【精品】基于51單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、【精品】基于51單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 摘 要 本文主要設(shè)計了一種鍋爐液位控制它作為控制器通過單片機壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法實現(xiàn)具有液位檢測報警和控制雙重功能本系統(tǒng)在設(shè)計中主要有水位檢測溫度檢測壓力檢測按鍵控制水位控制顯示部分故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)控制主要用位傳感器檢測位用溫度傳感器來檢測水溫用個控制按鍵來實現(xiàn)按健控制用三位7段led顯示器來完成顯示部分用來控制泵的用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入單片機中把這些信號與單片機中內(nèi)部設(shè)定的值相比以判斷單片機是否需要進行相應的操作即是否需要開啟水泵來實現(xiàn)對液的控制從而實現(xiàn)單片機自動控制液的

2、目的本設(shè)計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐液位溫度和壓力的控制而且有造價低程序易于調(diào)試一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作維修方便等優(yōu)點abstract designed in this paper is a boiler liquid level controll system which stc89c52 as a controller through hardware and software design such as stc89c52 single chip temperature sensorpressure sensor and adc a system of digital disp

3、lay reach to liquid level detection and alarm dual function control the design of the system are mainly include the water level detection temperature detection pressure detection key control water level control display fault alarm such as a few parts to achieve the level control detection of the mai

4、n level with the water level sensors temperature sensors ds18b20 is used to detected water temperature with three control buttons to achieve the health control with three 7 led display to complete the display using moc3041 triac to control the circulating pump switch with pressure sensors detect the

5、 internal pressure of the boiler through analog-to-digital conversion take these signals into the single chip these single-chip signal and the internal set of values compared to determine the need for the corresponding single-chip operation namely the need to open the pump to achieve the level of co

6、ntrol thus in order to achieve the purpose of automatic control by single-chip solution the design is easy to implement single-chip boiler liquid level control temperature and pressure control and its low cost and easy to debug the procedure part of the failure will not affect other parts of the wor

7、k maintenance convenience and so onkey wordsstc89c52 single chip microcomputer level controldisplayalarm目錄第一章 緒論111鍋爐液位控制的背景112鍋爐液位控制國內(nèi)外發(fā)展概況2121國內(nèi)發(fā)展概況2122國外發(fā)展概況213本課題研究目的及意義314 系統(tǒng)簡介3第二章主要芯片介紹521單片機stc89c52介紹5211 stc89c52單片機的外部引腳說明5212 stc89c52rc單片機的中斷系統(tǒng)7213 選擇使用stc89c52rc的原因922芯片74ls164介紹9221 74ls16

8、4的引腳圖及引腳功能10222 74ls164的內(nèi)部功能圖10223 74ls164的真值表11224 74ls164有如下特點1123 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad080912231 adc0809的邏輯結(jié)構(gòu)12232 adc0809 的通道選擇12233 adc0809的引腳圖及各引腳作用1324 溫度傳感器ds18b2014241 ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖14242 ds18b20技術(shù)性能描述15243 ds18b20的溫度處理過程1625 led數(shù)碼管顯示17251 led數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)18252 led數(shù)碼管顯示器的顯示段碼18253 led顯示器的參數(shù)19第三章鍋爐液位控制的硬件設(shè)計

9、2131系統(tǒng)硬件設(shè)計的總體方案及框圖21311系統(tǒng)硬件設(shè)計總體方案21312 系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖2132 鍵盤控制電路設(shè)計2233 復位電路設(shè)計2334 顯示電路的設(shè)計24341靜態(tài)顯示24342 動態(tài)顯示25343 該設(shè)計中顯示電路的選擇2535 液位控制電路的設(shè)計26351 液位控制電路的工作原理及液位控制狀態(tài)圖26352 液位控制的控制電路27353 液位控制中的虛假水位2836 測溫電路及溫度傳感器的選擇31361 溫度傳感器的選擇31362 溫度檢測電路32第四章軟件設(shè)計及試驗運行結(jié)果和討論3341 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3342試驗調(diào)試及運行結(jié)果34421硬件調(diào)試34422軟件調(diào)試3542

10、3 軟硬件實時調(diào)試35424系統(tǒng)實際調(diào)試結(jié)果3643試驗中遇到的問題及討論36論文小結(jié)38致謝40參考文獻41附錄一 設(shè)計程序清單42附錄二 電路原理圖51附錄三 硬件實物圖52代做本論文畢業(yè)設(shè)計實物代做?？票究聘鱾€專業(yè)畢業(yè)論文代做電子機械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計完全按照畢業(yè)設(shè)計指導書做指導畢業(yè)答辯淘寶交易zylwcc2005taobaocom 1226388638第一章 緒論11鍋爐液位控制的背景目前我國的燃煤鍋爐數(shù)量眾多我國現(xiàn)有中小型鍋爐30多萬臺每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的14目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高浪費大環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)國家在第10到第n個五年計劃的科技創(chuàng)新指南中對光機電一體化資源與環(huán)

