工业锅炉控制系统软件毕业设计论文.docx

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工业锅炉控制系统软件毕业设计论文

摘要

本设计综合运用单片微型计算机技术与嵌入式自动化程序控制编程技术和语音合成技术，能独立完成对工业现场的中小型锅炉的直接控制，并且能用汉语语音提示及报警；能接收工业现场的传感器信号，输出控制工业常规物理量，如：

压力、温度、液位、流量、进料、出料等；能根据用户工业现场的实际需要，设定上限、上极限、下限、下极限，定位设定准确，控制精度高等；强电、弱电之间采用了光电隔离，抗干扰能力强。

属中小型链条式工业锅炉用的新型测控装置。

根据该设计开发成产品后，能广泛应用于工业和生活用锅炉，能对蒸汽锅炉或热水锅炉的引风机、鼓风机、炉排、水泵等进行自动化程序控制。

关键词：

语音合成抗干扰技术锅炉自动控制

Abstract

Thisdesignsynthesizestomakeuseofsingleslicemicrocomputertechniqueandthespeechsynthesistechniquewiththeembeddedautomationprocedurecontrol,canindependentcompletiondirectcontrolofthesmallscaledboilerontheindustryspot，andcanhintandreporttothealarmwiththeChineselanguagespeech.Whichcanreceivesensordatefromtheindustryspot,outputthenormalindustrialcontrolphysicsquantity,suchas：

pressure,temperature,liquid,flow,entermaterial,outmaterialetc.whichcanenactmentupperlimit,ascendextremelimit,descendlimitanddescendextremelimit,accordingtotherealdemandoftheindustrialspotofthecustomer.Thefixedpositionsetaccurate,controlaccuracyhighetc.Thestrongelectricity,weakelectricityadoptedthelightelectricityinsulatetechnique,theanti-interferenceabilityisstrong.Itisthenewmeasurecontroldeviceofthemedium-smallscaledindustrialChainboiler.

Afterproducttheproductaccordingtothisdesign,itcanbeapplyintheindustryandlifeboilerextensively,cancarryonautomatingprocedurecontrolonthesteamboilerorthehotwaterboilerontheleadmachine,thedrumbreezemachine,stoverow,thewaterpumpetc.

Keywords：

SpeechsynthesistechniqueAnti-interferencetechnique

Automaticboilercontrol

1绪论

1.1设计背景

目前我国的燃煤锅炉数量众多，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/4，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。

国家在第10到第11个五年计划的科技创新指南中，对光机电一体化、资源与环境、新能源与高效节能的指导性设计中明确指出：

需要开发研制自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻环境污染、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置。

要求节煤率达到5％以上，装置投资的回收期在l年以内，采暖锅炉为3年以内。

如中小型链条式工业锅炉用的新型测控装置。

因此这个设计有现实意义且市场前景良好。

锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：

1.直观而集中的显示锅炉各运行参数。

能显示液位、压力、温度的状态。

.2.在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数。

可以方便的改变液位、压力、温度等的上限、下限。

3.提高锅炉的热效率。

采用计算机控制后热效率可比以前提高5一10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5％计，全年节煤800吨。

4.锅炉系统中包含鼓风机、引风机、给水泵等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。

通过对风机、水泵进行微机控制可以平均节电达到30％一40％。

5.作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。

在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警和自动连锁停炉。

杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。

综合以上种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。

单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。

工业控制系统的工作环境恶劣，干扰强。

故要求控制系统的工作稳定、抗干扰能力强。

单片机能满足这些要求，因此单片机在控制领域得到了广泛的应用。

使用单片控制锅炉是很好的选择。

1.2国内外研究现状

目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中，取得了很大的成绩，总结了很多经验。

但在这个行业，仍处于发展期。

经调查，北京、天津的高校、科研院所在这方面开展的工作更看重的是理论、算法，研究出来的成果是论文的较多，看重在生产实际应用的较少：

在上海，新型单片机测控装置与系统的研究、生产基础较雄厚，在生产中需要新型测控装置与系统，也就努力研究、开发。

因此，上海的工程技术和科研人员需要的是应用技术，更看重的是生产实际应用，对研究理论、算法、成果是论文的较少；深圳在研制新型测控装置与系统领域也比较有成绩，尽管与其他国家开发者比尚有距离，但是，深圳的高校、科研院所的最大特点就是实际，与生产实际应用项目无关的问题基本上不去考虑，这里的工程技术和科研人员关心的不是理论、不是算法、不是论文，而考虑，是用什么材料、测控什么物理量、优点是什么、与机器设备的通讯接口等等。

