摘要熱電廠鍋爐的燃燒操縱對(duì)整個(gè)發(fā)電過(guò)程的安全性與經(jīng)濟(jì)性起著重要的作用，因此對(duì)它高效率的操縱是現(xiàn)在熱電廠的一個(gè)重要任務(wù)。本文通過(guò)對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)的分析和研究，分別確定了鍋爐燃燒操縱系統(tǒng)中的主蒸汽壓力操縱系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓操縱系統(tǒng)的操縱方案，然后對(duì)其操縱規(guī)律及參數(shù)進(jìn)行選擇和整定。在外表選型時(shí)，采納了先進(jìn)的數(shù)字式外表，并利用AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套智能燃燒操縱系統(tǒng)，給出了硬件電路和軟件流程圖。該操縱器以新型的AT89S51單片機(jī)為核心，采納模糊PID算法進(jìn)行運(yùn)算和操縱，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣和處理，而且還能夠完成狀態(tài)檢測(cè)和操縱、報(bào)警以及故障處理等功能。該操縱系統(tǒng)具有速度快、精度高、可靠性高和硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。最后可達(dá)到鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：熱電廠；鍋爐燃燒；單片機(jī)；操縱AbstractThermalpowerplantboilercombustioncontrolplaysanimportantroleinsecurityandeconomyoftheentirepowergenerationprocess,thecontrolofitshighefficiencythermalpowerplantisanimportanttask.Inthispaper,theanalysisandstudyoftheentirecombustionsystem,theboilercombustioncontrolsystem,mainsteampressurecontrolsystemandthefurnacepressureandcontrolsystemcontrolprogram,thenitscontrollawandparameterselectionandtuning.Instrumentselection,usingadvanceddigitalinstrument,andusingtheAT89S51microcontrollerdesignanintelligentcombustioncontrolsystem,giventhehardwareandsoftwareflowchart.ThecontrollertothenewAT89S51MCUasthecore,theuseoffuzzyPIDalgorithmforcomputingandcontrol,notonlycanbeanalog,digitalsignalsamplingandprocessing,butalsotocompletethestatedetectionandcontrol,alarmandfaulthandlingfunctions.Thecontrolsystemhasafast,highprecision,highreliabilityandasimplehardwarestructure.Finally,youcanreachtheboilersafe,economicalandefficientoperation.Keywords:heatandpowerplant;boilercombustion;microcontroller;control名目TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒論 1\o"CurrentDocument"研究背景 1\o"CurrentDocument"研究意義 1\o"CurrentDocument"國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"要緊研究?jī)?nèi)容 3\o"CurrentDocument"2燃煤鍋爐系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 4\o"CurrentDocument"鍋爐燃燒的生產(chǎn)工藝 4\o"CurrentDocument"燃煤鍋爐系統(tǒng)操縱設(shè)計(jì)方案 5\o"CurrentDocument"汽包水位操縱 6\o"CurrentDocument"爐膛負(fù)壓操縱 7蒸汽壓力操縱 8\o"CurrentDocument"爐膛溫度操縱系統(tǒng) 9\o"CurrentDocument"3溫度操縱系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 11\o"CurrentDocument"單片機(jī)的介紹和芯片的選型 11\o"CurrentDocument"單片機(jī)簡(jiǎn)介 11\o"CurrentDocument"芯片的選型 12\o"CurrentDocument"AT89S51單片機(jī)的差不多結(jié)構(gòu) 12\o"CurrentDocument"AT89S51單片機(jī)的要緊特點(diǎn) 12\o"CurrentDocument"AT89S51單片機(jī)的引腳介紹 13\o"CurrentDocument"DS18B20溫度傳感器 15\o"CurrentDocument"系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 17\o"CurrentDocument"顯示電路 18\o"CurrentDocument"溫度操縱及報(bào)警電路 19\o"CurrentDocument"DS18B20溫度傳感器電路 19\o"CurrentDocument"4溫度操縱系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20\o"CurrentDocument"系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 20\o"CurrentDocument"系統(tǒng)程序流圖 21\o"CurrentDocument"系統(tǒng)主程序 21\o"CurrentDocument"讀出溫度子程序 22\o"CurrentDocument"復(fù)位、應(yīng)答子程序 23\o"CurrentDocument"寫(xiě)入子程序 24\o"CurrentDocument"系統(tǒng)調(diào)試 25\o"CurrentDocument"5總結(jié) 26\o"CurrentDocument"致謝 27\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 28附錄： 291緒論研究背景我國(guó)的火力發(fā)電廠以煤為要緊燃料，煤的成本占整個(gè)發(fā)電成本的70%以上。鍋爐作為電廠實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的要緊設(shè)備，是火力發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要組成部分，其運(yùn)行水平和效率對(duì)整個(gè)火力發(fā)電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有重大阻礙。以一臺(tái)300MW的機(jī)組為例，其鍋爐每小時(shí)燃煤約120噸，若使燃燒效率提高1%，以年運(yùn)行7000小時(shí)運(yùn)算，共可節(jié)煤8400噸，若每噸煤按220元運(yùn)算，則一年可節(jié)約184.8萬(wàn)元。同時(shí)由此產(chǎn)生的有害氣體和煙塵等污染物的排放所產(chǎn)生的環(huán)境效益更是無(wú)法用金錢(qián)衡量的。目前我國(guó)發(fā)電廠中仍存在大量中、高壓參數(shù)的高能耗鍋爐，盡管在300MW和600MW的主力機(jī)組中以亞臨界和超臨界壓力的大容量鍋爐為主，但由于設(shè)備本身以及運(yùn)行操縱等方面的緣故，在供電耗煤和燃煤效率等要緊經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與世界先進(jìn)水平還有較大差距。