電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計

1、單位代碼01學 號 100119064分類號 TP273+.2HUANGIIE S &T COLLEGE畢業(yè)設計說明書電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計院（系）名稱信息工程學院專業(yè)名稱測控技術(shù)與儀器學生姓名 鄧繼文指導教師 吳娟2014年4月25日電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計摘 要電鍋爐溫度智能控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中占有重要的地位。鍋爐汽包燃燒系統(tǒng)是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標。溫度過高，會使蒸汽帶水過多，汽水 分離差，使后續(xù)的過熱器管壁結(jié)垢，傳熱效率下降，過熱蒸汽溫度下降，嚴重時將引起 蒸汽品質(zhì)下降，影響生產(chǎn)和安全；溫度過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)不能滿足工藝 要求，嚴重時會發(fā)生

2、鍋爐爆炸。尤其是大型鍋爐，一旦控制不當，容易使汽包滿水或汽 包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。因此，在鍋爐運行中，保證溫度在正常范圍是非常 重要的。基于單片機技術(shù)實現(xiàn)的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)主要由溫度檢測電路、溫度控制電路、 溫度顯示電路三個部分組成。在本次設計中，選用符合測量溫度范圍要求的熱電偶溫度 傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，用儀表放大電路對電壓信號進行放大，實現(xiàn)對溫度的檢測和 信號的傳輸；用單片機對所采集的數(shù)據(jù)進行處理后，再進行相應的控制，從而實現(xiàn)對 溫度的控制；采用LCD1602液晶顯示器將處理的數(shù)據(jù)進行實時顯示。然后根據(jù)設計電 路進行了實際制作和測試分析，達到了預期的要求。關(guān)鍵詞：單片機，熱電偶

3、溫度傳感器，LCD, MAX6675word文檔 可自由復制編輯The Design of the Electric Boiler Temperature Control SystemAuthor: Deng JiWen Tutor： Wu JuanAbstractAnnealing temperature control system in industrial production and scientific research occupies an important position.Combustion system of boiler steam drum is industri

4、al steam boiler safe and stable operation of the important indicators.Temperature is too high, can make the steam with water too much, separation of poor, make the follow-up of superheater tube wall scaling, heat transfer efficiency drops, superheated steam temperature drop, serious when will cause

5、steam quality to drop, affect the production and safety; Temperature is too low will damage part of the wall of the water cycle can't meet the technological requirements, serious happens when the boiler exploded.Especially large boiler, once the improper control, easy to make all of the water in

6、 the water or steam drum drum with vaporization, cause serious accident. Therefore, in boiler operation, it is very important to ensure that the temperature in the normal range.Based on single chip microcomputer technology to realize the electric boiler temperature control system is mainly composed

7、of the temperature detection circuit, temperature control circuit, display circuit of three parts.In this design, choose to meet the requirements of measuring temperature range thermocouple temperature sensor to achieve data acquisition, instrument amplifier circuit of voltage signal is amplified an

8、d realize the temperature detection and signal transmission; After the data collected in the MCU, then the corresponding control, so as to realize the temperature control; Adopt LCD1602 LCD monitor the real-time display of data processing.Then according to the design of circuit are analyzed in actua

9、l production and testing, to achieve the desired requirements.Key words: MCU , Thermocouple Temperature Sensor LCD , MAX66751 緒論11.1 課題背景11.2 電鍋爐簡介11.3 電鍋爐溫度控制系統(tǒng)21.4 設計要求22溫度控制系統(tǒng)方案分析32.1 設計思想32.2 幾種方案設計32.3 方案設計要求42.4 課題研究的意義43電鍋爐溫度控制系統(tǒng)硬件設計 63.1 溫度檢測電路63.1.1 熱電偶傳感器63.1.2 MAX6675 電路63.2 溫度顯示單元電路83.3