一些发达国家在单片机新型测控装置与系统研究、制造、应用上，己积累了经验，奠定了基础，进入了国际市场。

我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上，有一定的基础，与其他发达国家相比还存在距离，但是，我国的科研人员能够克服很多困难，有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平，这是发展趋势。

1.3系统简介

随着国内外单片机技术的发展，经过市场调研、比较权衡，我们决定用市场使用广泛的INTEL的80C31芯片做为锅炉控制系统的处理器，用联华公司的UMS100做为系统的语音报警芯片。

80C31采用40引脚的直插封装，有四组I/O口P0、P1、P2、P3，其中P0、P2可用于输出地址，因此80C31的寻址空间为64K。

UM5100是UMC推出的较早的语音合成芯片，用于语音信号的纪录和再生，使用的存储器为SDRM或EPROM。

UM5100是40脚双列DIP，语音再生质量高，是用低功耗的CMOS工艺制成的，3v-6v供电，采样速率为10K-28K，适合作为8031的语音合成芯片。

存储器采用EPROM型的27C512。

因为语音要占大量的空间，因此我们选用存储空间为64K的存储器。

本设计所设计的系统具有以下几个性能特点：

1．可设置温度的上、下限。

2．可设置压力的上、下限。

3．可设置液位的上、下限。

4．可设置压力的上极限。

5．可设置液位的下极限。

6.220V50HZ交流电源供电。

7．可接收8个传感器信号。

8．可设置鼓风机的开、关。

9．可设置引风机的开、关。

10．可设置炉排的开、关。

11．可设置水泵的开、关。

12．单片机用INTEL的80C31。

13．存储器用64k的EPROM27C512。

14．语音芯片用UMC的UM5100。

15.可显示液位是否高于上限，低于下极限，低于下限。

16.可显示压力是否高于上限，高于上极限，低于下限。

17．可显示温度是否高于上限，低于下限。

18.可语音报警，液位是否高于上限，低于下极限，低于下限。

19.可语音报警，压力是否高于上限，高于上极限，低于下限。

20．可语音报警，温度是否高于上限，低于下限。

2开发环境简介

2.1PROTEL简介

Protel是电子电路设计软件，它能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。

今天的protel99SE软件已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，

protel99SE的功能共分5个模块，即原理图设计、PCB设计、自动布线、原理图混合信号仿真和PLD设计。

下面就介绍protel的使用。

1.启动protel99SE

图2-1protel99SE启动后的主窗口

2.protel99SE的菜单栏

2.1“文件”菜单用于文件的创建、退出、打开等操作。

【新建】：

该操作用于新建一个设计文件，文件的后缀名为“.ddb”。

【打开】：

该操作用于打开一个已经存在的protel文件，文件后缀名除了可以是“.ddb”外，还可以是“.sch”或“.pcb”。

【退出】：

该操作用于退出protel99SE软件。

2.2“视图”菜单用于相应功能窗口的打开与关闭。

【设计管理器】：

用于启动∕关闭设计管理器。

【状态栏】:

用于启动∕关闭状态栏。

【命令状态栏】：

用于启动∕关闭命令状态栏。

2.3“帮助”菜单用于打开各种帮助信息。

3.protel99SE的工具栏

实际上是菜单栏菜单中的部分内容。

用于启动∕关闭设计管理器。

用于打开一个已经存在的protel文件，文件后缀名除了可以是“.ddb“外，还可以是“.sch”或“.pcb”。

用于打开各种帮助信息。

4.protel99SE的状态栏

用来在进行设计时显示各种设计信息。

5.“Server”菜单

是protel软件特有的菜单。

Servers菜单：

主要为用户提供一些服务器安装方面的服务，用户可以通过此菜单添加新的服务器或删除已有的服务器。

Customize菜单：

允许用户对资源进行定制，用户通过此菜单可以对当前使用的菜单、工具栏及快捷键进行定制。

Preferences菜单：

允许用户对系统进行参数选择，通过此菜单用户可以选择是否在存储文件时同时进行备份，是否在文件关闭时记忆当前的状态，以便下一次打开此文件时自动进入该状态，以及是否进行文件自动存储、系统字体设置等方面的内容。

Designutilities菜单：

用来对资料库中文件进行维护，当用户经常在一个资料库中加入或删除文件时，该资料库就有可能被分成很多小碎片，从而使文件的运行速度降低，此时，用户就可以利用该菜单的compact项来进行资料库的压缩，另外在资料库被损坏后，用户同样可以利用repdair项来进行修复。

Runscript菜单：

用来将资料库添加到explorer管理器中。

Runprocess菜单：

包含其他编辑器中的所有命令。

Security菜单：

用来供用户对编辑器进行添加密码和取消密码。

2.2使用PROTEL画原理图

图2-2画原理图状态界面

画原理图分为以下几步：

第一步，依次打开file菜单，点新建命令，选择schematic，界面如2-2。

第二步，放入元件，打开library面板，选择需要的元件，如果我们要的元件在library未包括，我们还要添加元件库，单击libraries选项来完成元件库的添加；如果软件给的元件库中没有我们要的元件，则要自己动手建元件库，方法是在新建时选择Schematilibrary选项而非Scheoatic。

第三步，连接元件。

单击工具栏的Wire按钮，光标变成“+”型，这时处于连线编辑状态，当出现红色的十字的时候表示和元件己经电器连接，我们可以把鼠标指向任意方向来指向要连接的元件，单击左键完成这次连接，单击右键则取消连线编辑状态。