11、境新能源與高效節(jié)能的指導性課題中明確指出需要開發(fā)研制自動化程度高節(jié)能潛力大提高安全系數(shù)減輕環(huán)境污染減輕勞動強度價格低的新型測控裝置要求節(jié)煤率達到5以上裝置投資的回收期在1年以內(nèi)采暖鍋爐為3年以內(nèi)如中小型鏈條式工業(yè)鍋爐用的新型測控裝置因此這個課題有現(xiàn)實意義且市場前景良好鍋爐微機控制是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)它是微型計算機軟件硬件自動控制鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物工業(yè)鍋爐采用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢 1 直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(shù)能顯示液位壓力溫度的狀態(tài) 2 在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數(shù)的控制值并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)可以方便的改變液位壓力溫度等的上限下限 3

12、 提高鍋爐的熱效率采用計算機控制后熱效率可比以前提高5一10據(jù)用戶統(tǒng)計一臺20t的鍋爐全年平均負荷70以平均熱效率提高5計全年節(jié)煤800噸 4 鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風機引風機給水泵等大功率電動機由于鍋爐本身特性和選型的因素這些風機大部分時間里是不會滿負荷輸出的原有方式采用閥門和擋板控制流量浪費非常嚴重通過對風機水泵進行微機控制可以平均節(jié)電達到30一40 5 作為鍋爐控制裝置其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行減輕操作人員的勞動強度在采用計算機控制的鍋爐控制系統(tǒng)中有十分周到的安全機制可以設(shè)置多點聲光報警和自動連鎖停爐杜絕由于人為疏忽造成的重大事故綜合以上種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)

13、的大勢所趨單片機是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的cpu存儲器輸入輸出等部件單片機自問世以來性能不斷提高和完善體積小速度快功耗低的特點使它的應用領(lǐng)域日益廣泛工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣干擾強故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定抗干擾能力強單片機能滿足這些要求因此單片機在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用使用單片控制鍋爐是很好的選擇12鍋爐液位控制國內(nèi)外發(fā)展概況121國內(nèi)發(fā)展概況目前我國在單片機測控裝置研究生產(chǎn)應用中取得了很大的成績總結(jié)了很多經(jīng)驗但在這個行業(yè)仍處于發(fā)展期經(jīng)調(diào)查北京天津的高?？蒲性核谶@方面開展的工作更看重的是理論算法研究出來的成果是論文的較多看重在生產(chǎn)實際應用的較少在上海新型單片機測控裝置與系統(tǒng)的

14、研究生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚在生產(chǎn)中需要新型測控裝置與系統(tǒng)也就努力研究開發(fā)因此上海的工程技術(shù)和科研人員需要的是應用技術(shù)更看重的是生產(chǎn)實際應用對研究理論算法成果是論文的較少深圳在研制新型測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成績盡管與其他國家開發(fā)者比尚有距離但是深圳的高?？蒲性核淖畲筇攸c就是實際與生產(chǎn)實際應用項目無關(guān)的問題基本上不去考慮這里的工程技術(shù)和科研人員關(guān)心的不是理論不是算法不是論文而考慮是用什么材料測控什么物理量優(yōu)點是什么與機器設(shè)備的通訊接口等等目前國內(nèi)對鍋爐液位控制的方法大體有以下幾種1改進內(nèi)模控制算法改進之處即在itae性能指標下確定入?yún)?shù)值然后通過qxlpc-過程控制實驗裝置和西門子s7-300控制器

15、用改進內(nèi)?？刂扑惴▽﹀仩t液位進行控制結(jié)果表明這種方法具有良好的控制效果先導出了鍋爐液位的非線性模型然后基于后推設(shè)計方法和自適應模糊控制理論提出了鍋爐液位的穩(wěn)定控制律理論分析證明液位控制的跟蹤誤差收斂到零仿真結(jié)果表明該方法有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度在現(xiàn)代社會中隨著工業(yè)的發(fā)展居民生活區(qū)的集中熱力供應量的需求也越來越大蒸汽鍋爐的容量不斷提高對操作過程要求更加嚴格鍋爐的液位控制直接影響人們自身和設(shè)備的安全液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象液位過高又會使鍋爐蒸汽壓力過高發(fā)生危險傳統(tǒng)的液位控制不能進行遠距離的集中控制自動化程度低調(diào)節(jié)精度差等缺點且單靠人工操作已不能適應控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學技術(shù)的不斷進步

16、被控對象越來越復雜人們對控制精度的要求不斷提高由于被控對象和過程的非線性時變性多參數(shù)間的強耦合隨機干擾等因素使得建立被控對象的精確數(shù)學模型變得很困難在這些復雜的系統(tǒng)面前傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差更好地對鍋爐進行自動化控制同時隨著單片機技術(shù)自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展利用單片機及其外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可能而且也成為一種發(fā)展的趨勢單片機不僅有體積小安裝方便功能較齊全等優(yōu)點而且有很高的性價比因此應用前景廣同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障通過微機實現(xiàn)燃燒與給水系統(tǒng)的自動控制與調(diào)節(jié)將保證鍋爐正常供氣供水維持穩(wěn)定系統(tǒng)保證安全經(jīng)濟運行本文即是用單片現(xiàn)的一種鍋其有較高的實用價值和優(yōu)越以作

