毕业设计论文锅炉水位控制器Word文档格式.docx
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3.显示水位LED光柱
4.水位上水,风机起停
5.水位报警
毕业设计成绩
教师评阅成绩
指导老师认定成绩
小组答辩成绩
答辩成绩
答辩委员会评定成绩
答辩委员会主任(签名)
摘要
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。
本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术,以8951单片机为核心控制的水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能。
该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。
本文还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图,并编制了该汇编语言程序。
关键词:
单片机水位控制报警
Abstract
Inrecentyearsalongwiththecomputerinthesocialdomain'
sseepage,monolithicintegratedcircuit'
sapplicationwasmovingtowardunceasinglythoroughly,simultaneouslyledthetraditionalcontrolexaminationdatecrecentmoonprofitrenewal.Inthereal-timeexaminationandinautomaticcontrol'
smonolithicintegratedcircuitapplicationsystem,themonolithicintegratedcircuitoftenistakesacoreparttouse,onlythemonolithicintegratedcircuitaspectknowledgeisinsufficient,butshouldalsoactaccordingtotheconcretehardwarearchitecture,aswellasinviewoftheconcreteapplicationobjectcharacteristic'
ssoftwareunion,makestheconsummation.Thismonolithicintegratedcircuitsystemdesign'
sgoalappliesthemonolithicintegratedcircuitcontroltechnology,take8951monolithicintegratedcircuitsasthecorecontrol'
swatertank'
swaterlevel,andhasrealizedthewarningandmanual,theautomaticcutoverfunction.Thissystemoperationisconvenient,theperformanceisgood,comparedwithmeetsthepowerplantproductionwatersupplysystemscontrolneed.Thisarticledetailedhasalsogiventherelatedhardwarediagramandthesoftwareflowchart,andhasestablishedthisassemblylanguageprocedure.
Keyword:
MonolithicintegratedcircuitWaterlevelControlWarning
毕业设计任务书………………………………………………………………………..1
摘要………………………………………………………..……….….……..…...…..2
绪论……………………………………………………………………………………3
第1章锅炉水位控制器的总体设计…………………………………………………4
1.1锅炉控制器的总体考虑…………………………………………………………4
1.2锅炉控制器的总体方案…………………………………………………………5
第2章单片机的说明…………………………………………………………………7
2.18951单片机简介…………………………………………………………………7
2.2引脚及其功能……………………………………………………………………7
第3章硬件设计………………………………………………………………………11
3.1水箱给水设备系统的构成………………………………………………………11
3.2温度的控制………………………………………………………………………12
3.3数码管显示电路的设计…………………………………………………………14
3.4指示灯的设计……………………………………………………………………22
3.5报警电路…………………………………………………………………………23
3.6风机调速路………………………………………………………………………24
第4章系统介绍………………………………………………………………………26
………………………………………………………26
本系统的工作原理…………………………………………………………………26
…………………………………………………………………………27
