鍋爐自動給水課程設計

1、前 言本文主要設計了一種基于單片機的鍋爐自動給水系統(tǒng)，本系統(tǒng)以8位單片機STC89C52RC作為系統(tǒng)控制處理器，采用液位上下限傳感器和DS18B20采集信息，采用數(shù)碼管和LCM作為顯示設備，采用WT588D語音警示及報溫。系統(tǒng)具有液位和溫度自動檢測、報警和控制等功能。本系統(tǒng)在設計中主要由液位檢測、溫度檢測、按鍵控制、液位控制、溫度控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)液位和溫度控制。用液位傳感器檢測液位，用DS18B20溫度傳感器來檢測液溫，用二個控制按鍵來實現(xiàn)按健控制，用四位7段LED顯示器和LCM128*64來完成顯示部分，用繼電器來控制水泵的啟停。本設計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐液位、

2、溫度控制而且有成本低、程序易于調試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點。關鍵詞：STC89C52單片機; 液位控制; 溫度控制;報警PREFACEIn modern society, with the development of industry, the residents living area of the centralized heat supply demand is also growing, steam boiler capacity continues to increase, the operation process requirements more

3、 stringent, the boiler liquid level control of a direct impact on people and equipment safety. Low level may make the boiler phenomenon of dry combustion, liquid level is too high will make the boiler steam pressure is too high, danger, the traditional liquid level control cannot remote centralized

4、control, low degree of automation, precision shortcomings, and by manual operation has been unable to adapt to, control system and the necessity of reform unceasingly along with the science and technology progress of controlled object, more and more complex, people on the requirements of control pre

5、cision improvement. As a result of the controlled object and the process is nonlinear, time-varying, strong coupling between different parameters, random noise and other factors, makes an accurate mathematical model of object creation becomes difficult. In front of these complex systems, the traditi

6、onal control methods can not meet the control accuracy, and poor stability of the system. Better to boiler automatic control with single-chip microcomputer technology, at the same time, the rapid development of automatic control technology, SCM and its peripheral chip to realize boiler liquid level

7、control is possible, but also become a development trend, single chip not only has small volume, convenient installation, function relatively complete advantages, but also have the very high price ratio, thus wide application prospect, and contribute to the discovery of a possible failure, fire wate

8、r supply system and realized by microcomputer automatic control and regulation, will ensure the normal supply of water supply boiler, to maintain the stability of system, guarantee the safe and economic operation. This paper is to use single chip is a pot which has high practical value and superiori

9、t.KEYWORDS：Single chip computer; peripheral chip; the boiler level control; automatic control and regulation to ensure the safe and economic operation目 錄1緒論41.1研究背景和意義41.2設計方案42系統(tǒng)硬件設計52.1液位傳感器的介紹52.2溫度傳感器的選擇52.3顯示電路的設計62.3.1數(shù)碼管62.3.2LCM82.4驅動板介紹82.4.1繼電器控制電路82.4.2驅動板模塊原理圖92.5基礎板介紹102.5.1單片機最小系統(tǒng)電路102

10、.5.2單片機部分102.5.3復位電路112.5.4時鐘電路112.5.5串口通信部分122.5.6總電源接口電路123系統(tǒng)軟件設計133.1主程序流程134總結145致謝15參考文獻16附錄一:頭文件171.ds18b20.h17附錄二:源文件201.text1.c20第一章 引言1.1研究背景和意義目前我國的燃煤鍋爐數(shù)量眾多，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/4，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。在現(xiàn)代社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展，居民生活區(qū)的集中熱力供應量的需求也越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷提高，對操作過程要求更加嚴格，鍋爐的液位控制

11、直接影響人們自身和設備的安全。液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，液位過高又會使鍋爐蒸汽壓力過高，發(fā)生危險，傳統(tǒng)的液位控制不能進行遠距離的集中控制，自動化程度低，調節(jié)精度差等缺點，且單靠人工操作已不能適應，控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學技術的不斷進步,被控對象越來越復雜,人們對控制精度的要求不斷提高。由于被控對象和過程的非線性、時變性,多參數(shù)間的強耦合、隨機干擾等因素,使得建立被控對象的精確數(shù)學模型變得很困難。在這些復雜的系統(tǒng)面前,傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度,而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。更好地對鍋爐進行自動化控制，同時隨著單片機技術，自動控制技術的迅速發(fā)展，利用單片機及其外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可

