单片机的锅炉报警系统.docx

XX大 学微 处 理 器 原 理 与 接 口 课 程 设 计设计题目： 单片机的锅炉报警系统学院：年级：专业：姓名：学号： 指导教师：电子工程学院年月日名目1 绪论11.1 背景资料11.2 锅炉系统的一般构造及工作原理11.3 系统简介22 设计原理及论证32.1 设计原理32.2 方案论证33 系统硬件设计43.1 单片机最小系统43.2 A/D 转换电路53.3 热敏电阻电路53.4 显示电路63.5 报警电路84 软件设计84.1 主程序流程图设计84.2 AD 转换及 LED 显示流程图95 相关程序106 结论13参考文献141. 绪论1.1 背景资料当今，环境与进展已成为人类社会面临的两大课题，而这些问题的解决无一不与能源亲热相关。我国的锅炉目前以煤为主要燃料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一。同时，锅炉燃用的主要是中、低质煤，工业污染格外严峻；而且锅炉形式比较陈旧，生产效率和自动化程度低，这又进一步加重了环境污染的程度。因此，调整能源消费构造，逐步提高使用液体燃料和气体燃料的比例是加强环境保护、实施可持续进展战略的措施之一。其中油、气燃料作为优质、高效、环保型清洁能源有着宽阔的应用前景。我国的锅炉生产自动化程度长期以来始终都较兴旺国家落后很多。目前运行的各行业的锅炉有 50 多万台，其中相当一局部还在使用常规仪表进展掌握，有的甚至还处在人工加常规仪表的半自动掌握状态。这样不仅难以做到平稳操作， 安全生产也没有确定的保证，人工的劳动强度大，生产条件差。工业锅炉现在仍旧是工业生产和生活上应用广泛的热能动力设备，假设能顺应进展将其智能化，不仅能节约人力物力，还能有效的防止事故的发生。1.2 锅炉系统的一般构造及工作原理锅炉是一种承受肯定工作压力的能量转换设备.其作用就是有效地把燃料中的化学能转换为热能，或再通过相应设备将热能转化为其它生产和生活所需的能量形式，长期以来在生产和居民生活中都起很重要的作用。锅炉是工业过程中不行缺少的动力设备，锅炉的任务是依据外界负荷的变化， 输送肯定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反响、枯燥等过程供给热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。锅炉是由“锅”和“炉”两局部组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图1-1 所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调整阀2、给水母管 1 及蒸汽母管 6 等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸取烟气的热量，使温度上升到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在1水冷壁管中吸取炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的状况下，一局部蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分别成水和汽，水和给水一起再进入下降管参与循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温到达规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。52348燃料燃烧室7空气61图 1-1 锅炉的汽水系统“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中吸取烟气热量，成为热空气后，与燃料按肯定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过过热器，形成肯定的过热蒸汽，集合到蒸汽母管。具有肯定压力的过热蒸汽，经过负荷设备调整阀供负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，其中含有大量余热，除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还预热锅炉给水和空气，最终经烟囱排入大气。1.3 系统简介单片机是现当今格外有用的操控系统，很多的智能化掌握都可以用其实现。单片机由 CPU、存储器、输入、输出等部件组成，相当于一台微型计算机。随着技术的进步它的性能不断提高和完善，具有体积小、速度快、功耗低、工作稳定、抗干扰力量强的特点。为了实现对锅炉的温度监测和报警本文介绍了一种以单片机 i80c31 为核心的掌握模块，ADC0809 模数转换器，并结合数码管、报警电路为一体的锅炉监控系统。将热敏电阻传感器采集到的模拟量传给 ADC0809 进展模数转换，再传给单片机进展掌握，实现温度显示和报警。2. 