10、溫度控制電路 103.3.1 蜂鳴器驅(qū)動電路 103.3.2 繼電器113.3.3 STC89C51 單片機124電鍋爐溫度控制系統(tǒng)軟件設計 185電鍋爐溫度控制系統(tǒng)仿真205.1電路仿真結(jié)果206電鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計實物圖 22結(jié)論23致謝24參考文獻25附錄26附錄A26附錄B261緒論1.1 課題背景鍋爐技術(shù)的發(fā)展受經(jīng)濟發(fā)展速度和投資規(guī)模因素影響，能源政策和節(jié)能、環(huán)保要求 的制約等越來越嚴重。因此采用清潔燃料和潔凈燃燒技術(shù)的高效、節(jié)能、低污染工業(yè)鍋 爐將是工業(yè)鍋爐產(chǎn)品發(fā)展的趨勢，并向高端和高附加值的產(chǎn)品市場發(fā)展 1。電鍋爐溫度智能控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中占有重要的地位。鍋爐的自動

11、監(jiān)測和自動控制，不僅是保證鍋爐安全極其重要的手段，而且還在控制鍋爐燃燒，提高鍋 爐效率和性能方面起著非常重要的作用2 0相對而言，我國在燃煤鍋爐方面的開發(fā)投入 很少，絕大多數(shù)在用鍋爐的運行只達到機械運行的程度，而已有的控制手段也只是確保 鍋爐安全運行的保護控制或簡單的操作控制，遠沒有達到以提高鍋爐運行效率的最佳運 行狀態(tài)為目的的智能化動態(tài)監(jiān)控運行的程度。1.2 電鍋爐簡介電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，顧名思義，它是以電力為能源并將其轉(zhuǎn)化成為 熱能，從而經(jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體的鍋爐 設備。電鍋爐本體主要由電鍋爐鋼制殼體、電腦控制系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)、電加熱管

12、、 進出水管及檢測儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁感應加熱方式和電阻 （電加熱管） 加熱方式兩種。電阻加熱方式又分為不銹鋼加熱管電鍋爐和陶瓷加熱管電鍋爐，電阻加 熱方式即采用電阻式管狀電熱元件加熱，電鍋爐在結(jié)構(gòu)上易于疊加組合，控制靈活，維 修更換方便。電鍋爐設計要求有以下特點：1、全自動智能化控制技術(shù)，無需專人值守。工作方式靈活，可設置為手動或自動 模式。2、結(jié)構(gòu)緊湊、科學合理的設計和先進的制造工藝，使鍋爐占用空間小，方便運輸 并且節(jié)省使用場地。3、無噪音，無污染，熱效率高，鍋爐本體采用優(yōu)質(zhì)高效保溫材料做保溫，散熱損耗小，節(jié)能降耗。4、控制器對水溫或壓力自動控制、演算、追蹤，可在負荷變化時對

13、給水泵、電加 熱管進行自動啟?？刂疲部墒謩涌刂?。5、鍋爐的設計、制造嚴格按照蒸汽鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程和工業(yè)鍋爐通用技術(shù) 條件、鍋殼鍋爐本體制造技術(shù)條件的要求嚴格執(zhí)行。1.3 電鍋爐溫度控制系統(tǒng)現(xiàn)實生活中，很多場所都要對溫度進行檢測和控制，溫度控制器的應用領(lǐng)域非常廣 泛。在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度往往是一個很重要的參數(shù)，許多物理過程和化學反應都必須在 特定的溫度下才能進行，一旦溫度不達標，生產(chǎn)的成品率也會大打折扣，并且有些設備 需要合適的溫度才能穩(wěn)定地運行，生產(chǎn)的產(chǎn)品需要適宜的溫度才能保存和使用；在農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中，農(nóng)作物的生長要求合適的溫度，蓄養(yǎng)的動物有時也要保持適宜的溫度，如熱帶 魚水箱、孵化小雞、電熱水

14、器、培養(yǎng)菌種等場所的溫度控制；在家庭生活中，一些家用 電器設備需要溫度的控制和調(diào)節(jié)，如電熱毯、電磁爐等。溫度控制器的設計方案有很多: 有用專用芯片設計的、有用復雜可編程邏輯電路設計的、有用單片機設計制作的、有用 可編程控制器設計完成的，還可以采用數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式以及 EDA技術(shù)等。1.4 設計要求控制其變化范圍為800c ±40C,采用熱電偶連續(xù)對爐溫進行檢測采樣，記錄、調(diào) 節(jié)爐溫，采樣周期0.1秒，利用LCD1602液晶顯示器進行顯示，要求有電路原理圖和程 序框圖并且分析和論述系統(tǒng)采用的主要控制和保護單元的工作原理和特性；根據(jù)設計題 目的要求，結(jié)合實驗室現(xiàn)有設備

