发布时间 : 星期日 文章工业锅炉过热蒸汽温度控制系统设计(大学本科毕业设计)更新完毕开始阅读7fcd10380622192e453610661ed9ad51f01d54a8
山东科技大学学士学位论文 系统硬件电路设计
盘仅提供按键开关的工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛应用。该系统采用普通非编码键盘，具体电路如图3.7所示。
显示电路，在单片机系统中，常用LED数码管来显示各种数字或符号。由于它具有价钱低廉，性能稳定，显示清晰，亮度高，使用电压低，寿命长等特点，所以应用非常广泛。本设计就选用8段LED数码管来显示。LED数码管的结构简单，以本文所用的八段共阴管为例，它有8个发光二极管(其中一个用来显示SP，即显示点)，每个发光二极管的阴极或阳极连在一起，这样，一个LED数码管就有1根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平进行控制。一般的显示电路由多个数码管构成，根据位选线和段选线的连接方式的不同，单片机对LED显示管的显示主要有 静态显示和动态显示两种方式，静态显示是各个LED管上能稳定地同时显示各自的字符并维持不变，直到显示下一个字符为止；动态显示是指各个LED数码显示管轮流地一遍一遍显示各自要显示的字符，利用人眼视觉的暂留效果，感觉所有的LED管均被点亮，获得稳定的视觉效果，从而可以实现字符的显示功能。考虑到编程的方便等因素，本设计采用静态显示方案。选用四个LED数码管，如果用并行连接方式，显然51单片机的管脚都用来做显示都不够了，因此我们选用串并转换芯片74HC164用在显示电路上。
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图3.8 74HC164 管脚图 74HC164是高速CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引脚兼容。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（A或B）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（A和B）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。74HC164管脚图如图3.8所示。
在设计电路时将片选段MR直接接到电源VCC上，即芯片一直被选用。将四个芯片的时钟端CP并连在一起，接到单片机的普通I/O口上，由于通信的缘故，只能用普通I/O口来模拟74HC164所需的时序。然后将A、B端并接，作为串行数据的入口。将前一个74HC164的最高位Q7接到下一个74HC164的串行输入端即A、B并联端，从而解决了串入并出的问题。显示部分电路设计如图3.9所示。
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U1P0412ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213109854237D1abcdefgDPAA16VCCP05VCC89CLKMR74HC164Dpy Green-CAU212ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213109854237D2abcdefgDPAA168VCC9CLKMR74HC164Dpy Green-CAU312ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213109854237D3abcdefgDPAA168VCC9CLKMR74HC164Dpy Green-CAU412ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213109854237D4abcdefgDPAA168VCC9CLKMR74HC164Dpy Green-CA 图3.9 显示部分电路图 另外，电路中还设计了声光指示报警电路，用于系统工作状态的指示以及在系统出现异常时能及时的反映到界面上。声光指示电路如图3.10所示。
VCCVCCVCCDS2LED0DS3LED0DS4LED0VCCLS1R61KR71KR81KBuzzerBUZZERR91KQ3NPNled0图3.10 声光指示部分电路图 led1led2 23
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3.5输出控制模块电路设计
系统对温度控制采用双向可控硅调功的方式实现。通常，采用可控硅进行功率调节的方式有两种：可控硅调压方式和可控硅调功方式。前一种方法是控制可控硅的导通角，用同步检测电路检出电网电压信号的过零点，并形成同步过零信号。根据控制器输出的信号，延时脉冲发生电路调节触发脉冲相对一于电网过零点的延迟时间，从而实现对电压的调节，达到调节功率的目的。此方式电路复杂且易造成电网污染。本系统采用了PWM调功方式，这种方法把可控硅导通的起始点始终限制在电源电压过零点，抑制了高次谐波分量的产生，避免电压瞬间大幅度下降。具体的功率调节过程为：由带过零触发检测单元的可控硅驱动器检测电压的过零点，在电压每次过零时控制其本周期是否导通。在固定控制周期Tc内，假设这个控制周期Tc=1S，即有50个电压周波，那么就可以通过改变加在电阻丝上交流电压周波的个数来调节加热器的发热量。若实际导通周波个数为n，则加热器的平均输出功率为：
P?Pmax*n 式(3.2) 100式中，Pmax为可控硅全导通时电阻丝或喷水阀获得的最大功率，n为每个控制周期导通的周波数，由式可知，电路输出功率P与n成正比，在Tc=1S，即有50个电压周波的条件下，n=0代表停止加热，n=100代表全速加热。可控硅调功方式的示意图如图3.11所示，由图可以看到，调功方式不控制元件的导通角，只是控制加在元件上的周波数，因此此法更适合需要功率调节的场合。
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