17、為控制器通過單片機壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法實現(xiàn)具有液位報警和控制雙重功能同時也具有壓力和顯示控制的功能并對和壓力值進行顯示芯片為核心采集和設(shè)定部分鍵盤顯示部分ad變換部分報警部分等部分組成vcc40腳 5v主電源xtal1和xtal2xtal119腳接外部晶體的一端在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端在采用外部時鐘時對于hmos單片機該端引腳必須接地對于chmos單片機此引腳作為驅(qū)動端xtal218腳 接外部晶體的另一端在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率若需采用外部時鐘電路對于hmos單片機該引腳輸入外部時鐘脈沖對于chmos單片機此引腳

18、應懸浮rst9腳 單片機剛接上電源時其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復位resetpsen29腳 在訪問片外程序存儲器時此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號cpu在向片外存儲器取指令期間psen信號在12個時鐘周期中兩次生效不過在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時這兩次有效psen信號不出現(xiàn)psen端同樣可驅(qū)動8個lsttl負載我們根據(jù)psenale和xtal2輸出端是否有信號輸出可以判別8c52是否在工作aleprog30腳在訪問片外程序存儲器時此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號cpu在向片外存儲器取指令期間psen信號在12個時鐘周期中兩次生效不過在訪問片外數(shù)據(jù)

19、存儲器時這兩次有效psen信號不出現(xiàn)psen端同樣可驅(qū)動8個lsttl負載我們根據(jù)psenale和xtal2輸出端是否有信號輸出可以判別80c51是否在工作eavpp31腳 當ea端輸入高電平時cpu從片內(nèi)程序存儲器地址0000h單元開始執(zhí)行程序當?shù)刂烦?kb時將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序當ea輸入低電平時cpu僅訪問片外程序存儲器在對87c51eprom編程時此引腳用于施加編程電壓vpp輸入輸出引腳p0口32-39腳p0口是一個漏極開路的8位準雙向i0口作為漏極開路的輸出端口每位能驅(qū)動8個ls型ttl負載p0口有個功能外部擴充存儲器時當作數(shù)據(jù)總線d0d7外部擴充存儲器時當作地址總線a1a

20、7不擴充時可做一般io口使用但內(nèi)部沒有上拉電阻作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻p1口1-8腳p1口是一個帶內(nèi)部上接電阻的準雙向io口p1的每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載在p1口作為輸入口使用時應先向p1口鎖存器地址90h寫入全1此時p1引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平tc2的復用 3 p2口21-28腳p2口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向io口p2口每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載p2口有兩個功能擴充外部存儲器時當作地址總線a8a15使用做一般io口使用其內(nèi)部有上拉電阻p3口p3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向io口p3口每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載p3口與其它io口有較大區(qū)別每個引腳

21、還具有專門功能除了作為io口使用外內(nèi)部有上拉電阻還有一些特殊功能由特殊寄存器來設(shè)置端口123有內(nèi)部上拉電阻當作為輸入時其電位被拉高若輸入為低電平可提供電流源其作為輸出時可驅(qū)動4個ls ttl而端口0作為輸入時處在高阻抗的狀態(tài)其輸出緩沖器可驅(qū)動8個ls ttl需要外部的上拉電阻 p30rxd串行輸入口 p31txd串行輸出口 p32int0外部中斷 p33int1外部中斷 p34t0timer0的外部輸入腳 p35t1timer1的外部輸入腳 p36wr外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入控制信號 p37rd外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號8052 完全兼容優(yōu)先級可設(shè)為4 級另增加2 個外部中斷int2p43int

22、3p42其優(yōu)先級設(shè)置如表2-2中斷源中斷查詢次序中斷優(yōu)先級設(shè)置優(yōu)先級0優(yōu)先級1優(yōu)先級2優(yōu)先級3中斷請求int00 最優(yōu)先 px0hpx000011011ie0timer01pt0hpt000011011tf0int12px1hpx100011011ie1timer13pt1hpt100011011tf1uart4pshps00011011rititimer25pt2hpt200011011tf2exf2int26px2hpx200011011ie2int37 最低 px3hpx300011011ie3 表2-2 中斷優(yōu)先級設(shè)置表2123中斷響應的條件及過程單片機響應中斷的條件為中斷源有請求中斷

23、允許寄存器ie相應位置1且cpu開中斷即ea 1掉電模式 典型功耗 01 a正常工作模式 典型功耗 4ma - 7ma掉電模式可由外部中斷喚醒適用于電池供電系統(tǒng)如水表氣表便攜設(shè)備等2超強抗干擾高抗靜電e s d 保護輕松過2 k v 4 k v 快速脈沖干擾 e f t 測試寬電壓 不怕電源抖動寬溫度范圍 - 4 0 8 5 3三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措施禁止a l e 輸出如選6 時鐘 機器周期外部時鐘頻率可降一半單片機時鐘振蕩器增益可設(shè)為1 2 g a i n 4加密性強5在系統(tǒng)可編程 無需編程器 無需仿真器6可供應內(nèi)部集成m a x 8 1 0 專用復位電路的單片機只有d 版本