12、能，而且也成為一種發(fā)展的趨勢，單片機不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，因此應用前景廣，同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機實現(xiàn)燃燒與給水系統(tǒng)的自動控制與調節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供水，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟運行。本文即是用單片現(xiàn)的一種鍋其有較高的實用價值和優(yōu)越性。1.2設計方案本課題的研究對象為鍋爐的液位，對其液位進行控制?；舅枷胧且許TC89C52作為控制器，通過STC89C52單片機、溫度傳感器（DS18B20）、LCM、WT588D等實現(xiàn)具有液位報警和控制的雙重功能，同時也具有溫度顯示控制播報的功能,并對溫度和液位情況進行顯示。 系統(tǒng)硬件設計包括以下幾部

13、分：STC89C52芯片為核心控制器，液位采集、溫度采集、鍵盤、顯示部分、報警部分、液位控制、溫度控制等部分組成?？蓪崿F(xiàn)的具體功能如下：（1）當液位低至給定的下限液位時，停止水泵對鍋爐放水，啟動水泵對鍋爐進行加水，直到水滿超液位，工作狀態(tài)指示燈亮1個，表明加水水泵在加水。（2）當液位高至給定上限的液位時，停止水泵對鍋爐加水，啟動水泵對鍋爐進行放水，水泵工作狀態(tài)指示燈，表明放水水泵在放水。（3）溫度過低，啟動加熱工作。溫度過高，停止加熱工作。（4）有溫度和液位傳感器，同時可以顯示其狀態(tài)。（5）溫度語音播報（6）語音警示（7）按鍵控制顯示背光，設定上下限溫度及播報音量第二章 系統(tǒng)硬件設計2.1液位

14、傳感器的介紹傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉化為便于傳輸或處理的電信號的裝置，在現(xiàn)代科技領域中，傳感器得到了廣泛應用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映。本設計當中我們采用的水位探測傳感器（如圖2.2所示）簡單易行，經(jīng)濟實惠。圖2.1液位傳感器原理圖圖2.2超液位 圖2.3欠液位2.2溫度傳感器的選擇目前我們可選擇許多類型的IC溫度傳感器與多種多樣的應用相匹配。從簡單的模擬輸出溫度傳感器到數(shù)字輸出的本地傳感器再到具有遠程溫度監(jiān)測功能和復雜風扇控制算法的高度集成的溫度監(jiān)視系統(tǒng)。（1）模擬溫度傳感器初期的IC溫度傳感器是提供一個與溫度

15、成比例的輸出電壓或電流。通過改變熱敏電阻，使其為電阻隨溫度呈非線性關系變化的特性?，F(xiàn)在的模擬溫度傳感器無需附加線性化電路來校準熱敏電阻的非線性，當要求電壓與溫度之間呈線性關系時，它是良好的選擇。雖然新的數(shù)字輸出溫度傳感器已經(jīng)在許多應用中取代了模擬輸出溫度傳感器，但是模擬輸出溫度傳感器仍然有用武之地。例如，AD590電流輸出溫度傳感器。該器件經(jīng)常用于遠程溫度檢測，因為高阻抗電流輸出使其對長線路傳輸?shù)碾妷航挡幻舾校⑶疫€能用于多種多樣的溫度檢測器應用，具有+4 V +30 V寬工作電壓范圍。（2）數(shù)字輸出溫度傳感器在許多應用中，最終需要以數(shù)字形式提供溫度數(shù)據(jù)。這可以通過將一個模擬溫度傳感器的輸出接

16、到一個模數(shù)轉換器（ADC）來實現(xiàn)。然而，隨著IC產(chǎn)品制造技術的進步，將這種ADC和許多其它功能一起集成到溫度傳感器的管芯上已經(jīng)成為經(jīng)濟有效的方法。它能降低成本、印制電路板（PCB）面積和功耗，同時簡化系統(tǒng)設計工程師的任務。數(shù)字溫度傳感器類似于模擬溫度傳感器，但是它的輸出不是以電流或電壓形式而是將其轉換為1或0形式的數(shù)字量。因此，數(shù)字輸出溫度傳感器適合于連接到一個MCU。本設計中溫度的測量是采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20為一線式數(shù)字溫度傳感器，它只有3個引腳，體積小，分辨率高，與單片機連線只需要一個I/O口就可以，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，硬件電路簡單且價格也不貴。故采用此