设计原理及论证2.1 设计原理利用 51 单片机作为主掌握器，将热敏电阻组成的传感器采集到的数据经过ADC0809 进展转换，转换后的结果发送给单片机，单片机依据接收到的数据首先进展 LED 显示，然后推断此温度值与事先设定的锅炉温度上下限度的大小关系， 假设低于下限黄灯亮，假设高于上限值绿灯亮，正常则无变化。整体框图如下：温度传感器LED 显示单片机A/DLED 灯报警2.2 方案论证单片机应用在检测、掌握领域中具有如下特点，单片机具有体积小、重量轻、功能强、功耗低、运行速度快、抗干扰力量强、性价比高、牢靠性高等特点，构造敏捷，数据根本上都在单片机内部传送，易于组成各种微机应用系统。它既可用于工业自动掌握等场合，又可用于机电一体化产品、智能仪器、测量仪器、医疗仪器、家用电器等领域，在过程掌握、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。A/D 转换器是用来通过肯定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D 转换前，输入到 A/D 转换器的输入信号必需经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D 转换后，输出的数字信号可以有 8 位、10 位、12 位和 16 位等。以上两个方面就可以看出设计的方案的主要局部理论是可以实现的，并且依据现在的热门进展方向用单片机制作有很多的优势和便利，所用到的 ADC0809 也是极其普遍常用的模块，由于本设计并不需要太高的精度，不必使用位数更高的 AD 来进展设计。3. 系统硬件设计3.1 单片机最小系统该设计中除了热敏电阻电路其余电路均由试验台供给，试验台上供给了 51 单片机的最小系统并做了相关设定。1、微处理器：i80c31，它的 P1 口、P3 口皆对用户开放，供用户使用。2、时钟频率：6.0MHz3、存储器：程序存储器与数据存储器统一编址，最多可达 64k，板载 ROM(监控程序 27C256)12k；RAM1(程序存储器 6264)8k 供用户下载试验程序， 可扩展达 32k；RAM2(数据存储器 6264)8k 供用户程序使用，可扩展达 32k。(RAM 程序存储器与数据存储器不行同时扩至 32k，具体与厂家联系)。见图 1-1：存储器组织图。在程序存储器中，0000H-2FFFH 为监控程序存储器区，用户不行用，4000H-5FFFH 为用户试验程序存储区，供用户下载试验程序。数据存储器的范围为： 6000H7FFFH，供用户试验程序使用。留意：因用户试验程序区位于 4000H5FFFH，用户在编写试验程序时要留意，程序的起始地址应为 4000H，所用的中断入口地址均应在原地址的根底上，加上4000H。例如：外部中断 0 的原中断入口为 0003H，用户试验程序的外部中断 0 的中断程序入口为 4003H。中断名称8051 原中断程序入口用户试验程序响应程序入口外中断 00003H4003H定时器 0 中断000BH400BH外中断 10013H4013H定时器 1 中断001BH401BH串行口中断0023H4023H 表 1-1：用户中断程序入口表利用这些供给的根本硬件电路就可以进展相关的设计。3.2 A/D 转换电路电路原理：八路八位 A/D 试验电路由一片 ADC0809，一片 74LS04，一片 74LS32 组成，该电路中，ADIN0ADIN7 是 ADC0809 的模拟量输入插孔，CS0809 是 0809 的AD 启动和片选的输入插孔，EOC 是 0809 转换完毕标志，高电平表示转换完毕。齐纳二极管 LM336-5 供给 5V 的参考电源，ADC0809 的参考电压，数据总线输出， 通道掌握线均已接好。由于本设计只需要一个模拟输入量，规定运用 IN0 口，在设计时将片选信号CS0809 接 CS0 口，转换完毕标志位 EOC 接 INT0，然后通过编程进展掌握，以下图为试验台 AD0809 模数转换局部。3.3 热敏电阻电路热敏电阻为一种阻值随温度变化的电阻，按其变化关系可分为两类：正温度系数简称PTC和负温度系数简称NTC。PTC 元件的阻值随温度的上升而上升，NTC 元件的阻值随温度的上升而下降。本模块中使用的为 NTC 型热敏电阻, 在常温(25)下其阻值为 10K。通过热敏电阻的电阻随着温度变化的特点，再通过公式计算可以得出电压和温度变化的关系，再将得到的电压值送给 AD 转换为八位二进制数，再通过公式转换为温度值给显示电路显示。其电路如下：5图中 J1、J2、J3 分别对应于模块上的 V1、Vzero、Vout 插孔，R3 对应与 ZERO 电位器，用于偏置电压调整；R9 对应于 GAIN 电位器，用于增益调整。使用时，可先将电路增益调整为 1，具体做法如下：调整 ZERO 电位器，使Vzero 为0V，用万用表分别测量V1、VOUT 端电压，调整GAIN 电位器，使V1=Vzero，此时电路增益为 1。这样输出的电压就可以直接带入计算公式算出相应温度。3.4 显示电路单片机应用系统最常用的显示器是 LED发光二极管显示器和 LCD液晶显示器，这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态，它们的驱动电路简洁、易于实现且价格低廉，因此，得到广泛应用。