一、本课题研究的主要内容、目的和意义 |
主要内容：本设计以AT89C52单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。通过对基于单片机的相对温度控制器设计，加深对传感器技术及检测技术的了解，巩固对单片机知识的掌握，并系统的复习本专业所学过的知识。 目的：通过燃气锅炉的工作与否来调节冬季室内的温度使其控制在15℃-20℃范围内。该系统要能够设定温度和显示实际温度，能按设定的程序循环运行。由于产品的使用环境不同以及用户对安全性的特殊要求，系统要具有较高的可靠性,抗干扰能力强，所选用的器件要具有普遍性和通用性。同时系统要留有扩展的余地,以便于功能的扩展和升级。 意义：使用单片机实现供暖锅炉温度控制，具有较高的实用价值和优越性等特点。采用低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，系统性能也更稳定，并且，单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现燃烧与测温系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供暖，维持稳定系统，保证安全经济运行。目前我国城镇居民住宅取暖大都采用集中供暖方式，这种方式热效率高,能源能够得到充分利用，具有较高的经济性。近年来以天然气为燃料的燃气锅炉具有高效、环境污染小甚至无污染等特点，因此倍受人们青睐。尤其在国外，合金钢密度燃气锅炉目前已得到了普遍应用。随着各种客观条件的具备，我国生活采暖用燃气锅炉的应用也必将得到进一步的发展。 |
二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向） |
近几年来我国城市建设飞速发展，极大地推动了集中供热事业的发展.在建设大型集中供热站的同时，对于有条件进行改造的旧有供热站，扩大供热规模。增加供热面积，增加日益增长的供热需求是加快我国集中供热事业快速发展的一个重要方面。目前发展较快的区域锅炉集中供暖，其优越性已被普遍认识，相对众多小锅炉房的分散供暖模式，它具有节能显著、占地省、降低粉尘噪声烟气污染等优点，更主要的是可以提高锅炉每吨位的供热面积，以往供热受其他能源种类的制约，基本上都是以煤作为燃料，随着石油、天然气的不断开发和电力供应的充足以及其他能源，如地热、核供热等的出现，使各种能源进入供热行业成为可能。 当前，节能与环保已成为当今时代要面临的两大主题。我国的锅炉目前以煤为主要原料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一，在日本和欧美等发达国家，石油和天然气已成为第一能源，占能源消费的百分之六十，燃油和燃气锅炉以逐渐取代燃煤锅炉，对风机和水泵等典籍的变频控制已相当成熟，自20世纪90年代以来，随着大型可编程控制器，单片机和模糊控制，自适应控制等智能控制算法的发展应用，锅炉控制水平大大提高，以实现优化控制。 国内对锅炉控制研发的起步较晚，使用80年代初期，国内研发锅炉控制比较成熟的企业有上海科比公司，南京仁泰公司等。此外还有些科研院校和企业开发各种智能锅炉控制系统，如清华大学动力工程和控制学院为亚运村北辰供热厂热水锅炉的改造开发的锅炉控制系统，采用“一控四”方案，即一台主机控制四台锅炉。 尽管对锅炉的研发和推广已取得了很大的进步，但仍然存在一些问题： （1）大多数现有的锅炉控制系统所控制的还是开关量的控制。如风机，炉排和水泵的开关或阀门的控制，不能对它们精确联系的控制，控制手段单一，控制精确度低。 （2）锅炉控制系统的控制方案不合理，锅炉控制器一旦出现故障，智能采取系统断点处理，进行人工操作，若锅炉系统的传感器，变送器等设备出现故障时，温度，压力参数就无法达到设定。 （3）我国自70年代末开始，锅炉的微机控制开始成熟起来，但主要实现仪表显示，报表打印等功能，并为实现锅炉自动控制。 目前发展趋势：燃气壁挂炉在中国已有十二年的使用历史。从2005开始国产品牌如雨后春竹般得相继冒出。所有国产机广告宣传语都已中意（德）合资为基础。抢夺整个家庭供暖市场。最早国内品牌为 “半球”"小松鼠"为代表。迪森是和意大利利雅路公司合作、随后技术的引进有了自主品牌小松鼠。 以现有的市场状况、国内品牌已占据小半江山。只是在技术革新、研发、质量上无法同步与欧洲、 限制了其发展性。欧洲已德国机最为可信度高、如：威能、菲斯曼、博士、其质量可靠，技术领先。意大利为：贝雷塔、八喜、依玛、阿里斯顿、国产为：万和、小松鼠、创尔特等；从整个市场来看、壁挂炉在北方省会城市品牌已趋于稳定、随后也将扩展与二级市县级地区。壁挂炉销量上多以欧洲品牌为主。南方市场已进入快速发展阶段、品牌塑造已基本成型，也步入稳定。 |
三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证 |