15、，查閱和收集相關(guān)資料，進行系統(tǒng)的總體設計，并繪制 電路原理圖；對所設計的系統(tǒng)進行全面分析，論述其結(jié)構(gòu)特點、工作原理、動態(tài)過程及 波形、靜態(tài)特性，選用并分析系統(tǒng)的保護環(huán)節(jié)。2溫度控制系統(tǒng)方案分析2.1 設計思想溫度是一種典型的模擬信號，用數(shù)字電路來進行檢測、控制并顯示，首先必須將這 一非電量先變換成電量（電壓或電流），然后再采用電子電路實現(xiàn)課題要求。可以采用 溫度傳感器將溫度變換轉(zhuǎn)變成相應的電信號， 并通過放大、濾波后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換成 數(shù)字信號，經(jīng)譯碼顯示而得到對應的數(shù)字3。而對溫度的控制，可以將要控制的溫度所 對應的電壓值作為基準電壓，用實際測量值與之相比較，比較結(jié)果（輸出狀態(tài)）自動的 控

16、制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，并通過 LCD1602液晶顯示器顯示所需的內(nèi)容。2.2 幾種方案設計1、基于分立元件的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)采用溫度檢測與調(diào)理電路、溫度控制電路和顯示電路來組成溫度控制器，具原理框 圖如圖2.1所示。圖2.1基于分立元件的溫度控制系統(tǒng)設計框圖具體實現(xiàn)方法：在溫度檢測與調(diào)理電路中，采用鋁熱電阻為溫度傳感器檢測溫度，用儀用放大電路 對電壓信號進行放大；溫度控制部分通過設定一個與溫度對應的電壓值與當前的溫度進 行比較，從而驅(qū)動印制板繼電器工作，開啟加熱裝置來實現(xiàn)溫度的控制； 在顯示電路中, ADC轉(zhuǎn)換采用集成模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 TLC0820,使用74185進行二一BCD碼轉(zhuǎn)換，顯示采 用7

17、448芯片驅(qū)動共陰極LED,實現(xiàn)溫度的實時顯示。2、基于單片機技術(shù)的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)近年來，單片機發(fā)展迅速，如果以單片機為核心制作溫度控制器，不僅制作過程簡 單，而且安裝、維護也簡單，可靠性與準確性也會有很大提高，且液晶顯示器的現(xiàn)實界面優(yōu)美，顯示清晰，可現(xiàn)實的信息量大4。其框圖如圖2.2所示圖2.2基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計框圖3、基于嵌入式系統(tǒng)的溫度控制器采用微處理器，利用嵌入式系統(tǒng)的設計方法及測試技術(shù)，除了可以實現(xiàn)對溫度的采 集、處理和控制之外，還可實現(xiàn) PC機利用ISP技術(shù)對系統(tǒng)進行遠程加載和升級。另一 方面，利用RS232串行通信技術(shù)，可以實現(xiàn)PC機與系統(tǒng)間的通信，并可對系統(tǒng)進行遠

18、 程控制。從而實現(xiàn)了微機控制系統(tǒng)中的主從式系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)。具原理框圖如圖2.3所示圖2.3基于嵌入式系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)設計框圖2.3 方案設計要求1、溫度控制系統(tǒng)性能要穩(wěn)定。2、考慮成本，要求性價比高。3、考慮到環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度控制的各個單元環(huán)節(jié)，達到設計要求。4、電路較簡單，具有功耗小、反應快、功能齊全、實用性強的特點。5、環(huán)境溫度的變化和交流電網(wǎng)電壓的波動等工作條件的影響時，計算參數(shù)時應按 最不利的情形考慮。2.4 課題研究的意義1、充分研究電鍋爐溫度的特征，尋找最佳的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)。2、使溫度控制系統(tǒng)具有完善的調(diào)節(jié)功能和適時處理功能。3、有利于我們深入掌握電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識和實踐方法，在