第四步，画总线，放置总线入口。

各元件要通过总线连在一起，总线和连线要通过总线入口连在一起。

如图2-4所示，LED通过导线总线入口和总线连接，图中a11是标号，它起实际的电器连接作用，一定不能忘记放标号

图2-3打开Library面板

图2-4导线通过总线入口和总线连接

第五步，保存文件到工程。

2.3软件开发环境

本设计的软件开发环境为Wave6000，即使用伟福6000系列仿真器调试程序，界面如图2-5所示

图2-5Wave6000调试环境

一、文件（F）

包括：

“打开文件”、“保存文件”、“新建文件”、“另存为”、“从新打开”。

仿真器设置包括仿真器类型，仿真头类型，CPU类型，显示格式和产生的目标文件类型可以用以下几种方法设置仿真器。

1在项目窗口中双击第一行，将打开仿真器设置窗口，对仿真器进行设置。

2按鼠标右键，在弹出菜单中选择仿真器设置。

3主菜单仿真器|仿真器设置，加入模块文件。

4按鼠标右键，在弹出菜单中选择加入模块文件。

5主菜单项目|加入模块文件加入包含文件。

6按鼠标右键，在弹出菜单中选择加入包含文件。

7主菜单项目|加入包含文件。

二、编辑（E）

编辑|撤销键入

取消上一次操作

编辑|重复键入

恢复被取消的操作

编辑|剪切

删除选定的正文，删除的内容被送到剪贴板

编辑|复制

将选定的内容，复制到剪贴板上

编辑|粘贴

将剪贴板的内容插入光标位置

编辑|全选

选定当前窗口所有内容

三、搜索（S）

搜索|查找

在当前窗口中查找符号，字串

搜索|在文件中查找

可以在指定的一批文件中查找某个关键字

搜索|替换

在当前窗口查找相应文字，并替换成指定的文字。

搜索|查找下一个

查找文字符号下一次出现的地方

搜索|项目中查找

在项目所有模块中查找符号，字串

搜索|转到指定行

将光标转到程序的某一行。

搜索|转到指定地址

将光标转到指定地址或标号所在位置

搜索|转到当前PC所在行

将光标转到PC所在的程序位置

四、执行（R）

执行|全速执行

运行程序

执行|跟踪

跟踪程序执行的每步，观察程序运行的状态

执行|单步

单步执行程序

执行|执行到光标处

程序从当前PC位置，全速执行到光标所在行

执行|暂停

暂停正在全速执行的程序

执行|复位

终止调试过程，程序将被复位，如果程序正在全速执行，则应先停止

执行|设置PC

将程序指针PC，设置到光标所在行

执行|自动单步跟踪

模仿用户连续按F7或F8单步执行程序

执行|编辑观察项

观察变量或表达式的值

五、窗口（W）

窗口|刷新

刷新打开的所有窗口，及窗口里的数据

窗口|信息窗口

显示系统编译输出的信息，如果程序有错，会以图标形式指出

窗口|观察窗口

项目编译正确后，可以在观察窗口中看到当前项目中的所有模块

窗口|CPU窗口

反汇编窗口的弹出菜单

窗口|数据窗口

数据窗口根据选择的CPU类型不同，名称有所不同

图2-6Wave6000软件中的变量观察

窗口|断电窗口

通过断点窗口可以管理项目内的断点，可以在断点窗口中直观地看到断点的行号，内容，可以通过断点迅速定位程序所在的位置。

窗口|书签窗口

通过书签窗口可以管理项目内的书签，在项目中迅速定位程序位置。

窗口|跟踪窗口

显示跟踪器捕捉到的程序执行的轨迹，其中可以看到帧号，时标，反汇编程序，对应的源程序和程序所在的文件名。

窗口|工具条

通过工具条，可以打开、关闭菜单上的各功能的快捷按钮

窗口|排列窗口

对打开的程序进行管理，可叠排、竖排、横排、最小化源程序窗口

六、外设（L）

外设|端口

设置或观察当前端口的状态

外设|定时器∕计数器0

定义或观察定时器∕计数器0

外设|定时器/计数器1

定义或观察定时器/计数器1，通过定义定时器/计数器的工作方式，自动生成相应的汇编/C语言。

可以“复制/粘贴”到你的程序中。

外设|定时器/计数器2

定义或观察定时器/计数器2，通过定义定时器/计数器的工作方式，自动生成相应的汇编/C语言。

可以“复制/粘贴”到你的程序中。

外设|串行口

定义或观察串行口的工作方式，可以观察串行口的工作方式是否正确，也可以定义串口的工作方式，自动生成串口初始化程序。

（串口的波特率的时钟为仿真器设置中“使用伟福软件模拟器”的晶体频率，见“仿真头设置”）

外设|中断

管理或观察中断源，也可以辅助生成中断初始化程序。

七、仿真器（O）

仿真器|仿真器设置

[编译器路径]:

指明本系统汇编器,编译器所在位置,系统缺省51系列编译器在

C:

\COMP51\文件夹下,缺省96系列编译器在C:

\COMP96\文件夹下.本系统使用的编

译器为第三方软件,你应从其它途径获得.

[ASM命令行]:

若使用英特尔汇编器,则需要加上所需的命令行参数。

若使用伟福汇编器,则需要选择是否使用伟福预定义的符号.在伟福汇编器中已经把51/96使用的一些常用符号,寄存器名定义为相应的值.如果你使用伟福汇编器,就可以直接使用这些符号.如果你自己已经定义了这些符号,又想使用伟福汇编器,就将“使用伟福预定义符号”前面的选择去掉.

[C命令行]:

项目中若有C语言程序,系统进行编译时,使用此行参数对C程序进行编译.

[PL/M命令行]:

项目中若有PL/M语言程序,系统编译时,就使用此行参数对程序进行编译.

[LINK命令行]:

系统对目标文件链接时,使用此参数链接.

