基于单片机的锅炉温度水位控制系统设计.pptVIP

电加热锅炉温度水位控制系统设计 学生姓名：张驰 电热锅炉温度水位控制系统设计 纲要 1.电加热锅炉研究的意义 2.设计目标和控制方案选择 3.系统的硬件设计 4.系统的软件设计 5.系统仿真 6.结论 交流电机的负荷分配 意义： 电加热锅炉采用全新加热方式，无污染，完全可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉具有以下特点： ◇无污染。 ◇能量转化效率高。 ◇锅炉本体结构简单，安全性好。 ◇可采用计算机监控，完全实现自动化。 设计目标和控制方案选择 设计目标： 利用AT89S51单片机设计一套功能简单、使用方便、价格低廉的温度和水位控制系统。系统应该具备实时显示温度的功能和温度设置功能。要求恒温温度控制的范围在0°C ~100°C，连续可调，测量误差=1°C。且具有水位过高过低报警、高低水位控制功能。 交流电机的负荷分配 系统控制方案的选择： 由于电加热锅炉是一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，用传统的控制理论和方法很难达到很好的控制效果，因此选择PID控制进行温度控制。 液位控制需要能实现过高过低水位报警，因此选用简单易行的电接点水位计。 系统的结构框图： 交流电机的负荷分配 系统工作原理： 在温控部分，选用89S51单片机为中央处理器，通过DS18B20温度传感器进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并进行PID处理，然后驱动固态继电器的通断，控制加热电阻的导通周期数，实现对温度的控制。 在水位控制部分，当水位到达对应水位时，水位电极会将信号送入单片机，然后单片机会做出相应的动作。 交流电机的负荷分配 DS18B20简介 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型温度传感器，DS18B20的性能特点如下： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围3.0-5.5V； 温度以9或12位数字读出； 用户可以定义报警设置； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作而已。 交流电机的负荷分配 功率驱动部分： 本系统功率驱动部分采用单片机控制的固态继电器控温电路，其波形为完整的正弦波，对热惯性较大的被控对象，是一种稳定、可靠、较合理的控制方法，因而本系统采用过零触发方法 。 交流电机的负荷分配 水位检测电路： 由于水的导电性十分微弱，因此电极送出的电信号十分微弱，不能直接送入单片机，因此需要对该信号进行处理，这里我们选用PNP三极管开关电路。电路接法如右图所示。 交流电机的负荷分配 交流电机的负荷分配 本系统的软件大体可分为三个部分： 主程序：主要对内存单元进行分配，对一些变量值赋初值，对中断系统进行初始化操作；循环执行水位控制程序。 键盘中断服务程序：对键盘中断进行响应，然后扫描键盘，转入对应的键值程序。 T0中断服务程序：用来进行温度信号采样、数据转换、PID运算和控制输出。 交流电机的负荷分配 交流电机的负荷分配 由于位置型算法控制算式不够方便，需要累加偏差，不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编写程序，为此，我们选用增量型算法。增量型算法的算式如下： 交流电机的负荷分配 在MATLAB下搭建的温度闭环控制部分的系统框图： 交流电机的负荷分配 交流电机的负荷分配 基于AT89S51单片机的电热锅炉水位和温度控制系统，在硬件部分有以下的特点： （1） 对于液位，利用电接点传感器将采集到的开关信号送入单片机中，在单片机中进行比较操作，并控制电磁阀的通断。 （2） 对于温度利用温度传感DS18B20，将采样到的温度信号直接输入到单片机中，再由单片机根据测量温度与设定温度的差值和PID算法生成控制信号，控制电炉的通电与断电。 （3） 在显示电路上采用了串行方式，从而减小了单片机口线的使用。 这样的设计使系统不需要使用A/D转换芯片，使整个系统结构紧凑、所用芯片少。 交流电机的负荷分配 在软件上，有以下一些特点： （1） 温度控制部分采用了经典的PID算法，方法简单，且控制效果良好； （2） 同时采用过零触发直接使用PID的控制输出去控制加热的时间，免去了一级D/A转换器，减小了成本，且简单易行； （3） 采用定时器中断对采样时间进行控制，使每一次的采样时间基本相同，减小了对系统稳定性的影响。 （4） 在程序的编写过程中特别注意了人机的交互性及各种功能的实现，使系统的操作界面更容易让人理解。 致谢 首先感谢郭颖老师,本论文是在鲁照权的指导下修改完成的。在此，要对他的细心帮助和指导表示由衷的感谢。 其次感谢各位评委老师，阅读我的毕业设计，并给与指导。 最后向所有给予我帮助的老师