基于單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)

1、 編號： 畢業(yè)論文(設計)題 目 基于單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)指導教師 唐艷 學生姓名 孫曉寧 學 號 200701702019 專 業(yè) 自動化 教學單位 德州學院機電工程系 （蓋章） 二O一一年五月五日德州學院畢業(yè)論文（設計）開題報告書 2011年 02月 20日院（系）機電工程系專業(yè)自動化姓 名孫曉寧學號200701702019論文（設計）題目基于單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)一、選題目的和意義在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣，溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例，其關鍵在于測溫和控溫兩方面。由于控制對象越來越復雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。如何更好地提高控制性能，滿足不同系統(tǒng)的控

2、制要求，是目前科學研究領域的一個重要課題。溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進行控制調節(jié)，使其達到工藝過程的要求。鍋爐控制作為過程控制的一個典型，動態(tài)特性具有非線性、大慣性、大延遲的特點。目前國內電熱鍋爐控制大都采用的是開關式控制，甚至是人工控制方法。采用這些控制方法的系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對外界環(huán)境變化響應慢，實時性差。另外，頻繁的開關切換對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，減少了鍋爐的使用年限。因此，研究一種最佳的電鍋爐控制方法，對提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性具有重要的意義。二、本選題在國內外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近年來，在我國以信息化帶動的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度已成為工業(yè)對象

3、控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有直接數(shù)字控制（DDC），推斷控制，預測控制，模糊控制（Fuzzy），專家控制(Expert Control)，魯棒控制（Robust Control），推理控制等。 單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化領域和其他測控領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中

4、成為必不可少的器件。三、課題設計方案 主要說明：研究（設計）的基本內容、觀點及擬采取的研究途徑和方法。針對目前國內電熱鍋爐控制所采用的開關式控制或人工控制而導致系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對外界環(huán)境變化響應慢，實時性差，對電網(wǎng)沖擊大，系統(tǒng)經(jīng)濟效益低，鍋爐的使用年限低等一系列問題，設計出以AT89C51單片機為核心控制部件的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)。電鍋爐溫度控制為閉環(huán)工作狀態(tài)，通過分析電鍋爐供暖系統(tǒng)對控制器的要求，對電鍋爐總體方案設計如圖1所示。系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制中心，設了水溫檢測、水位檢測，水溫顯示、水位指示，鍵盤電路、水泵和加熱器控制、故障報警模塊。本系統(tǒng)能夠實時檢測鍋爐水溫、水

5、位，水溫檢測用DS18B20傳感器，水位檢測利用常用的浮漂式開關，水溫通過數(shù)碼管顯示，水位由LED燈指示，當水溫超過或低于設定的溫度時，驅動加熱器動作；當水位達到水位上限或下限時，驅動水泵動作。系統(tǒng)設置了按鍵電路，可對鍋爐初始溫度進行設定。另外，系統(tǒng)設置了故障檢測與報警電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，發(fā)出聲音報警。電鍋爐水位檢測水泵加熱器水溫檢測繼電器光耦單片機控制中心水溫顯示鍵盤故障報警水位指示圖1系統(tǒng)結構框圖四、計劃進度安排 主要說明：起止時間及分階段的進度要求。2010年12月212011年2月5號：查閱各種資料，課本等；2011年2月62月16：完成論文開題報告；2011年2月173月20：完

6、成中期檢查表；2011年3月214月20：完成論文初稿；2011年4月215月1：完成論文終稿；2011年5月2以后開始準備論文答辯。五、主要參考文獻（只列出最重要的56種）1 張毅剛.單片機原理及應用M.北京:高等教育出版社,2004.12-67.2 孫新國.電加熱常壓熱水鍋爐及其設計J.工業(yè)鍋爐，2000.62-24.3 蔣智翔，楊小昭.一種新型的電儲熱系統(tǒng)-自儲能電鍋爐介紹C.2004：機械工業(yè)出版社，20035 胡燁等編P：機械工業(yè)出版社，20056 趙亮，侯國銳編.單片機C語言編程與實例M.北京：人民教育出社，.指導教師意見及建議： 簽名： 年月日教學單位領導小組審批意見：組長簽名：