在所有發(fā)電方式中，火力發(fā)電是歷史最久的，也是最重要的一種，且火力發(fā)電在近幾年依舊主流的，因?yàn)槲覈?guó)的經(jīng)濟(jì)狀況決定了我國(guó)采納什么樣的能源措施。研究意義熱力電廠的一系列系統(tǒng)和生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，這些大致能夠分為水處理系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、如此大的四個(gè)系統(tǒng)，其中鍋爐是發(fā)電過(guò)程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既能夠驅(qū)動(dòng)透瓶，又能夠作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向進(jìn)展。鍋爐的操縱要緊分為兩大部分:燃燒操縱系統(tǒng)和汽包水位操縱系統(tǒng)。汽包水位一樣采納三沖量操縱，能達(dá)到較好的操縱成效，而鍋爐的燃燒過(guò)程，是一個(gè)多參數(shù)、多回路、非線(xiàn)性、大滯后、強(qiáng)禍合的操縱系統(tǒng)，較難操縱。因此，自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著超大型可編程操縱器的顯現(xiàn)和模糊操縱，國(guó)外就將自適應(yīng)操縱等智能操縱算法技術(shù)應(yīng)用于鍋爐的操縱。使鍋爐操縱水平大大提高，實(shí)現(xiàn)了鍋爐優(yōu)化操縱。國(guó)內(nèi)研究鍋爐自動(dòng)操縱盡管現(xiàn)在也比較成熟，但要緊是外表顯示、報(bào)表打印等功能，操縱水平有限，可靠性不夠高。和國(guó)外鍋爐自動(dòng)操縱比較仍存在一定的差距。.大多數(shù)現(xiàn)有的鍋爐操縱系統(tǒng)可操縱的要緊依舊開(kāi)關(guān)量設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、爐排和水泵的開(kāi)關(guān)或者閥門(mén)操縱。不能對(duì)它們精確連續(xù)調(diào)劑，使操縱手段單一，操縱精度低。.鍋爐操縱系統(tǒng)的的操縱方案不夠合理，鍋爐操縱器一旦顯現(xiàn)故障，只能采取系統(tǒng)斷電處理，進(jìn)行人工操作。若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備顯現(xiàn)故障時(shí)，溫度、壓力等參數(shù)就無(wú)法達(dá)到設(shè)定值。因此，本文依照熱電廠鍋爐操縱流程，以AT89S51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一種火電廠鍋爐燃燒煤空比的操縱系統(tǒng)。目的是提高電廠燃煤鍋爐的操縱水平。節(jié)約能源，降低環(huán)境污染。系統(tǒng)采納模糊PID算法進(jìn)行運(yùn)算和操縱，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣和處理，而且還能夠完成狀態(tài)檢測(cè)和操縱、報(bào)警以及故障處理等功能。該操縱系統(tǒng)具有速度快、精度高、可靠性高和硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。最后可達(dá)到鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鍋爐的自動(dòng)化操縱從上世紀(jì)三、四十年代就開(kāi)始了，當(dāng)時(shí)大都為單參數(shù)外表操縱，進(jìn)入上世紀(jì)五十年代后，美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家都開(kāi)始進(jìn)行對(duì)鍋爐的操作和操縱的進(jìn)一步研究。但由于當(dāng)時(shí)科技進(jìn)展的局限性，對(duì)鍋爐的操縱要緊停留在使用汽動(dòng)外表（泡括汽動(dòng)單元組合外表和汽動(dòng)基地式外表）的時(shí)期，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測(cè)工藝參數(shù)，不進(jìn)行自動(dòng)操縱。到上世紀(jì)六十年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家，鍋爐的操縱要緊以電動(dòng)單元組合外表（相當(dāng)于我國(guó)的DDZ-II,DDZ-III外表）檢測(cè)與操縱，依舊以檢測(cè)報(bào)警為主，操縱為輔助功能。到了上世紀(jì)七十年代，隨著運(yùn)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)操縱技術(shù)理論的進(jìn)展，使得鍋爐的運(yùn)算機(jī)操縱成為可能。專(zhuān)門(mén)是近一、二十年來(lái)，隨著先進(jìn)操縱理論和運(yùn)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，加之運(yùn)算機(jī)各種性能的不斷增強(qiáng)，價(jià)格的大幅度下降，使鍋爐應(yīng)用運(yùn)算機(jī)操縱專(zhuān)門(mén)快得到了普及和應(yīng)用。許多發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼開(kāi)發(fā)出了鍋爐運(yùn)算機(jī)操縱系統(tǒng)。如今在國(guó)外，鍋爐的操縱己差不多實(shí)現(xiàn)了運(yùn)算機(jī)自動(dòng)操縱，在操縱方法上都采納了現(xiàn)代操縱理論中的最優(yōu)操縱、多變量頻域、模糊操縱等方法，因此，鍋爐的熱效率專(zhuān)門(mén)高、鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染。在國(guó)內(nèi)，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，中小企業(yè)鍋爐設(shè)備水平一直比較落后，大多數(shù)中小型鍋爐水平差不多上停留在手動(dòng)和簡(jiǎn)單外表操作的水平。國(guó)內(nèi)供熱鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)操縱大多在燃油和燃?xì)忮仩t上實(shí)現(xiàn)的，關(guān)于燃煤鍋爐，在自動(dòng)操縱研究方面總是得不到中意的成效，存在的要緊問(wèn)題是滯后問(wèn)題。近幾年變頻技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，在鍋爐操縱方面也有應(yīng)用，要緊有三種形式，①全自動(dòng)變頻定壓；②鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)變頻操縱；③循環(huán)泵變頻操縱，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)調(diào)劑。三種形式均有獨(dú)立應(yīng)用的范例，也有組合應(yīng)用，但要緊是以人工操縱為主，節(jié)能成效仍舊取決于司爐人員的體會(huì)，水平和責(zé)任意識(shí)。要緊研究?jī)?nèi)容此系統(tǒng)要緊以單片機(jī)為操縱器，并對(duì)顯示電路，溫度檢測(cè)電路，報(bào)警電路，執(zhí)行電路等進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的操縱。（1）燃煤鍋爐燃燒操縱系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。（2）選用合適的單片機(jī)，設(shè)計(jì)出功能結(jié)構(gòu)圖。（3）設(shè)計(jì)燃煤鍋爐燃燒操縱系統(tǒng)程序流程圖。（4）進(jìn)行相應(yīng)的程序編制。2燃煤鍋爐系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案鍋爐燃燒的生產(chǎn)工藝熱力發(fā)電廠是利用煤燃燒的化學(xué)能產(chǎn)出電能的工廠，即為燃料的化學(xué)能一蒸汽的熱勢(shì)能一機(jī)械能一電能。