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1、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 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
2、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； AbstractThis paper introduces the 51 microcontroller as the core temperature and pressure system of the w
3、orking principle and design method. Temperature signal chip DS18B20 collection by the temperature, with digital signal transmitted to the form of single chip microcomputer; Pressure by level sensor signal pressure of real time data collection, with an analog form transfer to the single chip microcom
4、puter, microcontroller through the A/D conversion, converted into digital signals, calculation and treatment will temperature, pressure, water level information displayed in the LCD monitor, the paper introduces the hardware part of the control system, including: temperature detection circuit, tempe
5、rature control circuit, pressure detection circuit, pressure control circuit and other single chip microcomputer interface circuit. The paper also introduces software design part, here the modularized structure programming. Software is mainly three parts: the main program, keyboard interrupt and key
6、 processing program, prearcing interruption program. The other one XieZi programs include: temperature signal processing program, show program, PID processing procedure, etc. This system can to the boiler temperature and water level of the full automation control, not only save thehuman resource, an
7、d at the same time use electric heating system, more energy efficient, more environmental protection and is more a feasibility. Keywords:Temperature detection A/D conversion Water pressure test PID control 目 录摘 要IAbstractII1 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
8、的选择42.3 温度传感器72.4 压力传感器92.5 A/D转换器113 锅炉温度和压力控制系统硬件电路的设计143.1 最小单片机系统143.1.1 晶振电路143.1.2 复位电路143.2 温度采集模块设计153.3温度控制电路设计163.4压力检测电路设计173.5键盘及显示电路183.6 报警电路设计203.7稳压电源电路设计214 系统软件设计224.1控制算法研究224.2系统总流程图设计234.3 温度和压力检测程序流程图设计244.4键盘输入子程序流程图设计254.5显示子程序流程图264.6外部中断程序流程图275 结论28致 谢29附图：系统原理总图30附录：代码编写3
9、1参考文献381 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
10、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.
11、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
12、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
13、业2。1.3 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MCS-51为核心器件组成的控制系统成为了最为理想的选择。同时，MCS-51系列单片机以其完备的控制功能、优秀的运算能力
14、、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