7、 年月日德州學院畢業(yè)論文（設計）中期檢查表院(系)：機電工程系 專業(yè)：自動化 2011年 04月10日畢業(yè)論文題目：基于單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)學生姓名孫曉寧學 號200701702019指導教師 唐艷職 稱教授計劃完成時間： 2011年04月30日畢業(yè)論文（設計）的進度計劃：2010年12月212011年2月5號：查閱各種資料，課本等；2011年2月62月16：完成論文開題報告；2011年2月173月20：完成中期檢查表；2011年3月214月20：完成論文初稿；2011年4月215月1：完成論文終稿；2011年5月2以后開始準備論文答辯。完成情況：到目前為止，已經(jīng)完成論文的初稿，并已交于

8、老師審閱。指導教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： 年 月 日備 注：目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc293564554 1 引言 PAGEREF _Toc293564554 h 1 HYPERLINK l _Toc293564555 1.1 選題的目的和意義 PAGEREF _Toc293564555 h 1 HYPERLINK l _Toc293564556 1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc293564556 h 1 HYPERLINK l _Toc293564557 2 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF

9、 _Toc293564557 h 2 HYPERLINK l _Toc293564558 2.1 系統(tǒng)方案設計 PAGEREF _Toc293564558 h 2 HYPERLINK l _Toc293564559 2.2 控制中心 PAGEREF _Toc293564559 h 3 HYPERLINK l _Toc293564560 水溫檢測 PAGEREF _Toc293564560 h 3 HYPERLINK l _Toc293564561 水位檢測 PAGEREF _Toc293564561 h 7 HYPERLINK l _Toc293564562 鍵盤電路 PAGEREF _Toc

10、293564562 h 7 HYPERLINK l _Toc293564563 水溫顯示 PAGEREF _Toc293564563 h 8 HYPERLINK l _Toc293564564 水位指示 PAGEREF _Toc293564564 h 11 HYPERLINK l _Toc293564565 故障報警 PAGEREF _Toc293564565 h 11 HYPERLINK l _Toc293564566 2.9 水泵與加熱器控制 PAGEREF _Toc293564566 h 12 HYPERLINK l _Toc293564567 3系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc2

11、93564567 h 13 HYPERLINK l _Toc293564568 軟件設計方案 PAGEREF _Toc293564568 h 13 HYPERLINK l _Toc293564569 3.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc293564569 h 14 HYPERLINK l _Toc293564570 4 總結 PAGEREF _Toc293564570 h 15 HYPERLINK l _Toc293564571 參考文獻 PAGEREF _Toc293564571 h 16 HYPERLINK l _Toc293564572 謝 辭 PAGEREF _Toc29356

12、4572 h 17 HYPERLINK l _Toc293564573 附錄1 系統(tǒng)電路圖 PAGEREF _Toc293564573 h 18 HYPERLINK l _Toc293564574 附錄2 系統(tǒng)C程序 PAGEREF _Toc293564574 h 19基于單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)孫曉寧（德州學院機電系，山東德州 253023）摘 要：針對目前國內電熱鍋爐控制所采用的開關式控制或人工控制而導致系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對外界環(huán)境變化響應慢，實時性差，對電網(wǎng)沖擊大，系統(tǒng)經(jīng)濟效益低，鍋爐的使用年限低等一系列問題，設計出設計出基于AT89C51單片機的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)

13、能夠實時檢測鍋爐水溫、水位，水溫檢測用DS18B20傳感器，水位檢測利用常用的浮漂式開關，水溫通過數(shù)碼管顯示，水位由LED燈指示，當水溫超過或低于設定的溫度時，驅動加熱器動作；當水位達到水位上限或下限時，驅動水泵動作。系統(tǒng)設置了按鍵電路，可對鍋爐初始溫度進行設定。另外，系統(tǒng)設置了故障檢測與報警電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，發(fā)出聲音報警。關鍵詞：鍋爐；溫度控制；水位控制；故障報警；單片機1 引言1.1 選題的目的和意義 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣，溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例，其關鍵在于測溫和控溫兩方面。由于控制對象越來越復雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。如何更好地提高控制性能，