……………………………………………………………………30
第5章系统的优点……………………………………………………………………33
结论……………………………………………………………………………………33
致谢……………………………………………………………………………………34
参考文献………………………………………………………………………………34
绪论
长期以来,在各种水位控制系统中,采用的是利用浮球来控制触点的吸合,其触点易损坏,稳定性差,故障多,寿命短,功能单一,不安全,给生产和生活带来极大的安全隐患,且安装造价高,费时费工,适用范围有限。
改革开放以来,我国的经济建设及小城镇建设迅猛发展,企业生产自动化程度大大提高,人们的生活水平迈入小康,对家庭用水质量的提高,尤其是对家庭生活的质量有着更高的要求,必然需求高品质、安全可靠性好的产品。
随着我国经济的迅速发展,人们对工作和生活的条件及质量追求越来越高,在水位控制系统中,要求有关设备安全可靠,并能多功能全自动的运行。
为此,经多年研制出了一种优良的多性能、自动的水位控制器。
经一些工厂、单位和家庭长期使用效果很好。
市场前景应用于城市、农村、学校、工矿企事业单位及家庭的供水工程和排水工程,亦适用于太阳能热水器、锅炉及有关循环用水的设备等水箱的水位自动控制及报警。
第1章锅炉水位控制器的总体设计
根据对该控制装置的控制要求,它应需要具备以下几部分电路。
1.1.1单片机控制核心
为了完成对温度的监视、显示和输出,且确保锅炉运行的安全,防止发生温度超限导致锅炉爆炸,本系统采用单片机结构做为控制器的控制核心。
其中一个单片机负责正常的锅炉运转。
TC620可有用户自己控制上、下限控制温度。
当高于上限温度或低于下限温度时,可输出逻辑控制信号,有的还具有温度测量功能。
外围元件少,成本低,可靠性好。
抗静电能力强。
显示部分要求使用2排LED数码管,上排显示测量温度,下排显示设定温度。
设定参数时上排为设定值,下排显示设定参数代号。
在此采用2片Philips公司的SAA1064LED数码管驱动器件(每片驱动4个数码管)。
SAA1064通过I2C接口与89s52接口连接,接收89s52送来的显示数据。
另设6只LED发光管指示锅炉的工作状态(风机、煤机、水泵、循环、超载、超温、温差)。
每只LED发光管由2N5551三极管驱动,三极管由Philips公司生产的I2C接口I/O扩展器PCF8574控制。
PCF8574具有8路I/O接口,数据传输采用I2C接口总线,便于与PIC16F877连接,节省I/O口线。
该设备的操作通过4只按键进行,包括“选择”键、“增加”键、“减少”键和“确认”键。
通过“选择”键可选择不同的参数设定功能(在下排LED数码管显示F1~F11)。
每一功能显示状态下,通过“增加”、“减少”键可修改参数值,但并不记忆,只有按“确认”键后,设定参数方存入EEPROM中。
通过反复按“选择”键,可在正常显示及各设定状态之间转换。
4只按键与RB1、RB2、RB3、RB4单片机I/O口连接,通过读取相应端口可知是否有键按下,从而进行相应操作。
本系统设有风机运行指示灯、水泵运行指示灯、超载指示灯、超温指示灯、循环定时
本系统通过单片机控制一个I/O端口的输出电平的高低的时间长短来控制风机的风速。
从而实现了调速的目的。
由NE555芯片及阻、容器件组成约1000Hz的振荡电路直接驱动扬声器,由单片机控制振荡电路的振荡与否。
综合以上考虑,确定出燃煤锅炉控制器的总体结构框图如图1-1
图1-1锅炉控制器结构框图
第2章单片机的说明
2.18051单片机的说明
8051单片机的介绍
目前,8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。
89S52是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。
每一个单片机包括:
一个8位的微型处理器CPU;
一个256B的片内数据存储器RAM;
片内程序存储器ROM;
四个8位并行的I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入,也可以输出;
两个定时器/记数器;
五个中断源的中断控制系统;
一个全双工UART的串行I/O口;
片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。
最高允许振荡频率是12MHZ。
以上各个部分通过内部总线相连接。
40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。
电源引脚Vcc和Vss
Vcc(40脚):
接+5V电源正端;
Vss(20脚):
接+5V电源正端。
外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚):
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;
对于CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号
的输入端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在单片机内部,接至片内振荡器的反
相放大器的输出端。
当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。
2.2.3输入/输出(I/O)引脚P0口、P1口、P2口及P3口
(A).P0口(39脚~22脚):
P~P统称为P0口。