19、今后進行復雜電路設 計時能更好的應用。3電鍋爐溫度控制系統(tǒng)硬件設計3.1 溫度檢測電路溫度檢測電路設計部分主要由電熱偶溫度傳感器和MAX6675測溫芯片組成。3.1.1 熱電偶傳感器熱電偶是溫度測量中最常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實，價低，無需供電，也是最便宜的5。熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環(huán) 境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱之 為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。 熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化 1C時，輸出電位差的變化量。對于

20、大多數(shù)金屬材 料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在 540微伏/ C之間。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微的測溫元件有極 高的響應速度，可以測量快速變化的過程。K型熱電偶溫度傳感器如圖3.1所示。圖3.1 K型熱電偶溫度傳感器3.1.2 MAX6675 電路MAX6675是一個復雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有信號調(diào)節(jié)放大器、 12位 的模擬/數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補償傳感和校正、數(shù)字控制器、 1個SPI兼容接口和 1個相關(guān)的邏輯控制60MAX6675內(nèi)部具有將熱電偶信號轉(zhuǎn)換為與 ADC輸入

21、通道兼容電壓的信號調(diào)節(jié)放 大器，T和T-輸入端連接到低噪聲放大器 A1 ,以保證檢測輸入的高精度，同時使熱電 偶連接導線與干擾源隔離。熱電偶輸出的熱電勢經(jīng)低噪聲放大器A1放大，再經(jīng)過 A2電壓跟隨器緩沖后，被送至 ADC的輸入端。在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相等價的溫度值之 前，需要對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0c實際參考值之間的差值。MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示。圖3.2 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖冷端補償熱電偶的功能是檢測熱、冷兩端溫度的差值，熱電偶熱節(jié)點溫度可在0C-1023.75C 范圍變化。冷端即安裝MAX6675的電路板周圍溫度，該溫度在-2

22、0C-85c范圍內(nèi)變化。 當冷端溫度波動時，MAX6675仍能精確檢測熱端的溫度變化。MAX6675是通過冷端補償檢測和校正周圍溫度變化的，該器件可將周圍溫度通過 內(nèi)部的溫度檢測二極管轉(zhuǎn)換為溫度補償電壓，為了產(chǎn)生實際熱電偶溫度測量值， MAX6675從熱電偶的輸出和檢測二極管的輸出測量電壓。該器件內(nèi)部電路將二極管電 壓和熱電偶電壓送到 ADC中轉(zhuǎn)換，以計算熱電偶的熱端溫度。當熱電偶的冷端與芯片 溫度相等時，MAX6675可獲得最佳的測量精度7。因此在實際測溫應用時，應盡量比 年在MAX6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因為這樣會造成冷端誤差。熱補償在測溫應用中，芯片自熱將降低MAX6675溫度測

23、量精度，誤差大小取決于MAX6675封裝的熱傳導性、安裝技術(shù)和通風效果。為降低芯片自熱引起的測量誤差， 可在布線時使用大面積接地技術(shù)提高 MAX6675溫度測量精度。噪聲補償MAX6675的測量精度對電源耦合噪聲較敏感，為降低電源噪聲影響，可在 MAX6675的電源引腳附近接入1支陶瓷旁路電容。熱電偶系統(tǒng)的測量精度可通過以下預防措施來提高：1、盡量采用不能從測量區(qū)域散熱的大截面導線；2、如必須用小截面導線，則只能應用在測量區(qū)域，并且在無溫度變化率區(qū)域用擴 展導線；3、避免受能拉緊導線的機械擠壓和振動；4、當熱電偶距離較遠時，應采用雙絞線作熱電偶連線；5、在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導線；6、避

24、免急劇溫度變化；7、在惡劣環(huán)境中，使用合適的保護套以保證熱電偶導線；8、僅在低溫和小變化率區(qū)域使用擴展導線；9、保持熱電偶的事件記錄和連續(xù)記錄。3.2溫度顯示單元電路所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個字符。目前市面上 字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。字符型 LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線 VCC（15腳）和地線GND（16腳），其控制原理與14腳的LCD完全一樣。HD44780 內(nèi)置了 DDRA