注:

除非你对命令行参数非常了解,并且确实需要修改这些参数,一般情况下,不需

要修改系统给出的缺省参数.以免系统不能正常编译.

[编译器选择]:

选择使用伟福汇编器,还是英特尔汇编器,系统对C语言程序和PL/M语言编译是采用第三方编译器.一般情况下,如果用户项目中都是汇编语言程序,没有C语言和PL/M语言,选择伟福汇编器.如果用户项目中含有C语言,PL/M语言,或者汇编语言是用英特尔格式编写的,就选择英特尔汇编器.

目标文件设置

[选择仿真头]:

框内为相应仿真器能支持的仿真头类型,选择所使用的仿真头.

[选择CPU]:

框内为选择的仿真器和仿真头能等进行仿真支持的CPU.

[使用伟福软件模拟器]:

使用伟福软件模拟器,可以在完全脱离硬件仿真器情况下,对软件进行模拟执行.如果使用硬件仿真器,请不要选择使用伟福软件.

[晶体频率]:

在使用伟福软件模拟功能时,用来计算在软件模拟环境下程序执行时间。

在外设中串行口的波特率也是依据此频率计算出的。

[仿真头设置]:

可以设置该仿真头的特殊功能。

包括仿真空间，看门狗，加密位等等.

仿真头（POD）类型不同,设置内容有所不同.（见仿真头设置）

如果按照以上方式,定义好后,系统已经将控制字写入2018H及201AH（MC/MD）单元,即使用户在程序中自己定义控制字,系统并不采用,而是用此对话框设置为准,所以用户在仿真时和生成目标代码时,请用此对话框设置196系列的控制字

八、帮助（H）

帮助|关于

帮助|CHINESE

选择中文或英文显示方式，适应不同操作系统的需要。

帮助|安装MPASM

辅助用户安装Microchip的汇编器。

将伟福BIN文件夹下的MPASM复制到指定的文件夹里。

利用此软件环境进行系统硬件调试一般分以下几部：

1．建立新程序：

选择菜单[文件|新建文件]功能，在NONAMEI源程序窗口内输入程序代码。

2．保存新程序：

选择菜单[文件|保存文件]或[文件|另存为]功能，将新文件保存。

3.建立新项目：

选择菜单[文件|新建项目]功能，分3步走：

加入模块文件、加入包含文件、保存项目。

4.设置项目：

选择菜单[文件|仿真器设置]功能或按仿真器设置快捷图标，打开仿真器设置对话框设置仿真器。

5.编译程序：

按F9键编译写好的程序。

6．单步调试程序：

按F7键单步调试程序

7.连接硬件仿真：

按说明书将仿真器连到计算机，将仿真头连到仿真器。

3基本概念与芯片介绍

3.1基本概念

3.1.1单片机的基本概念

单片微型计算机简称单片机，是早期SingleChipMicrocomputer的直译，它忠实地反映了早期单片机的形态和本质。

随后，按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围电路和外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU。

鉴于它完全作嵌入式应用，故又称之为嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。

国内由于单片机一词已约定俗成，仍沿用至今，但应将单片机的“机”理解成为微控制器而不是微计算机。

二十世纪七十年代单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。

计算机两大分支的产生大大促进了现代计算机技术的飞速发展。

通用计算机系统以发展海量高速数值计算为己任，不必兼顾控制功能，其数据．急线宽度不断更新，迅速从8位、16位过渡到32位、64位，不断完善其通用操作系统，突出发展海量高速数值计算能力，并在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛的应用：

单片机则以面向对象的实时控制为己任，目前仍以8位机为主流，不断增强控制能力，降低成本，减小体积，改善开发环境，以空前的速度迅速而广泛地取代经典电子系统。

单片机具有体积小、重量轻、功能强、功耗低、运行速度快、抗干扰能力强、性价比高、可靠性高等特点，结构灵活，数据基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控制等场合，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，在过程控制、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。

单片微型计算机经历了1位、4位、8位、16位及32位的发展阶段，世界上一些著名的半导体器件厂家都开发了单片微型计算机，如Intel、Motorola、21