常用的 LED 显示器有 LED 状态显示器俗称发光二极管、LED 七段显示器俗称数码管和 LED 十六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED 十六段显示器用于字符显示。由于本系统中没有显示字符，故而选择数码管就可以满足要求了。本系统选用数码管来显示锅炉的运行是否正常。数码管，简称LED(LightEmitting Diode)，LED有七段和八段之分，也有共阴极和共阳极两种。共阴极LED 显示块与发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电寻常。发光二极管点亮，相应段被显示。同样共阳板LED显示块的发光二极管的阳极连在一起，通常此公共阳极接正电压。当某个发光二极管的阴极接低电寻常，发光二极管被点亮，相应的段被显示。两个显示块都有SP显示段， 用于显示小数点。6显示电路分为静态显示和动态显示，静态显示是指数码管显示某一字符时， 相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立， 公共端恒定接地共阴极或接正电源共阳极。每个数码管的 8 个字段分别与一个 8 位 I/O 口地址相连，I/O 口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到 I/O 口输出的段码。动态显示是一位一位地轮番点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8 位的 I/O 口掌握；各位的位选线公共阴极或阳极由另外的 I/O 口线掌握。动态方式显示时，各数码管分时轮番选通，要使其稳定显示必需承受扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。承受动态显示方式比较节约 I/O 口，硬件电路也较静态显示方式简洁，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU 要依次扫描，占用CPU 较多的时间。本设计用的是动态显示接口。动态显示需要单片机定时地对显示器进展扫描，一位一位地轮番点亮各位显示器。这种方法种，显示器分时工作，每次只能有一个器件显示，由于人眼的视觉暂留，所以看起来似乎全部的器件同时在显示。在试验台上的 LED 数码管是六位的和位驱动电路及端输入电路组成，承受动7态扫描方式。其电路图如下：3.5 报警电路在温度超过规定上下限时会有相应的报警，依据实际环境本设计设定下限值为10 摄氏度，上限为 28 摄氏度，当温度低于 10 摄氏度时黄灯亮，当温度高于 28 摄氏度时红灯亮。电路只需要将 P1 口与 8 个 LED 灯连接起来通过程序点亮不同状况下的相应灯即可。4. 软件设计4.1 主程序流程图设计开头YAD 值是否越黄灯下界报警各个模块初始化AD 信号采集处理红灯NLED 显示报警YAD 值是否越上界8主程序的设计从初始化各个模块开头，然后通过 AD0809 完成对信号的采集与处理，将模拟信号变为数字信号以后，所采集的信号输入单片机，通过单片机推断所采集的数据和预设的数据相比较，看是否所采集的数据超过了预设的数据， 假设超出预设数据，则程序直接跳入报警电路，假设没有越界则在数码管上循环显示。4.2 AD 转换及 LED 显示流程图开头启动通道 0通道号 00 送 R4从 R1,R2,R3 中取转换结果，前半字节分别送 50，52，54H，后半字节送52,53,55H 单元开中断关中断等待写显示缓冲器 RAM 命令字启动通道 1显示单元首址 50H 送 R0通道号 01 送 R4从显码表中取相应的段显码开中断段显码输出等待启动通道 2R0 指向下一个显示单元通道02 送R4R7 计数值减一，等于 0？开中断延时等待10通过以上的程序流程图设计 AD 转换程序，可以将电压值转换为二进制数，在实际操作中觉察 AD 采样会由于干扰而产生误差导致温度产生误差，可以通过屡次采样来推断到底是干扰还是正确值。最终可以在数码管上看到测量温度。5. 相关程序依据所学学问设计中相应的程序利用汇编语言编写。AD0809IN0 EQU 0CFA0H;ADC0809 的 CS 信号，选中 IN0 CON8279 EQU 0CFE9H;8279 掌握口地址DATA8279 EQU 0CFE8H;8279 数据口地址ORG 0000HLJMP START0 ORG 0100HSTART0:MOV DPTR,#CON8279;8279 命令口地址MOV A,#0D1H;清显示命令字MOVX DPTR,AWAIT:MOVX A,DPTR JB ACC.7,WAITSTART:MOV DPTR,#AD0809IN0;启动通道 0 MOVX DPTR,AMOV R6,#0FFHLOOP1:DJNZ R6,LOOP1;等待转换结果MOVX A,DPTRMOV R1,AL0:MOV A,R1 SUBB A,#54H JNC L1MOV R2,#0AH MOV R3,#03BH MOV R4,#19HMOV 50H,#01H;10 