25、M、CGROM 和 CGRAM。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM , 用來寄存待顯示的字符代碼，共 80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應關(guān)系如表 3.1所示。表3.1屏幕與地址對應表顯示位置1234567,它40的讀寫DDRAM第一行00H01H02H03H04H05H06H,操作、27H屏幕和地址第二行40H41H42H43H44H45H46H,67H 光標的6 7H操作者K是通過指令編程來實現(xiàn)的。指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置指令2:光標復位，光標返回到地址 00H指令3:光標和顯示模式設置I/D:光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏 幕上所有文字是否左移或者右

26、移。高電平表示有效，低電平則無效指令4:顯示開關(guān)控制。D:控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平 表示關(guān)顯示；C:控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標；B:控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5:光標或顯示移位 S/C:高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標指令6:功能設置命令DL:高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N:低電 平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯 示5x10的點陣字符指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置指令8: DDRAM地址設置指令9:讀忙信號和光標地址 BF:為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能

27、接 收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10:寫數(shù)據(jù)指令11:讀數(shù)據(jù)3.3溫度控制電路溫度控制電路主要由蜂鳴器驅(qū)動電路、繼電器和單片機控制系統(tǒng)等組成3.3.1蜂鳴器驅(qū)動電路蜂鳴器的驅(qū)動電路設計及原理分析：壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、 壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 當接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.52.5kHz的音頻信號, 阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。以下介紹的幾種蜂鳴器驅(qū)動電路是針對單片機I/O 口的驅(qū)動電路，適用于現(xiàn)行的壓電式蜂鳴器。1、以一個9012三極管驅(qū)動P1.0 口方波，電路圖如圖3.3所示。GND圖3.3以一個9012三極

28、管驅(qū)動 P1.0 口方波2、雙端口驅(qū)動工作原理：BUZ1、BUZ2兩端口均接單片機的I/O 口或單片機的蜂鳴器驅(qū)動口BUZ1端口為“高頻口” （相對BUZ2而言），其脈沖電壓頻率一般為幾 KHz,具體頻率 依蜂鳴器需發(fā)出的音樂聲來調(diào)整；BUZ2端口為“低頻口”，其電壓周期相對較長一些， 一般為數(shù)十ms至數(shù)百ms。工作時，兩端口輸出電壓脈沖驅(qū)動三極管 Q2和Q3,當BUZ2 端口出現(xiàn)高電平時，三極管 Q3導通，+12V電壓經(jīng)Q4三極管給蜂鳴器提供工作電壓， 同時為電容E7充電；BUZ2端口電平變低時，Q3和Q4三極管均截止，+12V電壓被 隔離，此時已充滿電的電容 E7放電，為蜂鳴器工作提供能量

29、。蜂鳴器的工作狀態(tài)直接 由三極管Q2決定，當BUZ1端口出現(xiàn)高電平時，三極管 Q2導通，蜂鳴器工作，BUZ1 端口電平變低時，Q2三極管截止，蜂鳴器停止工作。蜂鳴器的通電頻率與內(nèi)部的諧振 頻率（固定）相互作用就產(chǎn)生我們所需的音樂聲。電路原理如圖3.4所示。3.3.2繼電器繼電器原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)通常應用于自動控制電 路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)” 。故在電路中起著 自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。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

30、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）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”。1、繼電器額定工作電壓的選擇繼電器額定工作電壓是繼電器最主要的一項技術(shù)參數(shù)。在使用繼電器時，應該首先 考慮所在電路（即繼電器線圈所在的電路）的工作電壓，繼電器的額定工作電

31、壓應等于所 在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬不能超過繼電器額定工作電壓，否則繼電器線圈容易燒毀。另外， 有些集成電路，例如 NE555電路是可以直接驅(qū)動繼電器工作的，而有些集成電路，例 如COMS電路輸出電流小，需要加一級晶體管放大電路方可驅(qū)動繼電器，這就應考慮 晶體管輸出電流應大于繼電器的額定工作電流。繼電器如圖3.5所示。圖3.5繼電器2、觸點負載的選擇觸點負載是指觸點的承受能力。繼電器的觸點在轉(zhuǎn)換時可承受一定的電壓和電流。 所以在使用繼電器時，應考慮加在觸點上的電壓和通過觸點的電流不能超過該繼電器的 觸點負載能力。例如，有

