電加熱鍋爐的自動控制..

1、電加熱鍋爐的自動控制學號：B11040120日期：2014.5.20姓名:目錄摘要1第1章緒論2第2章控制要求32.1設計要求3第3章系統(tǒng)總體設計方案 43.1 總體設計方案43.2器件的選取43.2.1 控制器的選取43.2.2 電源選取63.2.3 溫度傳感器選取 6第4章硬件設計74.1 時鐘電路74.2復位電路74.3鍵盤電路84.4顯示電路84.5溫度檢測電路94.6加熱電路10第5章軟件設計125.1系統(tǒng)主函數(shù)設計流程圖 125.2系統(tǒng)中斷處理函數(shù)設計流程圖 13第6章系統(tǒng)調試與分析146.1硬件調試146.2軟件調試146.2.1軟件電路故障及解決方法 146.2.2軟件調試方法

2、15參考文獻17附錄1程序18摘要近年來隨著計算機在社會領域的滲透，單片機的應用正在不斷地走向 深，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。 在實時檢測和自動控制的單片機 應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用， 僅單片機方面知識是 不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及具體應用對象特點的軟件結合， 以作 完善。本文從硬件和軟件兩方面來講述電加熱鍋爐自動控制過程，在控制過 程中主要應用AT89C51 ADC0809 LEES示器，而主要是通過DS18B2溫度傳 感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過數(shù)碼管顯示實時溫度 的一種數(shù)字溫度計。軟件方面采用匯編語言來進行程序設計，使指令的執(zhí)行

3、速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構， 使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了， 使硬件在軟件的控制下協(xié)調運作。而 系統(tǒng)的過程則是：首先，通過設置按鍵，設定恒溫運行時的溫度值，并且用 數(shù)碼管顯示這個溫度值.然后，在運行過程中將采樣的溫度模擬量送入 A/D 轉換器中進行模擬/數(shù)字轉換，再將轉換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進行顯示，最 后用單片機來控制加熱器，進行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒 溫加熱。關鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；模數(shù)轉換器1選題背景及意義二十一世紀是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術、微型單片機技術 的應用更是空前廣泛，伴隨著科學技術和生產的不斷發(fā)展， 需要對

4、各種參數(shù) 進行溫度測量。因此溫度一詞在生產生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相 對應的，溫度控制和測量也成為了生活生產中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。 如在日趨發(fā)達的工業(yè)之中，利用測量與控 制溫度來保證生產的正常運行。在農業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產等。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農業(yè)生產過程中 一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產品質量、 提高生產效 率、節(jié)約能源、生產安全、促進國民經濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于 溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。 而且隨著科 學技術和生產的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不

5、斷增加豐富來滿足生 產生活中的需要。在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關鍵是測量溫度、控制溫度 和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產中得到了廣泛的應 用，尤其在電力工程、化工生產、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領域中， 擔負著重要的測量任務。在日常生活中，也可廣泛實用于地熱、空調器、電 加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設備溫度測量場合。但溫度是一個模擬 量，如果采用適當?shù)募夹g和元件，將模擬的溫度量轉化為數(shù)字量雖不困難， 但電路較復雜，成本較高。我國的電加熱鍋爐在10多年前問世，由于受到當時電力因素的制約， 發(fā)展非常緩慢，只有幾個

6、非鍋爐行業(yè)的廠家在生產。1998年以來，特別是2000年，電熱鍋爐市場迅速發(fā)展。行業(yè)內許多廠家都已經或者正在準備生 產電熱鍋爐。由于起步晚、規(guī)模小，電加熱鍋爐的控制水準很低，甚至很 原始。電加熱鍋爐的控制與燃油（氣）鍋爐的控制有很大的不同：1）電流巨大，屬大電流或超大電流控制；2）沒有現(xiàn)成的燃燒器及其程控器，鍋爐的加熱過程和控制品質完全由自己 決定；3）比燃油（氣）鍋爐的自動化程度和蓄熱要求更高，外觀要求也更現(xiàn)代、 更美觀。因此，電熱鍋爐控制存在較大難度。1998年我們抓住了市場機遇，再 次把工業(yè)控制技術應用于電加熱鍋爐控制領域，把大型電力 負荷控制的成功經驗移植到電加熱鍋爐的大電流控制上來，