在鍋爐中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮埽谄啓C(jī)中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喿有D(zhuǎn)的機(jī)械能，在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋t、機(jī)、電是火電廠中的要緊設(shè)備，亦稱(chēng)三大主機(jī)。輔助三大主機(jī)的設(shè)備稱(chēng)為輔助設(shè)備簡(jiǎn)稱(chēng)輔機(jī)。主機(jī)與輔機(jī)及其相連的管道、線(xiàn)路等稱(chēng)為系統(tǒng)，如圖2.1鍋爐燃燒流程圖所示。熱力發(fā)電廠的原料確實(shí)是原煤。原煤用車(chē)運(yùn)送到發(fā)電廠的儲(chǔ)煤場(chǎng)，再用輸煤皮帶輸送到煤斗。再?gòu)拿憾仿湎掠山o煤機(jī)送入磨煤機(jī)磨成煤粉，并同時(shí)輸送熱空氣來(lái)干燥和輸送煤粉。最后送入鍋爐的爐膛中燃燒。燃料燃燒所需要的熱空氣由送風(fēng)機(jī)送入鍋爐的空氣預(yù)熱器中加熱，預(yù)熱后的熱空氣，通過(guò)風(fēng)道一部分送入磨煤機(jī)作干燥以及送煤粉，另一部分直截了當(dāng)引至燃燒器進(jìn)入爐膛。燃燒生成的高溫?zé)煔猓谝L(fēng)機(jī)的作用下先沿著鍋爐的倒“U”形煙道依次流過(guò)爐膛，水冷壁管，過(guò)熱器，省煤器，空氣預(yù)熱器，同時(shí)逐步將煙氣的熱能傳給過(guò)熱器，省煤器，空氣預(yù)熱器以及空氣，自身變成低溫?zé)煔?，?jīng)除塵器和脫硫裝置的凈化后在排入大氣。煤燃燒后生成的灰渣，其中大的灰子會(huì)因自重從氣流中分離出來(lái)，沉降到爐膛底部的冷灰斗中形成固態(tài)渣，最后由排渣裝置排入灰渣溝，再由灰渣泵送到灰渣場(chǎng)。大量的細(xì)小的灰粒（飛灰）則隨煙氣帶走，經(jīng)除塵器分離后也送到灰渣溝。爐給水先進(jìn)入省煤器預(yù)熱到接近飽和溫度，后經(jīng)蒸發(fā)器受熱面加熱為飽和蒸汽，再通過(guò)熱器被加熱為過(guò)熱蒸汽，此蒸汽又稱(chēng)為主蒸汽。通過(guò)以上流程，就完了燃料的輸送和燃燒、蒸汽的生成燃物（灰、渣、煙氣）的處理及排出。由鍋爐過(guò)熱器出來(lái)的主蒸汽通過(guò)主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪機(jī)排出的乏汽排入凝汽器，在此被凝聚冷卻成水，此凝聚水稱(chēng)為主凝聚水。主凝聚水通過(guò)凝聚水泵送入低壓加熱器，有汽輪機(jī)抽出部分蒸汽后再進(jìn)入除氧器，在其中通過(guò)連續(xù)加熱除去溶于水中的各種氣體（要緊是氧氣）。經(jīng)化學(xué)車(chē)間處理后的補(bǔ)給水成為鍋爐的給水，再通過(guò)給水泵升壓后送往高壓加熱器，然后送入鍋爐。循環(huán)水泵將冷卻水（又稱(chēng)循環(huán)水）送往凝聚器，這就形成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。以上流程，完成了蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，電能，以及鍋爐給水供應(yīng)的過(guò)程。燃煤鍋爐系統(tǒng)操縱設(shè)計(jì)方案在熱電廠中，以單位機(jī)組為操縱對(duì)象，能夠討論的操縱系統(tǒng)有，鍋爐汽包水位操縱系統(tǒng)、燃燒過(guò)程操縱系統(tǒng)以及過(guò)熱蒸汽溫度操縱系統(tǒng)，過(guò)熱蒸汽溫度操縱又泡括過(guò)熱蒸汽溫度操縱和再熱蒸汽溫度操縱。鍋爐操縱系統(tǒng)能夠分為汽包水位操縱系統(tǒng)和燃燒操縱系統(tǒng)。燃燒操縱系統(tǒng)泡括:蒸汽壓力操縱系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓操縱系統(tǒng)和爐膛溫度操縱系統(tǒng)。如圖2.2鍋爐操縱系統(tǒng)所示。圖2.2鍋爐操縱系統(tǒng)汽包水位操縱汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的要緊參數(shù)之一。水位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水進(jìn)入過(guò)熱器并在過(guò)熱器管內(nèi)結(jié)垢，阻礙傳熱效率，嚴(yán)峻的將引起過(guò)熱器爆管；水位過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過(guò)熱而爆管。專(zhuān)門(mén)是大型鍋爐，例如，30萬(wàn)KW機(jī)組的鍋爐蒸發(fā)量為1024t/h，而汽包的容積較小，一旦操縱不當(dāng)，則會(huì)在十幾秒內(nèi)使汽包內(nèi)的水全部汽化，造成嚴(yán)峻的事故。故鍋爐汽包給水操縱系統(tǒng)的任務(wù)確實(shí)是保證汽包水位在容許的范疇內(nèi)，并兼顧鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行。鍋爐水位自動(dòng)操縱的任務(wù)是操縱給水流量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，堅(jiān)持汽包水位在承諾的范疇內(nèi)。阻礙汽包水位有四個(gè)因素，除了給水量W和輸出蒸汽量D外，汽包壓力和燃料的變化也會(huì)對(duì)汽包水位產(chǎn)生阻礙。此外決定汽包水位的還有汽包中(泡括循環(huán)水管)儲(chǔ)水量的多少、水位下汽包容積與鍋爐的負(fù)荷、蒸汽壓力、爐膛熱負(fù)荷等都有關(guān)。在阻礙汽包水位的諸多因素中，以鍋爐蒸汽量D和給水量W為主。.汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性，即操縱通道特性.由于給水溫度要比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，因此給水流量增加后，需從原有飽和水中吸取部分熱量，使水位下汽包容積減小。當(dāng)水位下汽包容積不再變化時(shí)，水位變化就完全反映了因儲(chǔ)水量的增加而直線(xiàn)上升。H是水位的實(shí)際變化。在給水量作階躍變化后，汽包水位可不能趕忙增加，而出現(xiàn)一段起始慣性段。用傳遞函數(shù)來(lái)描述時(shí)，近似于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為：H(s)K =_0e一8W(s) s (2」)其中：K0——飛升速度，給水流量變化單位流量時(shí)水位的變化速度；T——純滯后時(shí)刻，S。給水溫度越低，純滯后時(shí)刻T越大。.汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性.當(dāng)蒸汽流量D突然增加，在燃料量不變的情形下，從鍋爐的物料平穩(wěn)關(guān)系來(lái)看，蒸汽量D大于給水量W，設(shè)現(xiàn)在的水位變化為H1。在實(shí)際工作中，由于蒸汽用量突然增加，瞬時(shí)必導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水沸騰突然加劇，產(chǎn)生閃蒸，水中汽包迅速增加，水位交化表示為H2。實(shí)際顯示的水位變化H為H1與H2的疊加，即表達(dá)式H=H1+H2。當(dāng)蒸汽量加大時(shí)，盡管鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開(kāi)始，水位不僅不下降反而迅速上升，然后再下降（反之，蒸汽流量突然減少時(shí)，則水位先下降，然后上升）。這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛假水位”蒸氣流量擾動(dòng)時(shí)，水位變化的動(dòng)態(tài)特性可用傳遞函數(shù)來(lái)表示：H(s) H(s),H(s) KK（2.2） 二一1—十—2—=一f+ 2—（2.2）D(s) D(s) D(s) sTs+12其中：Kf——飛升速度，即在蒸汽流量變化單位流量時(shí)水位的變化速度；K2——響應(yīng)曲線(xiàn)H2的放大系數(shù)；T2——響應(yīng)曲線(xiàn)H2的時(shí)刻常數(shù)。虛假水位的變化大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)。關(guān)于一樣的中高型鍋爐，當(dāng)負(fù)荷變化10%時(shí)，虛假水位可達(dá)30-40ram。