24、才有內(nèi)部集成專用復位電路原復位電路可以保留也可以不用不用時r e s e t 腳接1 k 電阻到地22芯片74ls164介紹74ls164是一個串行輸入并行輸出的移位寄存器并帶有清除端其中q0q7為并行輸出端常用于擴展并行口ab為串行數(shù)據(jù)輸入端clock為時鐘端clear為清除端當清除端clear為低電平時輸出端qaqh均為低電平串行數(shù)據(jù)輸入端ab可控制數(shù)據(jù)當ab 任意一個為低電平則禁止新數(shù)據(jù)輸入在時鐘端clock脈沖上升沿作用下q0 為低電平當ab 有一個為高電平則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)并在clock 上升沿作用下決定q0 的狀態(tài)221 74ls164的引腳圖及引腳功能 圖 2-2 74ls1

25、64的引腳圖clear 9腳 高電平有效低電平時使所有輸出 qaqh 為低電平 clock 8腳 上升輸出移位其余狀態(tài)保持a 1腳 b 2腳 輸入邏輯與關(guān)系即全高為高見低為低qh輸出并行輸出口222 74ls164的內(nèi)部功能圖 圖 2-3 74ls164的內(nèi)部功能圖74ls164的內(nèi)部實質(zhì)上是8個sr觸發(fā)器 223 74ls164的真值表 inputs outputsclearclocka bqa qbqh l h h h h x l x xx xh hl xx l l l lqa0 qb0 qh0h qan qgnl qan qgnl qan qgn 表2-3 74ls164的真值表 h高電

26、平 l低電平 x任意電平 低到高電平跳變 qa0qb0qh0 規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平qanqgn 時鐘最近的前的電平224 74ls164有如下特點1串行輸入帶鎖存 2時鐘輸入串行輸入帶緩沖 3異步清除 4最高時鐘頻率可高達36mhz 功耗10mwbit 74系列工作溫度 0c to 70c vcc最高電壓7v 輸入最高電壓7v 最大輸出驅(qū)動能力 高電平04ma 低電平8maadc0809是典型的8位8通道逐次逼近型ad轉(zhuǎn)換器采用cmos工藝制造它由一個8路模擬開關(guān)一個地址鎖存譯碼器一個ad轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成見圖2-5多路開關(guān)可選通8個模擬通道允許8路模擬量分時輸入共用ad轉(zhuǎn)換

27、器進行轉(zhuǎn)換三態(tài)輸出鎖器用于鎖存ad 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量當oe端為高電平時才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù) 圖 2-5 adc0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)232 adc0809 的通道選擇地址鎖存與譯碼電路完成對abc3個地址位進行鎖存和譯碼其譯碼輸出用于通道的選擇通道選擇如表2-4所示 c addc b addb a adda 選擇的通道 0 0 0 in0 0 0 1 in1 0 1 0 in2 1 1 1 in3 1 0 0 in4 1 0 1 in5 1 1 0 in6 1 1 1 in7表2-4 adc00809的通道選擇233 adc0809的引腳圖及各引腳作用adc0809芯片為28引腳雙

28、列直插式封裝其引腳排列見圖2-6 圖2-6 ad0809的管腳圖1in0in78條模擬量輸入通道adc0809對輸入模擬量要求信號單極性電壓范圍是05v若信號太小必須進行放大輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變?nèi)缛裟M量變化太快則需在輸入前增加采樣保持電路2addaaddbaddc模擬通道地址線這3根地址線用于對模擬通道進行選擇其譯碼關(guān)系如表所示adda為低位地址addc為高位地址3ale地址鎖存信號對應于ale上跳沿時addaaddbaddc地址狀態(tài)送入地址鎖存器中4start轉(zhuǎn)換啟動信號在start信號上跳沿時所有內(nèi)部寄存器清0在start下跳沿時開始進行ad轉(zhuǎn)換在ad轉(zhuǎn)換期間start信

29、號應保持低電平該信號可簡寫為st5d0d7數(shù)據(jù)輸出線該數(shù)據(jù)輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式可以和單片機的數(shù)據(jù)總線直接相連6oe輸出允許信號它用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)oe 0時輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)oe 1時輸出允許7ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器具有3引腳to92小體積封裝形式溫度測量范圍為55125可編程為9位12位ad轉(zhuǎn)換精度測溫分辨率可達00625被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出其工作電源既可在遠端引入也可采用寄生電源方式產(chǎn)生多個ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信占用微處理器的端口較少可

30、節(jié)省大量的引線和邏輯電路特點使ds18b20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示主要由4部分組成64位光刻rom溫度傳感器非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl配置寄存器該裝置信號線高的時候內(nèi)部電容器儲存能量通由1線通信線路給片子供電而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電ds18b20的電源也可以從外部3v-55v的電壓得到圖ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20的管腳排列如圖所示dq為數(shù)字信號輸入輸出端gnd為電源地vdd為外接供電電源輸入端圖ds18b20的管腳排列 獨特的單線接口方式ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙

31、向通訊 測溫范圍 55125固有測溫分辨率05 支持多點組網(wǎng)功能多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上實現(xiàn)多點測溫 工作電源 35vdc在使用中不需要任何外圍元件 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送 適用于dn1525dn40dn250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線便于與其它電器設(shè)備連接ds18b20的初始化1 先將數(shù)據(jù)線置高電平12 延時該時間要求的不是很嚴格但是盡可能的短一點3 數(shù)據(jù)線拉到低電平04 延時750微秒該時間的時間范圍可以從480到960微秒5 數(shù)據(jù)線拉到高電平16 延時等待如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由ds1