摄氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#00H LCALL JIA LCALL CL LJMP LOOPL1:MOV A,R1 SUBB A,#6FH JNC L2MOV R2,#09H MOV R3,#054H MOV R4,#19H MOV 50H,#02H MOV 51H,#00HMOV R7,#01HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL2:MOV A,R1SUBB A,#7DHJNC L3MOV R2,#05HMOV R3,#06FHMOV R4,#0DHMOV 50H,#02H;25 摄氏度MOV 51H,#05HMOV R7,#02HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL3:MOV A,R1SUBB A,#8AHJNC L4MOV R2,#05HMOV R3,#7DHMOV R4,#0EHMOV 50H,#03H;30 摄氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#02HLCALL JIAMOV A,50H;假设是 20 几度要加 5 摄氏度SUBB A,#03HJNC TECLR CMOV A,51HADD A,#05HMOV 51H,ATE:LCALL CLLJMP LOOPL4:MOV A,R1SUBB A,#0A3HMOV R2,#0AHMOV R3,#8AHMOV R4,#19HMOV 50H,#04H;40 摄氏度1MOV 51H,#00H MOV R7,#03H LCALL JIA LCALL CLLJMP LOOPLOOP:MOV DPTR,#CON8279;写显示 RAM 命令字MOV A,#90H;选中 LEDMOVX DPTR,AMOV R0,#50H;存放转换结果地址初值送 R0MOV R1,#02H;保证 50，51H 中数据都显示MOV DPTR,#DATA8279;8279 数据口地址DL0:MOV A,R0ACALL TABLE;转换为显码MOVX DPTR,A;送显码输出INC R0DJNZ R1,DL0 LCALL DEL1 LJMP STARTDEL1:MOV R6,#255;延时一段时间使显示稳定DEL2:MOV R5,#255DEL3:DJNZ R5,DEL3 DJNZ R6,DEL2RETCL:MOV A,50H;报警程序MOV R0,#51HSWAP AORL A,R0;将模拟量凹凸位结合C0:CJNE A,#16,C1LCALL CHAJMP CENDLC1:DEC AJNZ C0SETB P1.1;小于 10 摄氏度CLRP1.0CENDL:NOPRETCH:MOV A,50HMOV R0,#51HSWAP AORL A,R0C2:CJNE A,#48,C3SETB P1.0;大于 30 摄氏度AJMP CENDHC3:DEC A15CJNE A,#0AH,C2CLR P1.0;正常范围CENDH:CLR P1.1 RETJIA: CLR C;模拟量转换为温度值MOV A,R1SUBB A,R3 MOV B,R2 MUL AB MOV B,R4 DIV ABMOV 52H,R2 CJNE A,52H,L CLR CLJMP HL:MOV 50H,R7 MOV 51H,AH:RETTABLE: INC AMOVC A,A+PC RETDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FHEND6. 结论在本次设计中充分感受到利用单片机进展设计的优点：（1） 智能化设计，能够对温度进展较准确地掌握；（2） 掌握电路简洁易懂；（3） 附加其它功能简洁、便利；（4） 经济。现在随着技术的进步越来越多生活中的和工业上的东西变得智能化，这不仅节约人力物力而且对于有危急性的设备能大大降低维护工人的操作风险。这次的锅炉温度监测对于工业格外有用，假设还像原来一样单纯用人工测量，不仅铺张了大量的人力物力，还伴随着危急性。只是用很小的单片机就能大大改善这些缺点，本钱也很低廉。信任在以后会有更多的东西趋于智能化，单片机的运用也会更加广泛。这个设计还有很多可以改善的地方，比方参加键盘使之可以便利的调整自由设定温度上下限，同时可以参加锅炉压力，水位等等的测量，让这个系统更加多样化。由于时间关系，条件限制和力量有限没能添加更好的设计思想。这个设计让我觉察了自身的缺乏，同时提示了我还有很多东西需要去学习。参考文献1 胡汉才.单片机原理及接口技术M.北京:清华大学出版社, 2023.2 马忠梅.单片机C 语言Windows 环境编程宝典M.北京:北京航空航天大学出版社, 2023.3 康华光.电子技术根底数字局部.高等教育出版社,2023.4 李广弟,朱月秀.单片机根底第 3 版.北京航空航天大学出版社,2023.5 周立功.单片机系统设计与实践.北京航空航天大学出版社,2023.6 张伟.单片机原理及应用.机械工业出版社,2023.7 阎石.数字电子技术根底.高等教育出版社，1998.