虛假水位現(xiàn)象屬于反向特性，給操縱帶來(lái)一定的困難，在操縱方案設(shè)計(jì)中，必須引起注意。在設(shè)計(jì)汽包水位操縱系統(tǒng)時(shí)，可不考慮燃料擾動(dòng)和汽包壓力擾動(dòng)對(duì)水位的阻礙，而只考慮給水量擾動(dòng)和蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)水位的阻礙，專(zhuān)門(mén)是虛假水位的阻礙.汽包水位操縱系統(tǒng)中存在薅個(gè)難點(diǎn)：一個(gè)是蒸汽負(fù)荷變化造成的虛假水位現(xiàn)象；當(dāng)給水量穩(wěn)固時(shí)，蒸汽量階躍增大。汽包水位應(yīng)該下降，然而由于汽包內(nèi)蒸汽處于飽和狀態(tài)，一旦流量突變，壓力也變化，水的沸點(diǎn)也隨之變化，造成汽包內(nèi)汽水混合物體積改變，因此水位不但沒(méi)有下降，反而有所上升，這確實(shí)是“虛假水位”。另一個(gè)是由于爐體內(nèi)阻礙汽水變化的對(duì)流管柬的物理特性變化引起的，因此，水位系統(tǒng)是一個(gè)慢時(shí)變系統(tǒng)。依照鍋爐汽包容量大小，閥位變化到水位變化需要一定時(shí)刻。因此，系統(tǒng)具有延時(shí)，而且系統(tǒng)存在著較大的干擾.綜上所述，汽包水位系統(tǒng)是一個(gè)具有大的擾動(dòng)和非線(xiàn)性特性的滯后系統(tǒng)。爐膛負(fù)壓操縱鍋爐在正常運(yùn)行中，爐膛負(fù)壓應(yīng)保持在規(guī)定的范疇內(nèi)。負(fù)壓過(guò)大，漏風(fēng)嚴(yán)峻，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量缺失增大，同時(shí)引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)，有害于環(huán)境衛(wèi)生。因此爐膛負(fù)壓必須進(jìn)行自動(dòng)調(diào)劑，將其穩(wěn)固在規(guī)定的范疇內(nèi)。本系統(tǒng)利用調(diào)劑引風(fēng)擋板的開(kāi)度，引入送風(fēng)量作為前饋信號(hào)，操縱它的引風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2.3爐膛負(fù)壓調(diào)劑系統(tǒng)框圖所示。圖2.3爐膛負(fù)壓調(diào)劑系統(tǒng)框圖當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，需要利用調(diào)速電機(jī)增大煤量。同時(shí)，與給煤量成正比例的送風(fēng)量也要相應(yīng)增大.現(xiàn)在爐膛負(fù)壓即下降，需要增加引風(fēng)量以保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)固.由于爐膛負(fù)壓變化有一段滯后，盡管調(diào)劑了引風(fēng)擋板的開(kāi)度，但在一段時(shí)刻里爐膛負(fù)壓仍在下降。因此將送風(fēng)調(diào)劑器的輸出作為前饋信號(hào)，送到爐膛負(fù)壓調(diào)劑回路的引風(fēng)調(diào)劑器，使送風(fēng)量變化時(shí)引風(fēng)量也趕忙變化，以解決滯后問(wèn)題。2.2.3蒸汽壓力操縱蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平穩(wěn)的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要參數(shù)。蒸汽壓力過(guò)或過(guò)高，關(guān)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備差不多上不利的。壓力太高，會(huì)加速金屬的蠕變，壓力太低，就不能提供給設(shè)備符合質(zhì)量要求的蒸汽。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，蒸汽壓力降低，說(shuō)明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量；蒸汽壓力升高，說(shuō)明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。因此，操縱蒸汽壓力，是安全生產(chǎn)的需要，是堅(jiān)持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。鍋爐蒸汽壓力的變化是由于熱平穩(wěn)失調(diào)引起的.而阻礙熱平穩(wěn)的因素要緊是燃燒熱和蒸汽熱，燃燒熱的波動(dòng)引起的熱平穩(wěn)失調(diào)稱(chēng)為“內(nèi)擾”，而蒸汽熱波動(dòng)引起的熱平穩(wěn)失調(diào)為了克服內(nèi)外擾對(duì)蒸汽壓力的阻礙，在各個(gè)差不多的單爐蒸汽壓力操縱系統(tǒng)中，輸入到鍋爐的燃燒熱必須跟隨蒸汽熱的變化而變化.以盡量保持熱量平穩(wěn)同時(shí)依照蒸汽壓力與給定值的偏差適當(dāng)增減燃料量以增加或減少蒸汽壓力。如圖2.4鍋爐壓力操縱系統(tǒng)原理所示。圖2.4鍋爐壓力操縱系統(tǒng)框圖主環(huán)壓力操縱依照蒸汽壓力與設(shè)定值的偏差來(lái)調(diào)劑燃料量以保證壓力的穩(wěn)固。副環(huán)燃料操縱器依照主環(huán)輸出與前饋信號(hào)（即外擾）的合成指令去操縱進(jìn)入鍋爐的燃料量，克服燃料量波動(dòng)，從而使壓力保持在穩(wěn)固范疇之內(nèi)。2.2.4爐膛溫度操縱系統(tǒng)這類(lèi)操縱對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)峻,存在專(zhuān)門(mén)多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而導(dǎo)致操縱系統(tǒng)性能不佳，甚至顯現(xiàn)操縱不穩(wěn)固、失控現(xiàn)象。采納數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度缺失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線(xiàn)的苦惱，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加能夠通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線(xiàn)就能夠和主電路連接，故能夠把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地點(diǎn)，增加了有用性。能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范疇的溫度檢測(cè)。本設(shè)計(jì)是對(duì)爐膛溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與操縱，溫度傳感器DS18B20從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī)AT89S51獵取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)固的溫度值，再依照當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過(guò)加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)的爐膛溫度操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了差不多的溫度操縱功能：當(dāng)爐膛溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使?fàn)t膛溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)爐膛溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)爐膛溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使?fàn)t膛溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)爐膛溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。