的速度，不能及时地反应锅炉的运行状态，此外采用单片机还需要外接A/D转换芯片对温度、压力传感器输出的模拟信号进行转换，增加了系统硬件设计的难度。 方案二：采用32位ARM9处理器 S3
9、C2410。S3C2410 采用了ARM920T 的内核，0.13um的CMOS 标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture (AMBA)。 S3C2410 的杰出的特点是其核心处理器(CPU)，是一个由 Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32 位 ARM920T 的 RISC 处理器。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS 和 Harvard 高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB 指令 Ca
10、che 和 16KB 数据 Cache。每个都是由具有 8 字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2410 减少整体系统成本和无需配置额外的组件。S3C2410 采用1.2V 内核供电，1.8V/2.5V/3.3V 存储器供电，3.3V 外部I/O口供电，具备16KB 的 I-Cache 和 16KBDCache/MMU 微处理器，内部集成LCD 控制器（最大支持4K 色 STN 和256K 色 TFT）提供1通道 LCD 专用 DMA；4通道 DMA 并有外部请求引脚；3通道 UART(IrDA1.0, 64 字节 Tx FIFO 和64 字节 Rx FIFO)；4 通道PWM
11、 定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器；8通道10比特ADC 和触摸屏接口，具有日历功能的RTC；130个通用I/O口和24通道外部中断源；具有普通，慢速，空闲和掉电四种工作模式；具有PLL 片上时钟发生器。 基于题目要求和上述分析，此系统采用ARM9 微处理器S3C2410。1.3.2 显示屏的选择与论证 LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。随着科技的发展，
12、液晶显示模块的应用前景将更加广阔。 方案一：采用液晶显示器RT12864M。 采用汉字图形点阵液晶显示器RT12864M显示方案，RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示黑白汉字及图形。一次能同时显示32个汉字或64个字符，供电电源为3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)，能采用并行和串行两种通信方式。并有光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等功能。 方案二：采用NEC 3.5寸真彩色显示屏。 NEC 3.5寸真彩色显示屏 NL2432HC22-40A，不但可通过增加背光数量以及穿透荧屏反射来增强亮度，而且这种半反射式技术提供的亮度将超越其他任何类似的液晶面板，在户内外明亮条件下
13、也可显示“清晰生动”的色彩。 NL2432HC22-40A 液晶显示屏被用于PDA 或便携GPS 终端等手持设备。亮度可达到220cdpm2，比目前市面上的“半穿透”式液晶屏提高130%。新型液晶面板拥有150：1的对比率，15%的反射率标准也两倍于现在手持设备所使用的液晶面板。另外NEC采用了其称之为“超级反射自然光线 TFT”技术将提供高于现存3.5英寸液晶面板10%的亮度，而且还增加了DC电源变流器和时间控制器，以减少设备成本。由于S3C2410控制器自带液晶驱动模块，因此本系统采用NEC 3.5寸液晶显示器方案。1.3.3 温度传感器的选择与论证 根据系统要求，锅炉给水和回水温度的额定
14、工作温度分别为95和70，根据仪表使用要求，仪表测量的上限值要比测量值高出1/3左右，因此测量给水温度的传感器测量上限值需大于140，测量回水温度的传感器测量上限值需大于105。此外，本系统是测量液体水的温度，所以选择温度检测传感器时还要考虑其是否具有防水性。 图1.1 DS18B20 外观图表1.2 DS18B20引脚功能序号符号功能1GND地2DQ数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路3VDD电源方案一：采用防水型温度传感器 DS18B20。 防水型温度传感器 DS18B20 采用3脚PR35封装，其外观图及引脚功能分别如图1.2、表1.2所示。DS18B20有独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，使用中不需要任何外围元件。可用数据线供电，电压范围：3.05.5 V。测温范围：-55125 。固有测温分辨率为0.5 。通过编程可实现912位的数字读数方式。用户可自设定非易失性的报警上下限值。此外DS18B20还有负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作，其内部结构框图如图1.3所示。D0 VCC 温度传感器 上限触发TH 下限触发TH 存储器和控制信息量 暂存器 8位CRC产生器具 64位ROM和单线端 口 DQ VCCC 图1.3 DS18B20内部结构框图