14、滿足不同系統(tǒng)的控制要求，是目前科學研究領域的一個重要課題。溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進行控制調節(jié)，使其達到工藝過程的要求。本文主要研究電鍋爐溫度控制的方法。電鍋爐是將電能轉換為熱能的能量轉換裝置，具有結構簡單、無污染、自動化程度高等特點。與傳統(tǒng)的以煤和石化產(chǎn)品為燃料的鍋爐相比，還具有投資少、占地面積小、操作方便、熱效率高、能量轉化率高等優(yōu)點。近年來，電鍋爐已成為供熱采暖的主要設備。鍋爐控制作為過程控制的一個典型，動態(tài)特性具有非線性、大慣性、大延遲的特點。目前國內電熱鍋爐控制大都采用的是開關式控制，甚至是人工控制方法。采用這些控制方法的系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對外界環(huán)境變化響應慢，

15、實時性差。另外，頻繁的開關切換對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，減少了鍋爐的使用年限。因此，研究一種最佳的電鍋爐控制方法，對提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性具有重要的意義。1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近年來，在我國以信息化帶動的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度已成為工業(yè)對象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等。由于爐子的種類及原理不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，如煤氣、天然氣、油電等。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各

16、種加熱爐、熱處理爐、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有直接數(shù)字控制（DDC），推斷控制，預測控制，模糊控制（Fuzzy），專家控制(Expert Control)，魯棒控制（Robust Control），推理控制等。 隨著單片機性能的增強，為先進的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機種應運而生。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化領域和其他測控領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件。2 系統(tǒng)硬件設計2.1 系統(tǒng)方案設計2.11 系統(tǒng)概要針對目前國內電熱鍋爐控制所采用的開關式控制或人工控制而導致系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對

17、外界環(huán)境變化響應慢，實時性差，對電網(wǎng)沖擊大，系統(tǒng)經(jīng)濟效益低，鍋爐的使用年限低等一系列問題，設計出以AT89C51單片機為核心控制部件的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)。電鍋爐溫度控制為閉環(huán)工作狀態(tài)，通過分析電鍋爐供暖系統(tǒng)對控制器的要求，對電鍋爐總體方案設計如圖1所示。系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制中心，設了水溫檢測、水位檢測，水溫顯示、水位指示，鍵盤電路、水泵和加熱器控制、故障報警模塊。本系統(tǒng)能夠實時檢測鍋爐水溫、水位，水溫檢測用DS18B20傳感器，水位檢測利用常用的浮漂式開關，水溫通過數(shù)碼管顯示，水位由LED燈指示，當水溫超過或低于設定的溫度時，驅動加熱器動作；當水位達到水位上限或下限時，驅動水泵動作

18、。系統(tǒng)設置了按鍵電路，可對鍋爐初始溫度進行設定。另外，系統(tǒng)設置了故障檢測與報警電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，發(fā)出聲音報警。2 系統(tǒng)框圖電鍋爐水位檢測水泵加熱器水溫檢測繼電器光耦單片機控制中心水溫顯示鍵盤故障報警水位指示圖1 系統(tǒng)結構框圖 控制中心 AT89C51單片機本設計本著實用性和適用性的要求，選擇AT89C51單片機作為控制中心。（1）AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的具有低電壓，高性能CMOS 的8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單

19、個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51內部有128*8位內部RAM，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，32可編程I/O線及串行通道。AT89C51有片內振蕩器和時鐘電路，具有低功耗的閑置和掉電模式，在空閑方式下，CPU停止工作，但允許內部RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，能保存RAM的內容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件工作。還具有三級程序存儲器鎖定，全靜態(tài)工作頻率0Hz-24Hz，數(shù)據(jù)保留時間可長達10年。（2）管腳說明圖2 AT89C51引腳圖各引腳功能說明如下：VC

20、C： 電源；GND： 地；P0 口：P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在Flash編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。在對Flash編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。P2 口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收

21、或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。在對Flash編程和程序校難期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表1所示。表1 AT89C51引腳第二功能引腳號第二功能RXD（串行輸入）T

22、XD（串行輸出）INT0（外部中斷0）INT0（外部中斷0）T0（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST： 復位輸入，晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。ALE/：當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當AT89S51/

23、LV51由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期兩次有效（即輸出2個脈沖）。但在此期間內，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：外部訪問允許端。要使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），則端必須保持低電平（接到GND端）。然而要注意的是，如果保密位LB1被編程，復位時在內部會鎖存端的狀態(tài)。當端保持高電平（接Vcc端）時，CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的程序。XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把