32、一繼電器的觸點負載為28V（DC）X10A,表明該繼電器觸點只能工作在直流電壓為28V的電路上，觸點電流為10A,超過28V或10A,會影響繼電 器正常使用，甚至燒毀觸點。3、繼電器線圈電源的選擇這是指繼電器線圈使用的是直流電（DC）還是交流電（AC）。通常，初學者在進行電子 制作活動中，都是采用電子線路，而電子線路往往采用直流電源供電，所以必須是采用 線圈是直流電壓的繼電器。3.3.3 STC89C51 單片機STC系列單片機是美國STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有 Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等模塊。該器件的基本功能與普 通的51單片機

33、完全兼容網(wǎng)。主要功能、性能參數(shù)：1、內(nèi)置標準51內(nèi)核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘；2、工作頻率范圍：040MHZ,相當于普通8051的080MHZ;3、STC89C5xRC 對應 Flash 空間：4KB8KB15KB;4、內(nèi)部存儲器(RAM) : 512B;5、定時器計數(shù)器：3個16位；6、通用異步通信口( UART) 1個；7、中斷源：8個；8、有ISP(在系統(tǒng)可編程)IAP(在應用可編程)，無需專用編程器 仿真器；9、通用 IO 口： 3236 個；10、 .工作電壓：3.85.5V;11、外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。STC89C51單片機的弓I

34、腳功能說明(1) VCC:電源電壓(2) GND:地(3) P0 口： P0 口是一組8位漏極開路型雙向I/O 口 ,也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。 作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個TTL邏輯門電路，對端口 P0寫“1” 時可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。(4)P1 口:P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸 收或輸出電流)4個TTE邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到 高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻

35、，某個引腳被外部 信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入 (P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX )9。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。表3.2 P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2 (定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入)，時鐘輸出P1.1T2EX （定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）（5） P2 口： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2的輸出緩沖級可驅(qū) 動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口 P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉

36、到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引 腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ILL） o在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指 令）時，P2 口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。（6） P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可 驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電 阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（ILL）。P3口除

37、了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 3.3所示。STC89C51單片機的引腳如圖3.6所示。PDIPPLCCINDEXCORNER(Edv)Edd n(n n二 dvhod n6 5 4 3 2 I 44 43424140Pl.6 t PL7匚 RST匚(KXD)P3.0 匚 NC匚(TXD)P3.1 匚(1NT01P32 匚(INTIJP33 c(T0)P3r4 c(Tl)P3 5 c012345IK 1920212223242526272S39SS3736353433323】3029 P0.4(AD4) =1 POLADS) =1 P0&AD6) =>

38、;PO.7(AD7)nNt-ALE/PROG =>PSEN P2.7(AI5)=>P2.6(A14)= P2,5(AI3)口 Kp< w ENd二 IV) “ WP-占 IV) 最V) g<l£v) 口 UZ Qzc口 一一V1X 口門MXPI O c PI.I c Pl,2 c PI 3 t PL4匚 Pl.5 匚 PI.6 匚 Pl.7 匚 RST c (RXD)PrO 匚 (TXD)Pll c (INTOJF3.2 c (TNT1)P3.3 匚 (T0)P3,4 匚 (T1)P3,5 匚 (WR)P3.6 匚 (RD)P5.7 匚 XTAL2 匚 XTA

39、LI cGND匚0 9 3 7 6-543210987 43333333 3 3 32226 5 4 3 2 12 2 2 2 2 2二 片 PO.O(ADO) PO.lfADl)=P0.2(AD2) P0.3(AD3)=Pfl,4(AD4)=> P0,5(AD5) P0.6(AD6)=i P0.7(AD7)=i EA/I3 ale. Frog3 PSEN=> P2.7(A15)=> P2.6(A14)=1 P2J(AB)口 P2.4(A2)口 P2,3(All)=> P2.2(AW)3 P2.l(A9)3 P2AAS)圖3.6 STC89C51單片機的引腳圖（7） R

40、ST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使 單片機復位。端口引腳表3.3 P3 口的第二功能第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2INT0 （外中斷0）P3.3INT1 （外中斷1）P3.4T0 （定時/計數(shù)0）P3.5T1 （定時/計數(shù)1）P3.6WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）（8） EA /vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H-FFFFH ）。EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程， 復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高