32、8b20所返回的低電平0據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在但是應注意不能無限的進行等待不然會使程序進入死循環(huán)所以要進行超時控制7 若cpu讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平0后還要做延時其延時的時間從發(fā)出的高電平算起第5步的時間算起最少要480微秒8 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平1后結(jié)束其時序如圖所示初始化時序ds18b20的寫操作1 數(shù)據(jù)線先置低電平02 延時確定的時間為15微秒3 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)一次只發(fā)送一位4 延時時間為45微秒5 將數(shù)據(jù)線拉到高電平6 重復上1到6的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止7 最后將數(shù)據(jù)線拉高ds18b20的寫操作時序圖如圖所示寫時序 ds18b20的讀操作1將數(shù)據(jù)線拉高

33、1 延時2微秒將數(shù)據(jù)線拉低0 延時15微秒將數(shù)據(jù)線拉高1 延時15微秒讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位并進行數(shù)據(jù)處理延時30微秒ds18b20的讀操作時序圖如圖所示時序led顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件也可稱為數(shù)碼管單片機系統(tǒng)中通常使用8段led數(shù)碼顯示器其外形及引腳如圖2-12a所示由圖可見8段led顯示器由8個發(fā)光二極管組成其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成日字形另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字包括af在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點 等字樣 圖 2-12 led數(shù)碼管顯示的結(jié)構(gòu)led顯示器有兩種不同的形式一種是8個發(fā)光二極管的陽極

34、都連在一起構(gòu)成公共陽極使用時公共陽極接5v每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連當陰極端輸入低電平時段發(fā)光二極管就導通點亮而輸入高電平時不點亮稱為共陽極led顯示器另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起構(gòu)成公共陰極使用時公共陰極接地每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連當陽極端輸入高電平時段發(fā)光二極管就導通點亮而輸入低電平時不點亮稱為共陰極led顯示器如圖2-12b所示252 led數(shù)碼管顯示器的顯示段碼為了顯示字符要為led顯示器提供顯示段碼或稱字形代碼組成一個8字形字符的7段再加上1個小數(shù)點位共計8段因此提供給led顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)各段碼位的對應關(guān)系如表2-5 表2-5 段碼

35、位的對應表段碼位 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0顯示段 dp g f e d c b a用led顯示器顯示十六進制數(shù)和空白字符與p的顯示段碼如表2-6所示字型共陽極段碼共陰極段碼 字型共陽極段碼共陰極段碼 0 c0h 3fh 9 90h 6fh 1 f9h 06h a 88h 77h 2 a4h 5bh b 83h 7ch 3 b0h 4fh c c6h 39h 4 99h 66h d a1h 5eh 5 92h 6dh e 86h 79h 6 82h 7dh f 84h 71h 7 f8h 07h 空白 ffh 00h 8 80h 7fh p 8ch 73h 表2-6 十六進

36、制數(shù)和空白字符與p的顯示段碼共陰和共陽結(jié)構(gòu)的led顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的當二極管導通時相應的筆劃段發(fā)亮由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符8個筆劃段dpgfedcba對應于1b8位的d7d6d5d4d3d2d1d0于是用8位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼例如對于共陰極led顯示器當公共陰極接地為零電平而陽極dpgfedcba各段為01110011時顯示器顯示p字符即對于共陰極led顯示器p字符的字形碼是073如果是共陽極led顯示器公共陽極接高電平顯示p字符的字形代碼應為100011000x8c這里必須注意的是很多產(chǎn)品為方便接線常不按規(guī)則的方法去對應字段與位的關(guān)系這時字形碼就

37、必須根據(jù)接線自行設(shè)計了 由于led顯示器是以led為基礎(chǔ)的所以它的光電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同但由于led顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二極管所以需有如下特殊參數(shù)發(fā)光強度比 由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時各段正向電流不相同所以各段發(fā)光強度不同所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比比值可以在1523間最大不能超過25 脈沖正向電流 若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流為if則在脈沖下正向電流可以遠大于if脈沖占空比越小脈沖正向電流可以越大89c52rc4個液位傳感器1個溫度傳感器ds18b20逐次逼近式ad換器adc0809雙向可控硅驅(qū)動電路moc3041和雙向晶閘管z040

38、9mf等此外還有鍵盤顯示電路報警輸出電路等由于資金原因及市場上很難買到4個液位傳感器用一個10k的電位器模擬水泵的狀態(tài)用3個發(fā)光二極管模擬它的工作流程如下開始由電位器每隔5s對水位進行采樣并輸出0-5v模擬信號再經(jīng)ad轉(zhuǎn)換變成相應的數(shù)字信號送入stc89c52單片機進行數(shù)據(jù)處理單片機經(jīng)運算后與設(shè)定的液位值 下限液位h1上限液位h2下下限液位h3上上限液位h4 依次進行比較若h1 hx h2則表示正常液位水位指示燈亮呈紅色水泵工作開度最小其指示燈有一個亮呈紅色若h3 hx h1則表示處于下下限與下限液位之間水泵處于正常開度狀態(tài)有倆個工作指示燈亮呈紅色若h2 hx h4則表示處于上限與上上限液位之