7、 率先提出了電加熱鍋爐的循環(huán) 投切和分段模糊控制的控制模式，較好地解決了電加熱鍋爐控制的理論和實 際問題。國內電加熱爐的加熱形式主要有以下兩個：1電阻加熱式國內絕大多數(shù)廠家采用該方式，并選用電阻式管狀電熱元件。電阻加熱 方式的電氣特點是鍋水不帶電，但在電加熱元件漏水或爆裂時會使鍋水帶電 或稱漏電。另外，受電熱元件絕緣導熱層的絕緣程度的影響，電熱管存在一定的泄漏電流。泄漏電流的國家標準是 1P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2Q/A8P2 1/A9 P2.2/A10 P2.3A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.&7M4 P2.7/A15土工了ZZZ.0123 4.5

8、.6了 PPPPPPPPP3.1VRXDP3.irrXDP3.2/1WP3.3NTT ps.rroP3.5THP3E唾P3.7/RD9 8 7 -h LJJ 4 3 2 1；二4 5-6 7 & -JJ-.lTJT-.-iTTrle42 2 2 2 2 3 3 3 7 7 7 227 7 I -1- - 1.亠 1丄IAT89C51圖3-2 AT89C51單片機引腳圖322 電源選取本系統(tǒng)所需電源有220V交流電、直流5V電源和低壓交流電，故需要變壓 器、整流裝置和穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。電源變壓器是將交流電網220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直 流電壓。由

9、于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加 以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網電壓波動（一 般有+-10%左右的波動）、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電 路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和 溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。整流裝置采用二極管橋式整流，穩(wěn) 壓芯片采用7805,配合電容將電壓穩(wěn)定在5V，供控制電路、測量電路和動 執(zhí)行電路中弱電部分使用。除此之外，220V交流電還是加熱電阻兩端的電 壓，通過控制雙向可控硅的導通與截止來控制加熱電阻的功率。低壓交流 電即變壓器二次側的電壓，通過過零檢測電路檢測交流電的過零點，入單

10、片機后，控制每個采樣周期內雙向可控硅導通正弦波個數(shù)的方法來調節(jié)加 溫功率。3.2.3溫度傳感器選取溫度檢測元件選用溫度傳感器 DS18B20其，工作性能如下：1）1-Wire數(shù)據(jù)通信；2）可用數(shù)據(jù)線供電，電業(yè)范圍35.5V;3）最高12位分辨率；4）12位分辨率時的最大工作周期為 750ms；5）可選擇寄生工作方式；6）檢測溫度范圍為-55E +125C；7）被測溫度在-10E +85E時，精度為土 0.5E；8）內置E2PROM,限溫報警功能；9）64位光刻ROM，內置產品序列號，方便多機掛接；10）封裝形式多樣；11）負壓特性。電源極性接反時，芯片不會燒毀。第4章硬件設計4.1時鐘電路圖4

11、-1時鐘電路89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。反相放 大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容 可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器 C1和C2通常選取30pF左右，可穩(wěn) 定頻率并對振蕩頻率有微調作用。振蕩脈沖頻率范圍為024MHz。本設計采用12MHz的晶振。4.2復位電路復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。本設計采用兩種 復位方式。4.3鍵盤電路這里鍵盤的設計用3個按鍵，其中KEY1用來調整整個功能的設定，KEY2用來增加設定值，KEY3用來減少設定值。將其三個端口分別與 P1.5 P1.6、P1.7相互連接。4.4顯示電路本次