41、電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP,當然這必須是該器件 是使用12V編程電壓VCC。（9） XTAL1 :振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。（10） XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端。（11） 數(shù)據(jù)存儲器：STC89C51有256個字節(jié)的內(nèi)部 RAM,80H-FFH 高128個字節(jié)與特殊功能寄存器 （SFR）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但 在物理上它們是分開的10。當一條指令訪問7FH以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也 尋址方式?jīng)Q定

42、是訪問高128字節(jié)。RAM還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存 器。（12）中斷：STC89C51共有6個中斷向量：兩個外中斷（INT0和INT1）, 3個定時器中斷（定時 器0, 1,2）和用行口中斷。(13)時鐘振蕩器：STC89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。C2TFX1AL2XIAL1GND亞XTAL2外音6振蕩信號輸入XTAL1GND石英晶體時：Cl > C2=3DpF tlOpT陶編調(diào)振器：口，C2=4OPF 110pF(a)內(nèi)部振蕩電路(b)外部振蕩電路圖3.7振蕩

43、電路這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3.7 (a)圖所示。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容 C1、C2接在放 大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度 及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF 士 10pF,而如果使用陶瓷諧振器,建議選擇40pF ± l0pF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖3.7 (b)圖所示。這種情況下， 外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2

44、則懸空。由于外部 時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的， 所以對外部時鐘信號的占空 比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件 的要求11。word文檔 可自由復制編輯4電鍋爐溫度控制系統(tǒng)軟件設計溫度控制系統(tǒng)軟件在程序設計時采用了模塊化設計方法，將控制器所要完成的功能分別編寫和調(diào)試，所有模塊調(diào)t成功以后，將各個模塊連接，構(gòu)成單片機軟件系統(tǒng)。整個 系統(tǒng)由3部分組成：系統(tǒng)主程序、各功能子程序、中斷程序。系統(tǒng)主程序負責任務調(diào)度,子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)各個子功能，中斷程序負責處理系統(tǒng)的中斷事件。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖主程序在完成系統(tǒng)初始

45、化后，順序執(zhí)行各子模塊程序，而中斷發(fā)生時或預定義的時問到時（例如控制時間到），系統(tǒng)執(zhí)行中斷服務程序，處理完畢后程序回到中斷發(fā)生前的 狀態(tài)，主程序繼續(xù)執(zhí)行。系統(tǒng)上電或復位后，進入控制系統(tǒng)主程序。主程序是軟件設計 的中樞環(huán)節(jié)，是整個程序架構(gòu)的關(guān)鍵所在，從中也體現(xiàn)了程序設計模塊化的思想12 0在主程序中完成系統(tǒng)的初始化、按鍵處理、顯示處理、運行狀態(tài)分析、控制算法處理等功word文檔 可自由復制編輯5電鍋爐溫度控制系統(tǒng)仿真借助Protues 7.0對電路進行仿真。Protues軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分 析與實物仿真軟件。它運行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE

46、）各種模擬 器件和集成電路。Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此 在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。5.1電路仿真結(jié)果溫度過高時的仿真界面如圖5.1所示T!0300tW- GND- - TC2AL!016 H：932RL2.02R4EMME 珞A.,串弋BUZ2BUZZffiI P2 ：；F LED品國.saw =C1Hp! 10 uF .GNU圖5.1溫度過高時的仿真界面LHD1BLS855DFTIQZ1L 一in. 工 25 26 也 聯(lián)10

47、 u JJ1溫度過低時的仿真界面如圖5.2所示+45V：A,I Q2K-R4 .Ik- -ZT77tipLCD1GNDTC2 一LW1BLIJ3.1916A.l1k12Mhte - g舅學涯皿fiEEsaaEB 情網(wǎng)?7Hr-? mF -.iB,二；匹一、air至iz卸卸時Iror/AEDVAl W-IP0.1/AD1P0 2/AD2VTAI 9RQRAD3 ro.4/AD4P0.5/AD5RQ.6/AD6R0JZAD7K31FEW總K.lffQP22/AIDPEEN ALER2.3ZA11P2.5/A13tfl.R2.C/A14oh nmF3.IMRXD產(chǎn)1 W1工 PL1/T2EK P1J