温度模块：采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。DS18B20 的测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625 ℃。DS18B20是Dallas半导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。一线总线将独特的电源和信号复合在一起，并仅使用一条线，每个芯片都有唯一的编码，支持联网寻址，简单的网络化的温度感知，零功耗等待等特点。 DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。 所以比设计中选用DS18B20温度传感器，节省了A/D转换器，同时也节省了I/O输出口，误差小，测量准确。 显示电路模块：使用动态显示，节省了I/O输出口，但是此方法需加外加外部驱动以此增加输出电流来更好的驱动数码管显示，电路简单，成本稍高，需要特定的编程来完成动态刷新。本设计中使用的是动态显示，因为没有太多的输出口来完成静态显示，故选动态显示。 报警模块：按照设计要求，当温度低于下限或高于上限时，应具有报警功能。这样就可以用一只蜂鸣器作为三极管VT1的集电极负载，当VT1导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；VT1截止时，蜂鸣器不发声。 |
四、预期结果（或预计成果） |
1、主要有温度检测、按键控制、温度控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现供暖控制。 2、系统的性能要求所设计的控制系统用于控制温度的范围在15℃-20℃。 3、能够显示设定温度和显示实际温度。 4、系统有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。 5、所选器件具有通用性和普遍性，即在系统出现故障时在市场能到替代品。 6、系统留有扩展余地，以便功能的扩展和升级。 7、提供毕业设计论文，包括硬件设计和软件设计及仿真结果。 |
五、研究进度安排 |
2012.2.25---3.10 收集材料熟悉设计要求 能量传送器2012.3.11---4.15 初步拟定设计方案 空调控制板20012.4.16---5.10 撰写毕业设计文稿 20012.5.11---5.23 定稿、打印、装订成册 20012.5.24---5.27 准备毕业答辩 |
6、主要参考文献 |
[1] 邹振春主编.单片机原理及接口技术.机械工业出版社.2004 [2] 张毅刚.彭喜元.彭宇等.单片机原理及应用.第二版.高等教育出版社.2010 [3] 李珍.付植桐编.单片机原理及应用技术.清华大学出版社.2005 [4] 孙媛.刘丙年.单片机原理及应用.第一版机械工业出版社.2010 [5] 李明.徐向东.用容错技术提高锅炉控制系统的可靠性[J]清华大学学报.1999.10 [6] 徐爱钧编著.单片机原理实用技术—基于proteus虚拟仿真.电子工业出版社.20006 [7] 董少明主编.单片机原理及应用技术.北京理工大学出版社.2009.8 [8] 袁希光等.传感器技术手册[M].北京国防工业出版社.1986 [9] 张洪润.张亚凡.传感技术与应用教程[M].清华大学出版社.2005 [10] 松井邦彦[日]著. 梁瑞林[译].传感器实用电路设计一制作[M]科学出版社.2005 [11] 李光飞.楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京航空航天大学出版社.2004 [12] 李明.徐向东.用容错技术提高锅炉控制系统的可靠性[J]清华大学学报.1999.10 |
七、审核意见 |
指导教师对开题的意见： 本系统是研究基于单片机的家庭供暖燃气锅炉温度控制系统设计，主要以温度传感器DS18B20从室内环境的不同位置采集温度，单片机AT89C52获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过壁挂燃气锅炉锅炉燃气供应通道的开启与关闭对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器关闭锅炉燃气供应通道(降温)，当采集的温度经处理后低于设定温度的下限时,单片机通过三极管驱动继电器开启升燃气供应通道幼儿园门禁(加热)。控制系统通过传感器检测到的温度，经一定的控制算法给出控制信号，调节进气量和锅炉炉火的大小，进而调节锅炉的出水温度，从而完成室温的调节。该系统控制结构简单，控制安全可靠，操作方便，符合毕业设计要求，建议开题！ 指导教师签字： 年 月 日 |
院系审核意见： 审核人签字： 年 月 日 |
本文发布于:2024-09-22 16:38:57，感谢您对本站的认可！
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