39、間停止水泵供水水泵工作指示燈全滅液位正常指示燈滅若hx h3則表示達至下下限液位水泵處于最大開度狀態(tài)加水三個工作指示燈全亮并啟動報警器報警若hx h4則表示達至上上限液位水泵處于全關(guān)狀態(tài)三個工作指示燈全滅并啟動報警器報警同時數(shù)字溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度值送到單片機中經(jīng)處理后通過74ls164驅(qū)動的靜態(tài)數(shù)碼管顯示其采集到的溫度值壓力傳感器把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)ad0809轉(zhuǎn)換之后送到單片機經(jīng)過處理后也通過數(shù)碼管顯示其壓力值在設(shè)計中有一個溫度與壓力值交替顯示的按鍵它可以按人們的意愿去選擇顯示溫度值還是壓力值如果報警器啟動后設(shè)有報警消除按鈕消除報警有溫度和壓力轉(zhuǎn)換按鈕可以輪流顯示溫度和壓力值

40、312 系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖 在實際的硬件電路中用3個發(fā)光二極管來模擬水泵的全開半開全關(guān)三種狀態(tài)4個液位傳感器用一個電位器來模擬通過調(diào)節(jié)電位器的電壓值大小來模擬液位的幾種狀態(tài)執(zhí)行機構(gòu)為moc3041雙向可控硅來驅(qū)動水泵的工作報警器件選擇壓電蜂鳴器32 鍵盤控制電路設(shè)計為了便于實現(xiàn)各種的控制要求智能調(diào)節(jié)器必須具備快速設(shè)置被控參數(shù)且操作方便還必須增加鍵盤裝置鍵盤控制有矩陣式和獨立式兩中 矩陣式鍵盤又有編碼式和非編碼式單片機系統(tǒng)中普遍使用非編碼式鍵盤這類鍵盤應主要解決以下幾個問題鍵的識別如何消除鍵的抖動鍵的保護在以上幾個問題中最主要的是鍵的識別對于鍵的識別既可以采用程序掃描的方法也可以采用專用的可編程

41、鍵盤顯示接口8279獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立每個按鍵單獨占用一根io口線每根io口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他io口線上的工作狀態(tài)因此通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了優(yōu)點電路配置靈活缺點每個按鍵需占用一根io口線在按鍵數(shù)量較多時io口浪費大電路結(jié)構(gòu)顯得復雜因此此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合 圖 3-2 鍵盤控制電路圖本電路中獨立式按鍵電路各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻是為了保證在按鍵斷開時各io有確定的高電平如輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻則外電路的上拉電阻可省去鍵盤工作方式的選取原則是既要保證能及時響應按鍵操作又要不過多占用的工作時間所謂靜態(tài)顯示就是每一個顯示器都要

42、占用單獨的具有鎖存功能的iocpu的開銷小342 動態(tài)顯示如果要在同一時刻顯示不同的字符從電路上看這是辦不到的因此只能利用人眼視覺的殘留效應采用動態(tài)掃描顯示的方法逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管每位顯示1ms左右是人眼看起來就好像在同時顯示不同的字符一樣 在進行動態(tài)顯示時往往事先并不知道應顯示什么內(nèi)容這樣也就可以選擇被顯示字符的顯示段碼為此一般采用查表的方法由待顯示的字符通過查表得到其對應的顯示段碼343 該設(shè)計中顯示電路的選擇可以提供單獨鎖存的io接口電路很多且靜態(tài)顯示的軟件設(shè)計比較容易所以在設(shè)計中選擇常用的串并轉(zhuǎn)換電路74ls164靜態(tài)顯示電路stc89c52單片機串行口方式0為移位寄存器方式外接

43、3片74ls164作為3位led顯示器的靜態(tài)顯示接口把stc89c52的rxd作為數(shù)據(jù)輸出線txd作為移位時鐘脈沖74ls164為ttl單向8位移位寄存器可實現(xiàn)串行輸入并行輸出其中ab第12腳為串行數(shù)據(jù)輸入端2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號共一個輸入信號時可并接t第8腳為時鐘輸入端可連接到串行口的txd端每一個時鐘信號的上升沿加到t端時移位寄存器移一位8個時鐘脈沖過后8位二進制數(shù)全部移入74ls164中r第9腳為復位端當r 0時移位寄存器各位復0只有當r 1時時鐘脈沖才起作用q1q8第3-6和10-13引腳并行輸出端分別接led顯示器的hga各段對應的引腳上在給出了8個脈沖后最先進入74ls1

44、64的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位再來一個脈沖第一個脈沖就會從最高位移出該電路中3片7ls164首尾相串而時鐘端則接在一起這樣當輸入8個脈沖時從單片機rxd端輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片74ls164中了而當?shù)诙€8個脈沖到來后這個數(shù)據(jù)就進入了第二片74ls164而新的數(shù)據(jù)則進入了第一片74ls164這樣當?shù)?個8個脈沖完成后首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最低位的164中其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一二片74ls164中顯示電路圖如圖3-6所示 圖 3-6 顯示電路圖35 液位控制電路的設(shè)計351 液位控制電路的工作原理及液位控制狀態(tài)圖 在設(shè)計中液位的幾種狀態(tài)是通過電位器的不同電壓來模擬的采用的電位器電壓范圍為05v