24、此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應懸浮不連接。 單片機最小系統(tǒng)（1）復位電路設計復位使單片機處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運行。AT89C51的RST引腳為復位端，該引腳連續(xù)保持2個機器周期以上高電平，則可使單片機復位。由于單片機運行過程中，其本身的干擾或外界干擾會導致出錯，此時我們可按復位鍵重新開始運行。為了便于本設計運行調試，復位電路采用按鍵復位方式。按鍵復位電路如圖3所示。圖3 復位電路（2）時鐘電路設計時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。AT89C51內部

25、有一個反相振蕩放大器，XTAL1和 XTAL2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。本設計采用的晶振頻率為12MHZ。其時鐘電路如圖4所示。圖4 時鐘電路（3）單片機最小系統(tǒng)復位電路時鐘電路 RST Vcc GNDXTAL1XTAL2AT89C51電源電路圖5 AT89C51最小工作系統(tǒng) 系統(tǒng)電源 電源電路負責提供5V、+12V直流電源，主要用到了集成穩(wěn)壓塊7805和7812。設計電源電路如圖 所示圖6 系統(tǒng)電源電路圖檢測DS18B20是一種單端通信的數(shù)字式溫度傳感器，這就大大減小了溫度測量電路的復雜程度，我們將單片機的一條I/O分配給溫度傳感器，即可完成溫度采集的的硬件需求。單片機通過對溫

26、度傳感器的初始化，發(fā)出溫度轉換命令，寫入和讀出數(shù)據(jù)的命令來實現(xiàn)溫度值的測量。而模擬式的溫度傳感器由于數(shù)據(jù)采集部分需要A/D轉換，還需要設計相應的放大電路，電路設計較為復雜，并且在可靠性和抗干擾能力上都不如數(shù)字式溫度傳感器，所以最終選擇數(shù)字式傳感器DS18B20進行溫度測量。2 DS18B20傳感器 （1）DS18B20的測溫原理DS18B20測溫原理如圖7所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系

27、數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量，計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中。圖7 DS18B20測溫原理圖（2）DS18B20的引腳功能圖8 底視圖引腳功能如下表所示： 表2 DS18B20的引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND接地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地，也可以向器件提供電源（3）分辨率R1和R0決定溫度轉換的精度位數(shù)，用來設置分辨率如表3所示，默認為12位，分辨率為。6，7，8字節(jié)保留未用

28、，為全邏輯1，第9字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表3 配置存儲器與分辨率關系R0R1溫度計分辨率/bit最大轉換時間/ms009011010113751112750溫度算法(分辨率為)： (1)當SSSSS=11111b，D=-1;當SSSSS=00000b，D=1； (2)當D=1時，溫度值T=(高字節(jié)256+低字節(jié))； (3)當D=-1時，溫度值T=-(256-高字節(jié))256-低字節(jié)。（4）DS18B20的工作時序DS18B20的工作時序主要包括：初始化時序、寫時序、讀時序。a.初始化時序 初始化時序見圖9主機總線在t0時刻發(fā)送一個最短為480s的低電平復位脈沖信號，接著在t1時刻釋放總線并進入接收

29、狀態(tài)，DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后，等待15s60s，接著在t2時刻發(fā)出低脈沖(60s240s)，如圖中虛線所示，18B20響應之后又恢復為高電平，t2t4稱為18B20的響應時間，最少為480s。圖9 初始化時序b.寫時序 當主機總線t0時刻從高拉至低電平時，就產(chǎn)生寫時序，見圖10，從t0時刻開始15s之內應將所需寫的位送到總線上，DSl8B20在t0后15s60s間對總線采樣。若為低電平，寫入的位是0；若為高電平，寫入的位是1。連續(xù)寫2位間的時序應大于1s。圖10 寫時序c.讀時序 見圖11主機總線t0時刻從高拉至低電平時總線只須保持低電平1s之后在t1時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時序

30、，讀時序在t1時刻后t2時刻前有效。t2距t0為15s，也就是說，t2時刻前主機必須完成讀位，并在t0后的60s120s內釋放總線。圖11 讀時序（5）溫度采集過程DS18B20初始化發(fā)跳過ROM命令發(fā)DS18B20溫度轉換命令DS18B20初始化結束發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令 圖12 溫度采集過程圖2.33 水溫檢測電路根據(jù)DS18B20的特性，本設計中測溫應用電路如下：圖13 水溫檢測電路水位檢測鍋爐的水位也是控制器控制的重點，尤其是當鍋爐缺水時，若不及時切斷電源，會損壞加熱器甚至發(fā)生事故。本系統(tǒng)選用浮球式開關作為水位檢測，檢測電路如下：圖14 水位檢測電路當鍋爐內水位高于水位上限或低