爐膛溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示爐膛溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備顯現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭顯現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)刻內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。系統(tǒng)中將通過(guò)串口通訊連接PC機(jī)儲(chǔ)備溫度變化時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，以便觀看整個(gè)溫度的操縱過(guò)程及監(jiān)控溫度的變化全過(guò)程。如圖2.5爐膛溫度操縱系統(tǒng)框圖所圖2.5爐膛溫度操縱系統(tǒng)框圖由上面的四個(gè)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠看出鍋爐的燃燒操縱是鍋爐操縱中的一大難題，生產(chǎn)過(guò)程中的燃燒對(duì)象是典型的多變量組合、大時(shí)延、非線(xiàn)性且時(shí)變的對(duì)象，難以保證燃料量、煙氣含氧量的準(zhǔn)確測(cè)量，以及鍋爐運(yùn)行的最佳效率和安全穩(wěn)固。因此接下來(lái)采取爐膛溫度操縱系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。3溫度操縱系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或者設(shè)計(jì)或者設(shè)計(jì)一種智能化的儀器，第一要明白做什么然后才是如何做。目標(biāo)任務(wù)即系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能以及指標(biāo)。應(yīng)用的場(chǎng)合不同具體的要求也會(huì)不同。其次是依照功能以及技術(shù)指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案包括單片機(jī)的選擇、重要環(huán)節(jié)關(guān)鍵器件的選型、技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、硬件設(shè)計(jì)功能的劃分等。單片機(jī)的介紹和芯片的選型單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)也被稱(chēng)為微操縱器(MicrocontrollerUnit)，是微型運(yùn)算機(jī)中的一類(lèi)是將CPU、儲(chǔ)備器、總線(xiàn)、I/O接口電路集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)操縱領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器進(jìn)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的操縱設(shè)備當(dāng)中。早期的單片機(jī)差不多上8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了專(zhuān)門(mén)大的好評(píng)。此后在8031上進(jìn)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)操縱領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始顯現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到專(zhuān)門(mén)廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大進(jìn)展，單片機(jī)技術(shù)得到了龐大提高。隨著INTELi960系列專(zhuān)門(mén)是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，同時(shí)進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻差不多超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)差不多不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至能夠直截了當(dāng)使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、、運(yùn)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)許多的單片機(jī)在工作。汽車(chē)內(nèi)一樣配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)操縱系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作，單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他運(yùn)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱(chēng)單片微操縱器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的運(yùn)算機(jī)，和運(yùn)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)運(yùn)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。芯片的選型ATMEL公司是世界上高級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和行銷(xiāo)的領(lǐng)先者，產(chǎn)品包括了微處理器、可編程邏輯器件、非易失性?xún)?chǔ)備器、安全芯片、混合信號(hào)及RF射頻集成電路。ATMEL公司在AT89C系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了以MSC-51核心技術(shù)為其內(nèi)核，采納該公司高性能、低功耗、非易失性?xún)?chǔ)備器技術(shù)的AT89S系列單片機(jī)，包括AT89S51、AT89S52、AT89S53和AT89S8252。與AT89C系列相比，AT89S系列的運(yùn)算速度有了專(zhuān)門(mén)大的提高，在功能上新增加了雙數(shù)據(jù)指針、定時(shí)監(jiān)視器等，能更好地滿(mǎn)足各種不同的應(yīng)用需要。本節(jié)重點(diǎn)介紹AT89S51單片機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)及其引腳功能。AT89S51單片機(jī)的差不多結(jié)構(gòu)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序儲(chǔ)備器，器件采納ATMEL公司的高密度、非易失性?xún)?chǔ)備技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash儲(chǔ)備單元，AT89S51在眾多嵌入式操縱應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S51單片機(jī)的要緊特點(diǎn)要緊特點(diǎn)：1、4kBytesFlash片內(nèi)程序儲(chǔ)備器；2、128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器（RAM）；3、32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；5、6個(gè)中斷源；6、2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；7、2個(gè)全雙工串行通信口；8、看門(mén)狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；10、與MCS-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；12、三級(jí)程序儲(chǔ)備器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式。