12、設計選用LCDLM016液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器件，如圖4-4所示 CDLM016采用標準的16腳接口，仿真時隱藏了背光正極和背光負極兩個引 腳。它通過D0-D8位數(shù)據(jù)端來與單片機進行數(shù)據(jù)和指令傳輸，這里我們將它與 單片機的P0口連接。 在顯示屏上顯示的內容是設定的溫度值。LCDLM016L sTEXlTTPD.u/ADO：PO.1/AD1FG.2/AD2PD.嗎 MPL 4/D4PD.5/AD5PD.&/AD&PD.7/AD7P2。展” * im圖4-4顯示部分電路圖4.5溫度檢測電路溫度傳感器與單片機的連接情況如下圖 4-5所示。溫度傳感器DS18B20 將檢測到的環(huán)境實時溫度進行 A/

13、D轉換和放大，然后串行送入單片機 P1.7 口 ,便于單片機將此數(shù)值與設定的溫度值進行比較，然后先做出相應反應。 在仿真時，我們只能通過按 18B20上的加減按鈕來調節(jié)實時溫度，是一個 模擬的過程。4.6加熱電路加熱電路圖如圖3-6所示，圖中R5為加熱電阻，RL1為繼電器，繼電 器的一段與單片機P2.7 口相連；首先設定一個溫度值，當溫度小于給定值 時，由P2.7 口控制使繼電器閉合，加熱電阻 R5電路接通，開始加熱；當 所加溫度超過給定溫度時，報警器發(fā)出聲音報警，此時再有單片機發(fā)出命 令使繼電器斷開，這時加熱電阻 R5電路斷開，停止加熱，使用自然冷卻的 方法；當溫度小于給定值時，再進行加熱，

14、依次循環(huán)。圖4-6加熱電路圖第5章軟件設計軟件的設計主要包括系統(tǒng)主函數(shù)設計流程圖和系統(tǒng)中斷處理函數(shù)設計 流程圖。5.1系統(tǒng)主函數(shù)設計流程圖圖5-1系統(tǒng)主函數(shù)設計流程圖5.2系統(tǒng)中斷處理函數(shù)設計流程圖圖5-2系統(tǒng)中斷處理函數(shù)設計流程圖第6章系統(tǒng)調試與分析單片機應用系統(tǒng)樣機組裝好以后，便可進入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器） 調試，其主要任務是排除樣機硬件故障，并完善其硬件結構，試運行所設 計的程序，排除程序錯誤，優(yōu)化程序結構，使系統(tǒng)達到期望的功能，進而 固化軟件，使其產品化。6.1硬件調試單片機應用系統(tǒng)的硬件和軟件調試是交叉進行的，但通常是先排除樣 機中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相

15、連，進行 綜合調試。硬件電路故障及解決方法1）錯線、開路、短路：由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的 錯線、開路、短路等故障。解決方法：在畫原理圖時仔細檢查、校正即可解決。2）元器件損壞：由于對元器件使用要求的不熟悉及制作調試過程中操作不 當致使器件損壞。解決方法：在設計過程中要明確各元器件的工作條件，嚴格按照制作要求 進行操作，損壞的元器件要及時更換，以免損壞其他元件或影響電路功能 的實現(xiàn)。3）電源故障：設計中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正 常供電，電路不能正常工作。電源的故障包括：電壓值不符和設計要求， 電源引出線和插座不對應，各檔電源之間的短路，變壓器功率不足，內

16、阻 大，負載能力差等。解決方法：電源必須單獨調試好以后才能加到系統(tǒng)的各個部件中。本設計 中就出現(xiàn)電源故障經過一個穩(wěn)壓電路才使其正常工作。6.2軟件調試6.2.1軟件電路故障及解決方法設計軟件部分出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象：1）當以斷點或連續(xù)方式運行時，目標系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進行操作或什 么結果也沒有，這是由于程序轉移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。 解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作 寄存器沖突等。在采用實時多任務操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中， 沒有完成正確的任務調度操作，也可能在高優(yōu)先級任務程序中，該任務不 釋放處理器，使CPU在該任務中死循環(huán)。通過對錯誤程序的