31、于水位下限時，檢測電路動作，將信號傳給單片機處理。經(jīng)單片機處理后控制水泵的開啟或關閉。鍵盤電路鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時掃描方式）、中斷掃描方式。獨立式按鍵接口就是各按鍵相互獨立，每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O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)點就是電路配置靈活，軟件結構簡單；缺點就是每個按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口浪費大，電路結構顯得復雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。本設計中由于所用鍵盤不多，所以采用獨立式鍵盤就能夠滿足設計要求。本設計采

32、用了軟件去抖動的方法。設計中設置了水溫調整，能夠通過按鍵實現(xiàn)溫度的設定。連接方法如下，減溫鍵、加溫鍵、顯示設定溫度鍵分別接單片機P2.3、 P2.2、 P3.2。當按下S3時，進入溫度設定，便可進行溫度值的設定。圖15 鍵盤控制電路水溫顯示1 LED數(shù)碼管單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED；液晶顯示器，簡稱LCD。前者價廉，配置靈活，與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口復雜，成本較高。結合本設計的特點，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。LED顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖16所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極

33、顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中，7個發(fā)光二極管構成字形“8”的各個筆劃（段）a-g，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點亮；不加電壓則該段二極管不亮。圖16 數(shù)碼管如果要顯示某個字形，則應使此字形的相應段點亮，也即送一個不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制LED的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。可求得數(shù)碼管字型編碼如表4所示。表4 共陰極數(shù)碼管編碼符號編碼符號編碼03FH87FH106H96FH25BHA77H34FHB7CH466HC39H56DHD5EH67DHE79H

34、707HF71H2 74HC573鎖存器74HC573為高性能硅門 CMOS器，器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，能和 LS/ALSTTL輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。 （1）主要特性 a.輸出能直接接到CMOS，NMOS和 TTL接口上 b.操作電壓范圍：2.0V6.0V c.低輸入電流：1.0uA d.CMOS器件的高噪聲抵抗特性（2）管腳說明圖17 74HC573引腳圖Vcc：電源正；GND：接地；D0D7：數(shù)據(jù)輸入；Q0Q7：數(shù)據(jù)輸出；：輸出使能，低電平有效；LE

35、：鎖存控制端，LE為高電平時，Q端數(shù)據(jù)隨D端數(shù)據(jù)變化，而當LE為低電平時，Q端數(shù)據(jù)將保持LE端變化為低電平之前的數(shù)據(jù)狀態(tài)。（3）功能表表5 74HC573功能表輸入 輸出LEDQLHHHLHLLLLX不變HXXZ注：X：不用關心；Z：高阻抗。3 水溫顯示電路連接本設計中，選用3位數(shù)碼管顯示溫度。采用的是數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式，即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼的視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時顯示。具體連接方法如下：（）使能端直接接地，LE（C）鎖存控制端接DULA（P2.7），數(shù)碼管LED1、LED2、LED3的位選端分別接單片機的WE1（）、WE2（）

36、、WE3（），電路圖如下：圖18 水溫顯示電路連接水位指示 本系統(tǒng)中設計了高水位、低水位和正常水位指示功能。當鍋爐內水位達到水位上限時，高水位LED燈亮；當水位達到下限時，低水位LED燈亮；當水位處于正常范圍時，正常水位指示LED燈亮。具體連接如下：高水位LED接單片機的P1.2，低水位LED接P1.1，正常水位LED接P1.0。圖19 水位指示電路故障報警本系統(tǒng)中設計了故障報警電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，單片機控制蜂鳴器進行報警，指示工作人員進行系統(tǒng)維護。電路連接如下，蜂鳴器控制端接單片機的FM（）。圖20 故障報警2.9 水泵與加熱器控制2.91 光耦耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光耦，是開關電源

37、電路中常用的器件。耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離

38、元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 2.92 繼電器 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1437546.htm t _blank 電磁式繼電器一般由鐵芯、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/344256.htm t _blank 線圈、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1115167.htm t _blank 銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在 HYPERLINK :/