45、加水裝置水泵的各種狀態(tài)由三個發(fā)光二極管模擬由于設(shè)計只是模擬系統(tǒng)壓力傳感器不易買到所以壓力的顯示直接采用軟件賦值的方式 設(shè)定電位器的電壓值為1v表示下下限2v表示下限3v表示上限4v表示上上限當電位器電壓值0x 1時說明液位處于下下限以下此時水泵加水開度最大水泵工作指示燈p24亮且三個發(fā)光二極管全亮p13p15 a 水泵開度大小的模擬電路 b c 液位報警電路 圖 3-7 液位控制狀態(tài)電路圖352 液位控制的控制電路在設(shè)計中采用了雙向可控硅moc3041驅(qū)動電路控制水泵的啟停的moc304l芯片是一種集成的帶有光耦的雙向可控硅驅(qū)動電路它內(nèi)部集成了發(fā)光二極管雙向可控硅和過零觸發(fā)電路等器件它的內(nèi)部結(jié)

46、構(gòu)和外部引腳如圖3-8所示 圖 3-8 moc3041 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從圖中可以看出它由輸入和輸出兩部分組成輸入部分是一個砷化鎵發(fā)光二極管在5-15ma正向電流的作用下發(fā)出足夠強度的紅外光去觸發(fā)輸出部分輸出部分包括一個硅光敏雙向可控硅和過零觸發(fā)器在紅外線的作用下雙向可控硅可雙向?qū)ㄅc過零觸發(fā)器一起輸出同步觸發(fā)脈沖去控制執(zhí)行機構(gòu)一外部的雙向可控硅由moc304l組成的過零觸發(fā)雙向可控硅電路簡單可靠液位控制電路圖如圖3-9所示圖 3-9 液位控制電路圖該部分的工作過程是當單片機的p25輸出為低電平時圖3-9所示的moc3041構(gòu)成的輸出通道圖moc3041內(nèi)部導通g端出現(xiàn)同步觸發(fā)脈沖控制可控硅導通打開

47、水泵當p25為高電平時moc3041內(nèi)部截止可控硅斷開關(guān)閉水泵設(shè)計中用一個二極管來模擬水泵的開與關(guān)353 液位控制中的虛假水位影響汽包液位的因素除了加熱汽化這一正常因素外還有蒸汽負荷和給水流量的波動當負荷突然增大汽包壓力突然降低水就會急劇汽化出現(xiàn)大量氣泡形成了虛假液位如果使用簡單的鍋爐汽包液位的單沖量控制系統(tǒng) 如圖所示 一旦負荷急劇變化虛假液位的出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就會誤以為液位升高而關(guān)小供水閥門影響了生產(chǎn)甚至造成危險 圖 3-10 鍋爐汽包液位的沖量為此圖采取了鍋爐汽包液位的雙沖量控制它在單沖量的基礎(chǔ)上再加一個蒸汽沖量以克服虛假液位其中調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥液位調(diào)節(jié)器采用正作用調(diào)節(jié)器輸出信號在加法器內(nèi)與蒸汽流

48、量信號相減雙沖量實際上是前饋與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)當負荷突然變化時蒸汽的流量信號通過加法器使它的作用與水位信號的作用相反假液位出現(xiàn)時液位信號a要關(guān)小給水閥而蒸汽信號b是開大給水閥這就能克服虛假液位的影響但是如果給水壓力本身有波動時雙沖量控制也不能克服給水量波動的影響 圖 3-11 鍋爐汽包液位的沖量這就要用如圖3所示的鍋爐汽包液位的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)即再加一個給水流量的沖量c使它與液位信號的作用方向一致這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于引進了液位給水流量及蒸汽流量三個參數(shù)叫做三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)三個沖量在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入位置不同三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有多種方案下面討論一種常見的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽流量和給水流量前饋與汽包液位

49、反饋所組成的三沖量系統(tǒng)圖3中所示的三沖量系統(tǒng)汽包液位是被控變量是主沖量信號蒸汽流量和給水流量是輔助沖量信號系統(tǒng)將蒸汽流量和給水流量前饋到汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中去一旦蒸汽流量或給水流量發(fā)生波動不是等到影響到液位才進行調(diào)節(jié)而是在這兩個流量改變之時就能通過加法器立即去改變調(diào)節(jié)閥開度進行校正故大大提高了液位這個被調(diào)參數(shù)的調(diào)節(jié)精度 圖 3-12 鍋爐汽包液位的沖量在穩(wěn)定狀態(tài)下液位測量信號等于給定值液位調(diào)節(jié)器的輸出蒸汽流量及給水流量等三個信號通過加法器得到的輸出電流為i0 k1i1-k2i2k3i3中i1為液位調(diào)節(jié)器的輸出電流i2為蒸汽流量變送器的電流i3為給水流量變送器的電流k1k2k3分別為加法器各通道的