17、傳感器來實現(xiàn)溫度的檢測。圖2.4 DS18B20引腳圖2.3 顯示電路的設計2.3.1數(shù)碼管本系統(tǒng)選用8位數(shù)碼管作為顯示器，用于顯示數(shù)字及特殊字符。對于多為數(shù)碼管顯示器來說，為了簡化線路、降低成本，往往來采用以軟件為主的接口方法。由于各位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種字符。對于這種接口電路來說，其顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。本系統(tǒng)采用動態(tài)方法顯示。2.3.1.1靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使

18、用這種方法單片機中CPU的開銷小。2.3.1.2 動態(tài)顯示如果要在同一時刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。因此只能利用人眼視覺的殘留效應，采用動態(tài)掃描顯示的方法，逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，是人眼看起來就好像在同時顯示不同的字符一樣。 在進行動態(tài)顯示時，往往事先并不知道應顯示什么內容，這樣也就可以選擇被顯示字符的顯示段碼。為此，一般采用查表的方法，由待顯示的字符通過查表得到其對應的顯示段碼。圖2.5數(shù)碼管結構圖2.6數(shù)碼管原理圖2.3.2 LCM 系統(tǒng)選用1602液晶模塊顯示鍋爐內溫度等相關信息。1602是一種采用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量

19、可以分為1行16個字、2行16個字、2行字等，下圖（圖2.7）就是TL1602液晶模塊的正面和反面。圖2.7 1602液晶模塊實物照片2.4驅動板介紹2.4.1繼電器控制電路水泵（普蘭迪 微型直流隔膜水泵）的參數(shù)：n 額定電壓：12V n 額定功率：45W n 最大壓力：1MPa n 最大流量：4L/min該電路由繼電器和閉合開關、光電耦合器、水泵等組成。當水位在低水位時單片機給P0.7送一個高電平導通光電耦合器然后光電耦合器驅動導致繼電器閉合從而讓12V的直流電接通使水泵加水。其中光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同

20、一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設計當中發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管。在本設計當中我們采用光電耦合器組成開關電路的作用，能夠很好地將單片機信號穩(wěn)定地送給繼電器驅動繼電器閉合。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，在我們設計當中主要來做自動控制作用，我們采用+5V的直流電來控制12V的直流電，以達到控制水泵的作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點

21、）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。2.4.2驅動板模塊原理圖圖2.8電源原理圖圖2.9傳感器接口原理圖圖2.10繼電器控制原理圖2.5基礎板介紹2.5.1單片機最小系統(tǒng)電路系統(tǒng)電路部分由單片機最小系統(tǒng)和功能模塊組成，其中單片機的最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分。單片機的工作就是執(zhí)行用戶程序、指揮各部分硬件完成既定的

22、任務。單片機具有結構簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，其應用領域十分廣泛。最小系統(tǒng)原理框圖如圖2.11所示。圖2.11 最小系統(tǒng)原理框圖2.5.2單片機接口電路 該部分由單片機芯片、上拉電阻、插針等組成。本設計選用比較常見的STC89C52單片機芯片。其電路圖如圖2.12所示。圖2.12單片機芯片部分2.5.3復位電路無論是單片機剛開始接上電源，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復位電路由電容串聯(lián)電阻組成，由圖并結合“電容電壓不能突變”性質，可以知道當系統(tǒng)一通電，RST引腳將會出現(xiàn)高電平

23、，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定，典型的51單片機當RST引腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位。教科書推薦C取10uF，R1取1K，R2取10K。也還有其他的取法，原理就是讓RC組合可以在RST引腳上長生不少于2個機器周期的高電平。電路圖如圖2.13所示。圖2.13復位電路2.5.4時鐘電路單片機是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。時鐘電路用于生產(chǎn)單片機工作所需要的時鐘信號。在MCS-51系列單片機內部有一個高增益反向放大器，其輸入端引腳為XTAL1，其輸出端引腳為XTAL2。一般的，電容C8、C9取22p

24、F左右，晶振振蕩頻率越高，系統(tǒng)時鐘頻率越高，單片機的運行速度也越快。在通常情況下，使用頻率為6MHz或12MHz的晶振。本系統(tǒng)中使用了單片機的串行口通信，一般晶振的頻率采用11.0592MHz。電路圖如圖2.14所示。圖2.14時鐘電路2.5.5串口通信部分本部分的主要作用是單片機與pc機的信息交互。使編好的程序能下載到單片機中，使所設計的系統(tǒng)能按照預先的設想工作。其電路圖如圖2.15所示。圖2.15 串口通信部分電路2.5.6總電源接口電路本部分的作用是給整個單片機系統(tǒng)供電，使其正常運轉。圖2.16 電源接口電路第三章 系統(tǒng)軟件設計3.1主程序流程本鍋爐系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動給水加熱并且維持一定液