3.2.2AT89S51單片機(jī)的引腳介紹AT89S51要緊有PDIP封裝、PLCC封裝和TQFP封裝。盡管封裝形式不同然而各引腳的功能相同。接下來(lái)詳細(xì)的介紹AT89S51單片機(jī)引腳排列及功能。如圖3.1AT89S51引腳圖所示。1T1J0 YCCri.i pojd工口3 PO.lP13 POJT1.4 P03'J'l.5 pij.41-1.6 POJPl.7 F0j6玷TEPL _P0.7MT'.'TSO EAHT'DTHD/P3.1 jKLE/PRDHIMTOZP32 PEEKP2.7TJ.'PZ.4 P2j6T1/P35 P2JWZP3J6 P2.4P23yiAL。XTAL1 P2.1TES P2J04口23?33S43T536(5357935P露L031L130L2如L328L4ifL5如Lt：25L724-L825Lu22就2LATS9S51圖3.1AT89S51引腳圖引腳功能：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸取8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器，它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，現(xiàn)在P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序儲(chǔ)備器或16位地址外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其專(zhuān)門(mén)功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和操縱信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為一般I/O口，還有第二功能：P3.0/RXD（串行輸入口）P3.1/TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4/T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5/T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器讀選通）P3口同時(shí)為閃耀編程和編程校驗(yàn)接收一些操縱信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線(xiàn)，通過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線(xiàn)。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時(shí)差不多上準(zhǔn)雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平?？?。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部?jī)?chǔ)備器時(shí)，地址鎖存承諾的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平常，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器時(shí)，將躍過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0?，F(xiàn)在，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。假如微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序儲(chǔ)備器的選通信號(hào)。在由外部程序儲(chǔ)備器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不顯現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平常，則在此期間外部程序儲(chǔ)備器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序儲(chǔ)備器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平常，此間內(nèi)部程序儲(chǔ)備器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)達(dá)拉斯（DALLAS）半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線(xiàn)技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、儲(chǔ)備器等做在一個(gè)專(zhuān)門(mén)小的集成電路芯片上。它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直截了當(dāng)將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線(xiàn)上能夠掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測(cè)量范疇一55?^H125C,可編程為9?12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫辨論率可達(dá)0.0625℃,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，業(yè)可采納寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20能夠并聯(lián)到三根或者兩根線(xiàn)上，CPU只需一根端口線(xiàn)就能與多個(gè)DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)約大量的引線(xiàn)和邏輯電路。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線(xiàn)：?jiǎn)尉€(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸總線(xiàn)端口DQ，外供電源線(xiàn)VDD，共用地線(xiàn)GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線(xiàn)供電方式，現(xiàn)在VDD接地，它是通過(guò)內(nèi)部電容在閑暇時(shí)從數(shù)據(jù)線(xiàn)獵取能量，來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)刻較長(zhǎng)。這種情形下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成DS18B20總線(xiàn)的上拉。另一種是外部供電方式（VDD接+5V），相應(yīng)的完成溫度測(cè)量的時(shí)刻較短。如圖3.2DS18B20三引腳所示。數(shù)據(jù)線(xiàn)可選圖3.2DS18B20三引腳DS18B20要緊由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計(jì)數(shù)器、溫度寄存器等部分組成。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線(xiàn)性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的欲置值。溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，其中低溫度系數(shù)振蕩器受溫度的阻礙專(zhuān)門(mén)小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1,高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入.減法計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。溫度寄存器暫存溫度數(shù)值。DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.3所示。