当不接外部存储器与不扩展I/O接口时,它可作为准双向8位输入/输出接口。
当接有外部程序存储器或扩
展I/O口时,P0口为地址/数据分时复用口。
它分时提供8位双向数据总线。
对于片内含有EPROM的单片机,当EPROM编程时,从P0口输入指令字节,而当检验程序时,则输出指令字节。
(B).P1口(1脚~8脚):
P1.0~P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。
对于MCS—52子系列单片机,P和P1.1还有第2功能:
P口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;
P用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P0口接收输入的低8位地址。
(C).P2口(21脚~28脚):
P2.0~P统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时,P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P2口接收输入的8位地址。
(D).P3口(10脚~17脚):
P~P统称为P3口。
它为双功能口,可以作为一般的准双向I/O接口,也可以将每1位用于第2功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。
P3口的第2功能见下表2-1
引脚
第2功能
RXD(串行口输入端0)
TXD(串行口输出端)
INT0(部中断0请求输入端,低电平有效)
INT1(中断1请求输入端,低电平有效)
T0(时器/计数器0计数脉冲端)
T1(时器/计数器1数脉冲端)
WR(部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效)
RD(部数据存储器读选通信号输出端,低电平有效)
综上所述,MCS—51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点:
1).单片机功能多,引脚数少,因而许多引脚具有第2功能;
2).单片机对外呈3总线形式,由P2、P0口组成16位地址总线;
由P0口分时复用作为数据总线。
附:
89s52的管脚如图
图2-189s52的管脚
第3章硬件的设计
箱给水设备系统的构成
由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成,其系统结构如图:
图3-1水箱系统结构图
其中M1、M2为给水泵机组,LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关,当水位高(大于90开度)时,LG闭合,当水位低(小于75开度)时,LD闭合,当水位低低(小于50开度)时,LDD闭合。
水箱的控制器由8051系统构成。
为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响,输入输出均采用光电隔离。
输出通过继电器,控制水泵机组的起停和报警其
电路图如下:
图3-2
给水泵电机主控回路图如下:
图3-3水泵电机主控回路
TC620这种温度控制器有以下特点;
1.可有用户自己控制上,下限控制温度
2.当高于上限温度或低于下限温度时,可输出逻辑控制信号,有的还具有温度测量功能。
3.外围元件少,成本低,可靠性好。
TC620温度传感器
图3-4是温度传感器的工作原理,它主要有一个PTC热敏电阻式温度传感器,两个运算放大器A1,A2,一个电压比较器A3和基准电压等组成。
内设的PTC热敏电阻接在A1的反相端,外接一个电阻可设定温度的上或下限,叫做设定电阻。
基准电压电路产生1.2V基准电压作为A1和A2的偏置电压。
根据电路原理可知,如果两个运算放大器A1,A2完全一样,反馈电阻Rf1和Rf2相等,热敏电阻RT和设定电阻RS相等时,则两个放大器输出一样。
当温度低于设定的温度时,热敏电阻RT的阻值变小,此时RS>
RT,流经RT上的电流增大,在RF1上的压降也相对增大,则运放A1的输出电压减小,而运放A2的输出电压不变,比较A3输出电压是低电平,当温度高于设定温度时,热敏电阻RT的阻值增大,此时RS<
RT,则运放A1的输出电压大于运放A2的输出电压,比较器A3输出为高电平。
这样便可根据需要,利用比较器输出电位变化对温度进行控制或报警。
图3-4温度传感器的工作原理图
TC620型温度控制器的的结构框图3-5所示,运放A1,A2和比较器A3低于温度下陷报警输出Vout1。
运放A2,A4和比较器A5组成高于上限报警输出Vout2.比较器A3输出的信号经反相器反相后与比较器A5输出信号Vout2一起输入Rs触发器,由触发器Q端或Q非端输出温度控制信号,图中Rsl下限温度设定电阻,Rsh为上限温度设定电阻。
芯片内设的PTC热敏电阻RT的温度特性如图3-6所示。
可利用该特性曲线在设定好上下限温度后,从曲线上查找出相应的RSL和RSH。
3-5TC620型温度控制器的的结构框图
图3-6TC620内设热敏电阻温度特性曲线
TC620温度控制器根据型号的不同,其工作温度范围不同,表3-1给出了我们这些参数。
表3-1
型号
工作温度范围
封装形式
TC620*COA
TC620*EOA
TC620*VOA
TC620*CPA
TC620*EPA
0~70
-40~85
-40~125
SOIC
DIP