25、位及水溫，可根據(jù)用戶要求進行自動放水隨后進水，加熱維持系統(tǒng)在液位和水溫兩個參數(shù)的恒定。圖3.1主程序流程圖第四章總結1.換用精度更高的液位傳感器，實現(xiàn)更精確地控制進放水，合理利用能源。2.溫度調控改用雙向可控硅，用PID精準控制，實現(xiàn)控制目的同時節(jié)能。3.增加上位機顯示與控制。第五章 致謝經(jīng)過三周的艱苦奮斗和不懈努力，我們一起完成了這次課程設計的設計和制作。綜合來看，本次課程設計包括硬件和軟件部分，是綜合多學科知識的平臺，對于我們專業(yè)課的學習和知識面的擴展有極大的幫助，也符合了對于復合型人才的培養(yǎng)目標。當然,成功的背后離不開我們團隊的合理分工與團結合作，更離不開老師的指導與幫助。在此，小組全體

26、成員衷心地感謝指導老師所做的不懈努力與無私奉獻。這次課程設計讓我們受益匪淺,我們不僅收獲了成功的喜悅，而且感受了學以致用，深深地體會了知識的力量。在設計制作過程中我們學會了為人處事，學會了團隊合作,這是我們在這次課程設計中最大的收獲。在品嘗這次課程設計中取得某種成功喜悅的同時，我們也發(fā)現(xiàn)了自身的不足.這次課程設計讓我們受益終身, 將讓我們以后走得更穩(wěn)、更遠。由于時間倉促，報告或有不盡人意之處，望諒解。參考文獻1童詩白·模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，20012閻石·數(shù)字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，19983譚浩強.C程序設計（第三版）M.北京：清華大學出版，

27、20074蔡美琴.MCS-51系列單片機系統(tǒng)M.北京：高等教育出版社，20035王靜霞.單片機應用技術M.北京：電子工業(yè)出版社（C語言版），20096周荷琴，吳秀清微型計算機原理與接口技術（第4版）中國科學技術大學出版社20087譚浩強C語言程序設計（第三版）清華大學出版社2005.8 克尼漢美. The C Programming Language( The Second Edition).機械工業(yè)出版社20069 H M Peitel,PJ Deitel.C How to program, second Edition.10Aubrey Pilgrim. Build Your Own Pe

28、ntium PC and Save a Bundle. MeGraw-Hill公司出版附錄一:頭文件#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*DS1820端口設置*sbit DS=P05; uint temp;/uint stemp=200;/uint xtemp=110;/上下限溫度值/延時函數(shù)void delay1(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-

29、); void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /read a byte date uchar i,j

30、,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1;

31、i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay1(1); tmpwritebyte(0xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /get the temperature float tt; uchar

32、a,b; dsreset(); delay1(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp;附錄二:源文件#include <reg52.h>#include <ds18b20.h>sbit rs=P20;sbit wr=P21;sbit lcden=P

33、22;sbit s2=P36;sbit s1=P37;sbit j1=P01; /繼電器j1/進水sbit j2=P02; /繼電器j2/出水sbit j3=P03; /繼電器j3/加熱sbit up=P04; /上限限位開關sbit down=P06; /下限限位開關uchar a,b;/a標志進水過程 /b標志放水過bit flag0;uchar display2;void delayus(unsigned int s)unsigned int i;for(i=0; i<s; i+);for(i=0; i<s; i+);void delay(uint z) /延時函數(shù) uint

34、 x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); void write_com(uchar com) /液晶寫指令 rs=0; P1=com; lcden=0; delay(5); lcden=1 ; delay(5); lcden=0; void write_data(uchar date) /液晶寫數(shù)據(jù) rs=1; P1=date; lcden=0; delay(5); lcden=1; delay(5);lcden=0; void init() /液晶初始化 wr=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); void distwo(uchar add,uchar temp)/液晶顯示兩位數(shù)字 uchar shi,ge; shi=temp/10; ge=temp%10; write_co