圖3.3DS18B20圖3.3DS18B20的測(cè)溫原理設(shè)置精除最低有效位圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，第一將-55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，現(xiàn)在溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是由最差不多的電路元件組成的，外接部分簡(jiǎn)單的電路就能夠獨(dú)立成一定的工作任務(wù)的單片機(jī)系統(tǒng)。51單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、電源、時(shí)鐘電路、和復(fù)位電路組成。如圖3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路所示。AT83S5LP1Q1P]123罰4￥茴5RPSCTi：西「一『P3T-.2P3313P3414EOC1I礪:一話(huà)P1.0VCC/,Pl1PO.OP1.2P0.1Ph3.鈍②■Pl.4PC3;-,Pl.5PC4Pl.6PCI.5Pl.7PO.6RST/VPDPO.7RXDZP2.0EA.VDDTXD/P3,1ALE/PRO&INTWI巧.2PSENP2.7T0T3;4P26T1吃拈P2.5WRJP3.6P24RJD鬲了P23<-KTAL3P2；21STALLP2.1嗨P2.0UO04口丁5TPOO至二FCI1P023T-P03P04P05~P06VP07哥一加￡~!l：-ALE無(wú)二>：~dp27~￡圖3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.4.2顯示電路顯示電路采納了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫(xiě)。如圖3.5顯示電路圖所示。圖3.5顯示電路圖溫度操縱及報(bào)警電路當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P1.4輸出操縱信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D1，使繼電器K1開(kāi)啟降溫設(shè)備：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P1.5輸出操縱信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D2，使繼電器K2開(kāi)啟升溫設(shè)備。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備顯現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭顯現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)刻內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。具體電路連接如圖3.6溫度操縱及報(bào)警電路所示。圖3.6圖3.6溫度操縱及報(bào)警電路DS18B20溫度傳感器電路如圖3.7DS18B20溫度傳感器電路引腳圖所示。U2VCCU2VCCDQGNDJT

2 VCCDQGNDDS18B20圖3.7DS18B20溫度傳感器電路引腳圖4溫度操縱系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，第一必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，專(zhuān)門(mén)是微機(jī)應(yīng)用高速進(jìn)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采納專(zhuān)門(mén)復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得專(zhuān)門(mén)簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采納與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯獨(dú)能“明白”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱(chēng)為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），運(yùn)算機(jī)才能“看明白”然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和運(yùn)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的運(yùn)算機(jī)，用戶(hù)編程時(shí)不必認(rèn)真了解所用的運(yùn)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于專(zhuān)門(mén)多條運(yùn)算機(jī)指令，因此用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，然而本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言。緣故在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微操縱系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言能夠不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的儲(chǔ)備空間，適合于儲(chǔ)備容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求專(zhuān)門(mén)高，需要解決大量的邏輯操縱問(wèn)題。MCS—51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在儲(chǔ)備空間和執(zhí)行時(shí)刻方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也專(zhuān)門(mén)的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求專(zhuān)門(mén)適合。而且MCS—51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱(chēng)位處理）指令，能夠形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是MCS—51指令系統(tǒng)要緊的優(yōu)點(diǎn)之一。關(guān)于要求反應(yīng)靈敏與操縱及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)操縱系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，能夠充分表達(dá)出匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)刻短和易于使用的特點(diǎn)。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫(xiě)入子程序、以及有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫(xiě)程序和讀程序）。

系統(tǒng)程序流圖系統(tǒng)程序要緊包括系統(tǒng)主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫(xiě)入子程序等。系統(tǒng)主程序主程序的要緊功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。如此能夠在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，如圖4.1系統(tǒng)主流程圖所示。程序見(jiàn)附錄。圖4.1系統(tǒng)主流程圖