17、修改使其實現(xiàn) 預期的功能。2）不響應中斷CPU不響應中斷或不響應某一個中斷這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運行時不執(zhí)行 中斷任務程序的規(guī)定操作，當斷點設在中斷入口或中斷服務程序中時碰不 到斷點。錯誤的原因有：中斷控制寄存器（IE，IP）的初值設置不正確，使 CPU沒 有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內的定時器、串行口等特殊 功能寄存器和擴展的I/O 口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；或者某一 中斷服務程序不是以RETI指令作為返回主程序的指令，CPU雖已返回到主 程序但內部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應中斷；或由于外部中 斷源的硬件故障使外部中斷請求無效。解決方法：修改中斷控制寄存器（IE，

18、IP）的初值設置。3）結果不正確目標系統(tǒng)基本上已能正常操作，但控制有誤動作或者輸出的結果不正確。 這類錯誤大多是由于計算程序中的錯誤引起的。錯誤原因沒有查明，沒有 解決。6.2.2軟件調試方法軟件調試所使用的方法有：計算程序的調試方法、綜合調試法等。1）計算程序的調試方法計算程序的錯誤是一種靜態(tài)的固定的錯誤，因此主要用單拍或斷點運行方 式來調試。根據(jù)計算程序的功能，事先準備好一組測試數(shù)據(jù)。調試時，用 防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計算程序 開始運行到結束，運行的結果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對有的測試數(shù)據(jù)進行 測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調試成功；如果發(fā)現(xiàn)結果不正確，

19、 改用單步運行方式，即可檢查出錯誤所在。計算程序的修改視錯誤性質而 定。若是算法錯誤，那是根本性錯誤，應重新設計該程序；若是局部的指 令有錯，修改即可。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù) 據(jù)的類型，調試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。2）綜合調試在完成了各個模塊程序（或各個任務程序）的調試工作以后，便可進行系 統(tǒng)的綜合調試。綜合調試一般采用全速斷點運行方式，這個階段的主要工 作社排除系統(tǒng)中遺留的錯誤以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和精度。在綜合調試的 最后階段，應在目標系統(tǒng)的晶振頻率工作，使系統(tǒng)全速運行目標程序， 實現(xiàn)了預定功能技術指標后，便可將軟件固化，然后在運行固化的目標程 序，

20、成功后目標系統(tǒng)便可脫機運行。一般情況下，這樣一個應用系統(tǒng)就算 研制成功了。本設計Keil C51對單片機多點溫度測量系統(tǒng)進行了軟件編寫。在編寫過程 中，必須嚴格按照DS18B2的工作時序嚴格編寫，否則溫度無法準確測量。 硬件電路的設計與仿真是通過 Proteus軟件來設計。參考文獻1 劉國榮計算機控制技術與應用M.北京：機械工業(yè)出版社，20122王樹青.先進控制技術及其應用M，科學出版社，20013王衛(wèi)兵計算機控制系統(tǒng)通信M 北京：機械工業(yè)出版社，2009.4吳勤勤控制儀表及裝置M.北京：化學工業(yè)出版社，2004. 孫洪程過程控制工程設計M.北京：化學工業(yè)出版社，2001.6孫洪程等編，計算機

21、控制工程設計M，化學工業(yè)出版社，20017劉美俊傳感器應用技術M.福州：福建科學技術出版社出版， 2004.8王樹.計算機系統(tǒng)設計與應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2005 .9何超.微機控制技術M.北京：北京航空航天大學出版社，2005 .10張斗章.計算機控制講述與系統(tǒng)應用M .北京：機械工業(yè)出版 社，2005 .附錄1程序#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int uchar code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; sbit wei1=P2A0;sbit wei2=P2A1；sbit wei3=P2A2;sbit wei4=P2A3;sbit led=P2A5;sbit dq=P2A6;sbit deal=P2A7;sbit key1=P1A5;sbit key2=P1A6;sbit key3=P1A7;存整形數(shù)溫度存浮點型溫度uint flag;uint temp;/float f_temp;/ void delayms (uint z)/ 延時uint x,y;for(x=0;xz;x+)for(y=0;y0)i-;d