48、!ni飛P3.IXTMD FSl/iW pj.j/IFTTTr 1 JrlP3.5/T1Pl .5PI E P1.7rgAJSR P3.7/m帕它->riLLia圖5.2溫度過低時的仿真界面T：0306flCL：310 H：422GMDb'lizzk6電鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計實物圖實物圖正面如圖6.1所示圖6.1電鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計實物圖（正面）實物圖反面如圖6.2所示。圖6.2電鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計實物圖（反面）結(jié)論該電鍋爐溫度控制系統(tǒng)由溫度檢測電路、溫度控制電路和顯示電路三部分組成。在 溫度檢測電路中，選用了符合測量溫度范圍要求的熱點偶溫度傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采 集，使用MAX6

49、675單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器對電壓信號進行放大，實現(xiàn)了對溫度的檢測 和信號的傳輸；在溫度控制電路中，通過單片機對所采集的數(shù)據(jù)進行處理后，在進行 相應的控制，從而實現(xiàn)對溫度的控制；在溫度顯示電路中，采用 LCD1602液晶顯示器 將處理的數(shù)據(jù)進行實時顯示。運用Protel99SE軟件繪制了單元電路以及總體電路圖；借助Protuse7.0仿真軟件對單元電路和總體電路進行了仿真虛擬實驗，實現(xiàn)了溫度的檢測、控制和顯示功能。致謝通過兩個多月的認真思考與分析，我最終完成了電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計，并最 終定稿，看著自己的勞動結(jié)晶，內(nèi)心充滿了感激，在此我要感謝我的指導老師吳老師對 我的悉心的指導，感謝老師給我

50、的幫助。在設計過程中，吳老師在百忙之中擠出休息時 間為我指點迷津，為我耐心講解，給我提供大量的資料和教我查閱資料的便捷方法，還 經(jīng)常為我提供各方面的幫助，為我排憂解難。在這次畢業(yè)設計中許多同學也為我加油、鼓勁，也使我們的同學關(guān)系更進一步，同 學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知 識，所以，在此，我向各位老師及同學們表示我最衷心的感謝！這段時間所經(jīng)歷的過程不僅僅是一個完成一篇畢業(yè)設計的過程，還是一個端正態(tài)度的過程，是總結(jié)大學四年的一個過程，是在踏入社會前的歷練過程，這個過程將使我受 益匪。參考文獻1郁有文等.傳感器原理及工程應用M.西安：西安電子科技大學出

51、版社，2003: 23-31.2胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學出版社，1997: 65-72.3松井邦彥.傳感器實用電路設計與制作M.北京：科學出版社，2005: 18-25.4陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材M.北京：清華大學出版社，2004:83-91.5劉君華.智能傳感器系統(tǒng)M.西安：西安電子科技大學出版社，1999: 127-138.6周月霞，孫傳友.DS18B20硬件連接及軟件編程J.傳感器世界，2001(2):13-19.李群芳.單片微型計算機與接口技術(shù)(第二版)M.北京：電子工業(yè)出版社， 2005: 46-52.8余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術(shù)M.西

52、安：西安電子科技大學出版社，2003: 59-73.9沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應用M.機械工業(yè)出版社，2002: 36-41.10王瓊.單片機原理及應用實踐教程M.合肥:合肥工業(yè)大學出版社，2005: 96-101.11John F. Wakerly DIGITAL DESIGN Principles& Practices(Third Edition)M.北京：高 等教育出版社,2001: 84-86.12LiuWei , ChenHexin, ZhangJunwei.Intelligent control and alarm system based on TC35iJ. Computer Science and Computational Technology2008(1): 80-83.GKDl/Q2RL2：附錄附錄A總電路圖2dD獨，22pFU2仙卜4 OhRST.i ',ALEP1JD/T2Pl.l/rSEXP1.2PI.3P1.4P1.4P1J6P1? LCD1T:00250cTC2L:0UD C H： 032° CTCK8ESS3B8&叩1AB5C51-25BUZ2 -LMO14l . S456D 人：I。11.ua .POWNO PD.I/j