讀出溫度子程序讀出溫度子程序的要緊功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求專(zhuān)門(mén)嚴(yán)格，因此必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。如圖4.2讀出溫度子程序流程圖所示。圖4.2讀出溫度子程序流程圖4.2.3復(fù)位、應(yīng)答子程序如圖4.3復(fù)位、應(yīng)答子程序所示。圖4.3復(fù)位、應(yīng)答子程序4.2.4寫(xiě)入子程序如圖4.4寫(xiě)入子程序所示。圖4.4寫(xiě)入子程序系統(tǒng)調(diào)試主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)DS18B20測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱時(shí)期，置P1.1為低電平，這期間連續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范疇內(nèi)，置P1.1為高電平斷開(kāi)可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令。當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫時(shí)期，則置P1.2為低電平，這期間連續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范疇內(nèi)，置P1.2為高電平斷開(kāi)，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)命令。第一次接電調(diào)試，設(shè)置溫度上限，溫度下限。加熱后，溫度有時(shí)超過(guò)溫度上限卻不報(bào)警，后經(jīng)檢查，發(fā)覺(jué)是進(jìn)位C沒(méi)有清0，因此在如下寫(xiě)入程序中加入進(jìn)位C清零，便排除了那個(gè)專(zhuān)門(mén)。程序如下：WR1:CLRP1.0MOVR3,#6DJNZR3,$RRCAMOVP1.0,CMOVR3,#23DJNZR3,$SETBP1.0NOPDJNZR2,WR1RET;讀DS18B2再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加熱到上限溫度時(shí)，紅燈亮起，自動(dòng)降溫設(shè)備啟動(dòng)，而低于下限溫度時(shí)，綠燈亮起，自動(dòng)升溫設(shè)備啟動(dòng)。5總結(jié)本系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字傳感器DS18B20感知鍋爐中溫度，由AT89S51單片機(jī)來(lái)接收溫度信號(hào)并進(jìn)行分析處理，本論文著重分析各單元電路的設(shè)計(jì)。最后還給出系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，使用了匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本文是采納模塊化的方式進(jìn)行敘述，對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)地闡述，要緊進(jìn)行了軟件的編寫(xiě)和系統(tǒng)的大量調(diào)試和探究，差不多完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，然而仍處在理論向?qū)嶋H的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，要達(dá)到能真正應(yīng)用于實(shí)際還有專(zhuān)門(mén)大差距。由于時(shí)刻和個(gè)人能力的限制，部分工作尚未完成，專(zhuān)門(mén)是在程序方面，工作做得比較差，目前調(diào)試仍在連續(xù)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更加深刻地認(rèn)識(shí)到只有將理論與具體的實(shí)踐相結(jié)合，才會(huì)有真正的收成，才能鞏固自己的所學(xué)，加深對(duì)理論知識(shí)的明白得，深刻的認(rèn)識(shí)到自己的不足。致謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)。自始至終關(guān)懷督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。關(guān)心解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問(wèn)題。還不斷向我們傳授分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設(shè)過(guò)程中少走專(zhuān)門(mén)多彎路。杜學(xué)然和李俊華老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度、開(kāi)拓進(jìn)取的工作作風(fēng)，對(duì)知識(shí)永無(wú)止境的追求，對(duì)生活積極樂(lè)觀情緒，令我受益匪淺。在那個(gè)地點(diǎn)專(zhuān)門(mén)感謝杜學(xué)然和李俊華老師的指導(dǎo)和關(guān)心，并致以誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)周?chē)耐瑢W(xué)給了我許多的關(guān)心。在此，我向周?chē)P(guān)懷我的同學(xué)致以真摯的謝意！參考文獻(xiàn)[1]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998.46-65[2]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994.214-232[3]王錦標(biāo),方崇智.過(guò)程運(yùn)算機(jī)操縱.北京:清華大學(xué)出版社,1992.115-134[4]劉豹.熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)劑原理和應(yīng)用.北京:水利電力出版社,1982.234-256[5]于海生.微型運(yùn)算機(jī)操縱技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.84-86[6]蔣廷彪，劉電霆.單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2006.139-148,85-89[7]邵裕森，巴莜云.過(guò)程操縱系統(tǒng)及外表[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.153- 155[8]胡壽松.自動(dòng)操縱原理[M].北京:科學(xué)出版社,2001.39-40[9]何離慶，張壽明.過(guò)程操縱系統(tǒng)與裝置.重慶：重慶大學(xué)出版社,2003.312-313[10]李遵基.熱工自動(dòng)操縱系統(tǒng).北京：中國(guó)電力出版社,1997.231-240[11]畢貞福.火力發(fā)電廠熱工操縱.北京：中國(guó)電力出版社,2008.165-183[12]陳躍東.DS18B20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用[J].安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào),2002AstromK.J,Wittenmarkb.Self-TuningControllersBasedPole-zeroPlacement[J].ProcIEE,2004.127(3):126-129Yuan-YihHsu,Kan-leeLiou.Designofself-tuningPIDpowersystemstabilizersforsynchronousgenerators.[J]IEEETransEC,2007.2(3):343-348附錄:系統(tǒng)總程序代碼：ORG0000HTEMPER_LEQU29HTEMPER_HEQU28HFLAG1EQU38HA_BITEQU20HB_BITEQU21HXSEQU30HMOVA,#00HMOVP2,AMAIN:LCALLGET_TEMPERMOVA,29HMOVB,ACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCASWAPAMOV31H,AMOVA,BMOVC,40HRRCAMOVC,41H;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置;調(diào)用讀溫