TC620温度控制器的典型应用电路见图3-7所示,其中VD1为低于设定温度报警指示灯,VD2为高于设定温度报警指示灯,它们之间的温度控制若设定为2-3度。
可以防止继电器因频繁工作而损坏,继电器用来控制加热系统。
图3-7TC典型应用电路
3.3数码管显示电路
由于显示键盘部分采用8只数码管、7只LED发光二极管指示灯、4只按键,对于这样一种具体应用,如果采用并行接口连接或单片机直接驱动,都将需要大量的单片机I/O口线,为此采用了I2C总线I/O扩展芯片PCF8574和LED驱动芯片SAA1064,这种方式既发挥了PIC16F877具有I2C总线接口的优点,又使得电路的连接变得十分简洁。
SAA1064是PHILIPS公司生产的带I2C总线接口的4位LED驱动器,为双极型电路。
该电路是特别为驱动4位带有小数点的七段显示器而设计的,通过多路开关可对两个2位显示器进行切换显示。
该器件内部带有I2C总线从发送接收器,可以通过地址引脚ADR的输入电平编程为4个不同的从器件地址。
该芯片的SCL、SDA引出引脚可直接与单品机的两个输出/输入引脚相连,完成单片机对SAA1064的加载。
SAA1064对输入的显示数据所存,利用其内部的多路开分时扫描驱动LED数码管显示。
SAA1064LED数码管的最高电压可达15V,最大电流可达21mA,且该输出电流可程控,以适应不同的显示亮度。
其I2C总线的器件地址为0111。
LED数码驱动器SAA1064内部结构如图3-8,外部引脚及其说明图3.3.2,其封装形式为双列直插式封装。
图3-8SAA1064内部结构
SAA1064采用24脚DIP和SOT两种封装形式,下图所示为24脚DIP封装的引脚排列。
各主要引脚的功能如下:
ADR模拟输入电压寻址端;
CEXT内部振荡器电容输入端,典型值为2.7nF;
MX1多路选择开关输出1;
MX2多路选择开关输出2;
P1~P8段数据输出口1;
P9~P16段数据输出口2;
SDAI2C串行数据线;
SCLI2C串行时钟线;
VEE地线;
Vcc电源,可为4.5V~15V
图3-9SAA1064外部引脚接线图
3.3.2LED数码驱动器SAA1064工作原理和使用说明
(1)模拟输入电压寻址端ADR的用法
SAA1064通过ADR脚输入不同的模拟电压,以确定其不同的器件地址。
这一是有别于其他数字集成电路地址信号的接法。
SAA1064规定输入该脚的电压值VEE、3/8VCC、5/8VCC和VCC,分别对应于16进制地址70H、72H、74H、76H(写操作时)和71H、73H、75H和77H(读操作时),其他地址不为该器件所响应因此在同一I2C总线上最多可并联四片SAA1064。
下表3-2是ADR引脚电平与引脚地址的关系表。
表3-2
引脚地址
ADR引电平范围
读/写操作从地址
A1
A0
min
typ
max
(01110A1A0R/W)
VEE
3/16
Vcc
70H/71H
1
5/16
3/8
7/16
72H/73H
9/16
5/8
11/16
74H/75H
13/16
76H/77H
ADR引脚电平与引脚地址的关系表
(2)时钟频率外部电容输入端
CEXT为外部控制输入端,当工作于两路复用显示方式时,该端外接一只电容器,可使内部多路转换的振荡器工作,用以决定扫描频率;
当工作于静态显示方式时,因为不需要振荡器工作,该输入端接VEE或VDD或开路。
(3)LED亮度控制
SAA1064供给数码管的显示电流来自片内程控电流源。
该程控位由控制字节中D6、D5和D4位状态决定。
由于占了3个控制位,故该电源有8种电流输出,用于控制P1—P16段输出脚上的LED数码管的亮度。
(4)双路复用输出
动态显示方式时,MX1和MX2为复用控制输出端,用以切换两对数码管轮流显示。
该轮流导通的频率由CEXT端的电容器大小决定,电路原理图如图6,SAA1064的SCL、SDA分别与PIC16CF877的RC3、RC4相连,且经上拉电阻接到+5V,而SAA1064的Vcc和数码管的供电电压相同。
根据数码管要求的电压决定该电压大小,但最高不能超过+15V。
图中数码管要求电压为+5V,数码管必须为共阳接法。
静态显示方式时,一片SAA1064只能驱动两只LED数码管,此时MX1为高电平,MX2为低电平,空着不用。
(5)SDA、SCL
SDA、SCL分别为I2C总线的数据线和时钟线。
为防止这些引脚上出现过压
脉冲,应接一个稳压管(5.5V)至VEE,即正常的线电压不应超过5.5V。
正常情况下,数据在响应位的时钟上跳变锁存。
(6)上电复位上电复位信号是在SAA1064芯片的内部产生的,该信号能使内部各位清0而显示全暗,此时只有掉电标志置位。
(7)段数据输出端P1~P16是吸收电流可控的段数据输出端,可用相应的数字位控制其导通,并由C4、C5、C6控制位控制其电流的大小。
3、LED数码驱动器SAA1064通信模式
主器件CPU通过I2C总线对SAA1064进行读或写,读/写方式中I2C总线上的信息传送格式下:
SAA1064与主机之间的通信方式有两种模式:
主发送从接收模式和主接收从发送模式。
(1)主发送从接收模式(写方式)
主发送从接收模式的数据桢格式如下所示。
图中,S为起始位,A为从机应答位,P为停止位。
主发送从接收模式数据珍格式
其他位说明如下:
1SLAW位从机地址和写操作字节,格式如表3-3所示。
其中A1和A0是芯片地址位,对应ADR引脚上用不同的模拟电平输入表示的2位引脚地址,用以区分多片扩展系统中的不同SAA1064芯片。
2SUBADR为片内子地址字节,
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