文档介绍：第1章方案论证
储能式电暖气的基本工作原理
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本系统利用单片机及外围电路构成一个控制系统,其中单片机作为系统的主控制器,通过传感器电路和定时电路来满足题目要求,即在取暖月份里每天定时加热7小时,时间是当日晚22点~次日凌晨5点;电热管加热最高温度为800℃。同时将时间和温度通过LCD显示出来。键盘实现时钟时间的调时功能。
储能式电暖气的基本工作原理是通过温度检测元件对加热管的温度进行测量,并将这个温度经过一系列处理,如信号放大、A/D转换、温度补偿等,再将该信息传递给单片机,以实现单片机对温度的控制作用。在单片机内部会通过软件程序设定一个温度值800℃作为温度上限,输入进来的当前温度会与设定值的温度值进行比较,从而控制加热系统的操作,使温度最终达到题目的要求。定时电路的原理是设定在22:00-5:00夜间低谷电力价位时间段内进行加热,也就是通过时间来控制加热系统的工作情况。其中单片机根据传感器的温度情况控制继电器和单片机根据定时电路的时间情况控制继电器,但定时电路对继电器控制的优先级别高于温度对继电器的控制。即只有在规定时间内才能对加热管进行加热,否则即使在温度低于规定值时也不加热。
储能式电暖气工作原理框图
方案1
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本系统主要部分为控制电路部分、加热电路部分和测量电路三部分。控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号,发出相应的指令来控制可控硅,是系统的核心。8051对温度的控制是通过可控硅调节功能电路实现的。在给定的周期T内,8051只
要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率,从而达到调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。,受过零同步脉冲同步后经光耦合管和驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种50Hz交流电压过零时刻的脉冲,可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到控制电路中,另一方面还作为计数脉冲加到8051的T0和T1端。加热电路用来实现对系统的升温加热达到预定的温度。根据检测温度是否达到要求,控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电。测量电路功能为将测量到的信号经过处理变成数字信号送入单片机中进行处理,主要由温度检测和变送器组成。单片机内部完成时钟和定时功能,时钟为24小时制,定时是实现从22:00——5:00七个小时的定时功能,最终将温度值和时间值通过显示器显示出来。除上述电路部分,89C51还要连接ADC0809等接口芯片,ADC0809为温度测量电路的输入接口,用于把连续变化的信号进行离散化。
方案1系统框图
方案2
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本系统的功能通过单片机内部软件控制来实现。温度传感器采集温度是通过单片机内部软件来控制继电器的开断,从而控制加热管的加热情况。热电偶对加热管进行测温,将热电偶输出的热电势经放大电路放大后再经过A/D转换,输入到单片机,单片机内部软件程序将其与设定值进行比较,再对继电器的状态进行控制,最终达到题目规定的要求温度。定时电路方面也通过单片机来设定通电时间,控制继电器的开断
状态。两个电路部分均可控制继电器的状态,时钟的时间显示和实时温度都显示在LCD液晶显示屏上。
方案2系统框图
方案比较
方案1 主要由外部电路将温度信号通过变换器和A/D进行处理,再将信号输入给单片机,需要用到可控硅、脉冲产生和PID算法,比较复杂;方案2将功能的实现都由单片机内部的软件程序来完成,节省了外部器件资源,操作简单提高了工作效率。
结论
通过上述方案的比较最终确定选择方案2。
温度传感器的选择
对于温度传感器,最常见和常用的是美国DALLAS公司最新推出的DS18B20温度传感器,它内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路等,内部集成度高,功能强大。但其测温范围为-55-125℃,而我们需要测量的是中高温区0-800℃,DS18B20无法满足系统要求,因此我们考虑用热电偶作为温度传感器。J型和K型热电偶在中高温的测量中都应用广泛,其中J型热电偶又称铁-康铜热电偶,是一种价格低廉的廉金属的热电偶。J型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~
1200℃,但通常使用的温度范围为0-750℃。既可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃),也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃),并且耐CO等气体腐蚀,多用于炼油及化工。K 型热电偶也具有线