50、衰減系數(shù)設(shè)計k2i2 k3i3此時i0正是調(diào)節(jié)閥處于正常開度時所需要的電流信號 為了安全調(diào)節(jié)閥必須用氣關(guān)閥 假定在某一時刻蒸汽負荷突然增加蒸汽流量變送器的輸出電流i2相應增加加法器的輸出電流i0就減少從而開大給水調(diào)節(jié)閥但是與此同時出現(xiàn)了假液位現(xiàn)象液位調(diào)節(jié)器輸出電流i1將增大由于進入加法器的兩個信號相反蒸汽流量變送器的輸出電流i2會抵消一部分假液位輸出電流i1所以假液位所來的影響將局部或全部被克服待假液位過去水位開始下降液位調(diào)節(jié)器輸出電i1開始減小此時它與蒸汽流量信號變化的方向相反因此加法器的輸出電i0減小意味著要求增加給水量以適應新的負荷需要并補充液位的不足調(diào)節(jié)過程進行到液面重新穩(wěn)定在給定值給

51、水量和蒸發(fā)量達到新的平衡為止當蒸汽負荷不變給水量本身因壓力波動而變化時加法器的輸出相應變化去調(diào)節(jié)閥門開度直至給水量恢復到所需的數(shù)值止由于引進了蒸汽流量和給水流量兩個輔助沖量起到了超前信號的作用使給水閥一開始就向正確的方向移動因而大大減小了液位的波動幅度抵消了虛假液位的影響并縮短了過渡過程時間圖為三沖量液位調(diào)節(jié)方案圖圖為三沖量液位調(diào)節(jié)方案圖從上面分析可以看出三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時克服負荷 蒸汽量 和給水流量的干擾作用調(diào)節(jié)精度高適用于汽包容積較小負荷和給水干擾較大的場合單沖量適合在汽包容積較大負荷變化比較小的場合雙沖量調(diào)節(jié)適合于鍋爐容積較小給水壓力波動不大的場合鍋爐汽包液位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)實踐證明效果

52、良好目前我們可許多類型的ic溫度傳感器與多種多樣的應用相匹配從簡單的模擬輸出溫度傳感器到數(shù)字輸出的本地傳感器再到具有遠程溫度監(jiān)測功能和復雜風扇控制算法的高度集成的溫度監(jiān)視系統(tǒng)模擬溫度傳感器初期的ic溫度傳感器提供一個與溫度成比例的輸出電壓或電流熱敏電阻電阻隨溫度呈非線性關(guān)系變化的特性現(xiàn)在的模擬溫度傳感器無需附加線性化電路來校準熱敏電阻的非線性當要求電壓與溫度之間呈線性關(guān)系時它是良好的選擇雖然新的數(shù)字輸出溫度傳感器已經(jīng)在許多應用中取代了模擬輸出溫度傳感器但是模擬輸出溫度傳感器仍然有用武之地例如ad590電流輸出溫度傳感器該器件經(jīng)常用于遠程溫度檢測因為高阻抗電流輸出使其對長線路傳輸?shù)碾妷航挡幻舾胁?/p>

53、且還能用于多種多樣的溫度檢測器應用具有4 v 30 v寬工作電壓范圍數(shù)字輸出溫度傳感器在許多應用中最終需要以數(shù)字形式提供溫度數(shù)據(jù)這可以通過將一個模擬溫度傳感器的輸出接到一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc來實現(xiàn)然而隨著ic產(chǎn)品制造技術(shù)的進步將這種adc和許多其它功能一起集成到溫度傳感器的管芯上已經(jīng)成為經(jīng)濟有效的方法它能降低成本印制電路板pcb面積和功耗同時簡化系統(tǒng)設(shè)計工程師的任務(wù)數(shù)字溫度傳感器類似于模擬溫度傳感器但是它的輸出不是以電流或電壓形式而是將其轉(zhuǎn)換為1或0形式的數(shù)字量因此數(shù)字輸出溫度傳感器適合于連接到一個mcu圖3-14 溫度測試電路圖第四章軟件設(shè)計及試驗運行結(jié)果和討論41 系統(tǒng)的軟件設(shè)計整個系統(tǒng)軟件

54、主要由主程序中斷服務(wù)程序顯示模塊各種故障處理及報警子程序和延時子程序等組成主程序主要是完成系統(tǒng)初始化中斷設(shè)置串口設(shè)置等功能中斷程序主要是完成判斷極限信號然后轉(zhuǎn)到相應的處理程序檢測模塊主要是完成信號的輸入并經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換之后判斷它屬于哪一個區(qū)域內(nèi)然后去處理相應的程序報警模塊主要是完成越限報警的工作顯示模塊主要是完成溫度及壓力值的顯示工作系統(tǒng)開始后進行初始化初始化主要是開中斷及設(shè)置串口的工作方式輸入開啟ad轉(zhuǎn)換的標志等工作然后系統(tǒng)去檢測并開始接受檢測信號如果信號沒有越過我們設(shè)定的報警限那么系統(tǒng)會去顯示檢測到的溫度值壓力值及判斷現(xiàn)在所處于哪一種狀態(tài)去執(zhí)行每種狀態(tài)所對應的功能并繼續(xù)檢測如果信號越過報警限并開始報警按下按鍵系統(tǒng)會進入中斷處理程序在