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1、装订线X X大 学 毕业设计（论文）纸目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究的现状21.3 使用单片机实现锅炉控制的优点2第2章 锅炉控制系统的设计方案32.1 控制系统的设计指标32.2 控制系统的功能简介及系统框图32.3 研究方案及预期结果42.3.1 系统硬件总体方案42.3.2 软件总体方案42.3.3 设计的研究进程5第3章 锅炉控制系统的硬件电路设计63.1 单片机电路选择63.1.1 AT89C52的特点与性能63.1.2 AT89C52的引脚功能与编程73.2 锅炉储水温度采集及补偿电路123.3 室内供暖温度采集电路143.4 缺水保护电路143.5 漏电
2、及水过热保护电路153.6 显示电路的设计163.7 键盘电路设计183.8 A/D转换电路193.8.1 ADC0809转换器193.8.2 各引脚功能说明193.8.3 ADC0809工作过程描述203.9 AT89C52与AT24C01A的接口设计213.10 电源及继电器板213.10.1 固态继电器概述及特点213.10.2固态继电器主要参数与选用213.11看门狗电路233.12 蜂鸣电路设计263.13 压力检测电路26第4章 炉控制系统的软件设计294.1 系统程序流程图294.2 主函数设计2943运行子函数30第5章结论32致谢33参考文献34II装订线X X 大 学 毕业
3、设计（论文）纸第1章 绪论1.1 课题背景目前我国的燃烧锅炉的数量众多,我国现有中、小型锅炉30多万台,每年耗媒量占我国原煤产量的四分之一,目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。国家在第10到第11个五年计划的科技创新指南中,对光电一体化、资源与环境、新能源与高效节能的指导性课题中明确指出:需要自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置。要求节约率达到百分之5以上,装置投资的回收期在1年以内,采暖锅炉为3年以内。如小型链条式工业锅炉用的是新型测控装置。因此这个课题有现实的意义且市场的前景良好。锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术,它
4、是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:(1) 直观而集中的显示锅炉各运行参数,能显示液位、压力、温度状态。(2) 在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位、压力、温度的上限、下限。(3) 提高锅炉的热效率,采用计算机控制后热效率可以比以前提高百分之5到百分之10,据统计,120吨的锅炉,全年平均负荷为百分之70左右,以平均热效率提高百分之5计算,全年节约800吨。(4) 锅炉系统中包含鼓风机、引风机和给水泵等大功率电动机,由于锅炉本身特性和选型的
5、因素,这些风机大部分不会满负荷输出的,原有的方式采用阀门和挡板控制流量,浪费非常严重。通过对鼓风机、引风机和给水泵进行微机控制可以平均节电达到百分之30到百分之40左右。(5) 作为锅炉控制系统装置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减少劳动人员的劳动强度。采用计算机控制的锅炉系统有十分周到的安全机制,可以置多点的声光报警和自动连锁停炉,杜绝人为疏忽造成的重大事故。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域
6、日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制锅炉是很好的选择。1.2 国内外研究的现状目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的
7、测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上,已积累了很多经验,奠定了基础,进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上,与其他发达国家相比还存在差距,但是我国的研究人员已经克服很多困难,并在不断的摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平,这是发展趋势。1.3 使用单片机实现锅炉控制的优点使用单片机实现锅炉液位控制具有较高的实用价值和
8、稳定性好等特点。能更好地对锅炉进行自动化控制,测量温度时采取光电耦合器,实现光电隔离,避免了工作人员在现场进行检测操控,方便了人员对液位系统的控制,控制方便且系统稳定性能好；采用压力传感器对压力进行测控，可简化设计方案，系统性能也更稳定；单片机不仅有体积小，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，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现蒸汽与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供暖，维持稳定系统，保证安全经济运行。本文就是采用AT89C52单片机为核心芯片的一种锅炉控制系统，具有较高的实用价值和优越性。本系统与PLC控制系统相比大大降低了使用成本,提高了控制运行速
9、度。根据仿真模拟运行的结果表明,该系统能很好的克服“假水位”现象,将锅炉控制在给定要求的范围内,对压力不足和压力过大进行安全报警,稳定性能好,容易操作和控制,保证了生产的正常进行。第2章 锅炉控制系统的设计方案2.1 控制系统的设计指标本设计要求设计一个以单片机为核心的温度闭环控制系统以及水位控制系统，具体的技术指标如下：(1) 恒温温度控制在0-100之间，连续可调，误差在0.5之内。(2) LED实时显示系统温度，用键盘输入设定的温度。(3) 水位过高或过低时报警提示。(4) 具有供暖、热水、定时启动等功能。(5) 漏电、超温、及报警功能。(6) 压力范围及误差：02.5MPa ；误差：0
10、.02MPa。本文需要完成以下工作：详细分析课题任务，设计键盘电路，单片机系统，显示电路，温度检测电路，水位检测电路，压力检测电路，报警电路，数模转换等系统。然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行仿真调试。2.2 控制系统的功能简介及系统框图整个控制系统主要由CPU主板继电器分板以及控制面板组成以及控制面板组成CPU。主板实现温度的采集、处理，水位的检测、电源的监视及报警电路等功能。继电器板用于完成功能的切换及显示功能。CPU主板如图2.1所示。图2.1 CPU主板硬件框图传感器一般输出的为模拟量，需要通过A/D转换，转换为单片机能够接收的数字信号，若模拟信号太弱，
11、还需经过运算放大器放大信号。键盘输入的是系统参数的上、下限极限值，若检测到的信号值出现不在此极限区间的情况，单片机就会驱动蜂鸣器产生报警，此时就需要执行机构控制室内环境相应的改变，使得环境参数重新回到理想区间。2.3 研究方案及预期结果本设计是采用单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,在用液位传感器测液位的同时,又用光电式隔离器和压力传感器对锅炉的温度和压力进行检测，CPU循环检测传感器输出状态,并用 LED显示示液位高度,检测液位、温度和压力等数据,实施报警安全提示,当锅炉液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵。2.3.1 系统硬件
12、总体方案系统的原理是通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过6位七段LED显示器显示出液位的四种状态及报警安全提示。用LED显示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、寿命长等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵,需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。本设计运用了多种传感器,在使用液位传感器测液位的同时,我还选用了光电式传感器和压电式传感器来对锅炉的温度和压力进行测量,因为我们所提到的锅炉常用于供暖,所以温度的检测很重要,至于选用压力传感器主要是出于安全考虑的,压力过大有可能对锅炉造成损害甚至造成爆炸,压力过低会导致锅炉控制系统无法正常运行。所以
13、我在第三章着重介绍了这些传感器。2.3.2 软件总体方案水位检测是通过四对高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的I/O口，实时对锅炉里的水位进行检测。当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水电磁阀，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此
14、位置时，控制系统会自动接通加水电磁阀，开水加水；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，开水房控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀可能出故障。本系统所使用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在充分的情况下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高1都会产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修正运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用。2.3.3 设计的研究进程本设计三章对系统进行硬件分析,主要介绍了本设计所使用的核心芯片AT89C51,重要对其端口进行介绍,介绍其功能与用途,还介绍了温度传感器、数模转换ADC0809、执行设备、LED显示和报警装置,介绍了他们的原理、结构和电路连接。我着重介绍了本设计所使用的单片机和传感器,单片机是整个系统的核心部分，