39、baike.baidu /view/132529.htm t _blank 電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（ HYPERLINK :/baike.baidu /view/2098799.htm t _blank 常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（ HYPERLINK :/baike.baidu /view/2098800.htm t _blank 常閉觸點）釋放。這樣吸合、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/22211.htm t _blank

40、 釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分： HYPERLINK :/baike.baidu /view/2228371.htm t _blank 繼電器線圈未通電時處于斷開 HYPERLINK :/baike.baidu /view/705553.htm t _blank 狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。2.93 水泵與加熱器控制電路在本設計中，用來為鍋爐供水。加熱器的作用是加熱鍋爐內的水。由于開關量信號易受脈沖干擾，同時考慮到水泵和加熱器的工作電壓是交流220V，因此采用光電隔離，然后使繼電器動作，由繼

41、電器驅動電磁閥和噴淋泵工作。控制水泵；P1.6控制加熱器。圖21 水泵驅動電路圖22 加熱器驅動電路3系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件在程序設計時采用了模塊化設計方法，將控制器所要完成的功能分別編寫和調試，所有模塊調試成功以后，將各個模塊連接，構成單片機軟件系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由 3 部分組成：系統(tǒng)主程序、各功能子程序、中斷程序。系統(tǒng)主程序負責任務調度，子程序實現(xiàn)系統(tǒng)各個子功能，中斷程序負責處理系統(tǒng)的中斷事件。主程序流程圖如圖23 所示。主程序在完成系統(tǒng)初始化后，順序執(zhí)行各子模塊程序，而中斷發(fā)生時，系統(tǒng)執(zhí)行中斷服務程序，處理完畢后程序回到中斷發(fā)生前的狀態(tài)，主程序繼續(xù)執(zhí)行。系統(tǒng)上電或復位后，進入控制系統(tǒng)主程序。主

42、程序是軟件設計的中樞環(huán)節(jié)，是整個程序架構的關鍵所在，從中也體現(xiàn)了程序設計模塊化的思想。在主程序中完成系統(tǒng)的初始化、按鍵處理、顯示處理、運行狀態(tài)分析、控制算法處理等功能。 程序流程圖系統(tǒng)初始化開始是否有故障?報警水位是否低?水泵進水YNNY有鍵按下?溫度設定子程序YN溫度采集子程序水位檢測水位指示溫度顯示水溫低于設定?加熱器加熱YN返回停止加熱停止進水N圖23 程序流程圖4 總結本文根據(jù)電鍋爐對控制系統(tǒng)的要求研制了以AT89C51單片機為核心部件的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了溫度和液位的采集、顯示與控制，溫度設置、故障報警等各種功能。在進行硬件電路設計的同時，設計了相應軟件。該電鍋爐溫度控制系統(tǒng)達

43、到了調節(jié)時間短、穩(wěn)態(tài)誤差小等預期要求。解決了目前國內電熱鍋爐控制所采用的開關式控制或人工控制而導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，超調量大，同時對外界環(huán)境變化響應慢，實時性差，對電網(wǎng)沖擊大，系統(tǒng)經(jīng)濟效益低，鍋爐的使用年限低等一系列問題。本系統(tǒng)可以再做適當?shù)母倪M，使系統(tǒng)的功能更加完善，性能更高，使用更加方便，可以增加鍋爐內氣壓和水壓的檢測和實時顯示，另外考慮到溫度控制器工作環(huán)境潮濕，為了保證使用者安全，應增加漏電檢測功能。參考文獻1 張毅剛.單片機原理及應用M.北京：高等教育出版社，2004.137-156.2 趙佩華.單片機接口技術及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2002.120-193.3 胡燁Prote

44、l 99 SE原理圖與PCB設計教程M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.10-50.4 何立民.單片機實驗與實踐教程M.北京：北京航空航天大學出版社，2003.13-30.5 戴佳，苗龍，：中國電力出版社，2005.2-36.6 M.北京:科學出版社,2004.51-62.7 常健生.檢測與轉換技術M.北京:機械工業(yè)出版社,2003.21-48.8 王忠飛,胥芳.MCS-51 單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應用M.第4版.西安:西安電子科技大學出版社,2007.23-80.9 趙亮，侯國銳.單片機C語言編程與實例M.北京：人民教育出社，2003.71-95.10：清華大學出版社，2005.56-139

45、.Temperature Control System for Electric Boiler Based on SCMSun Xiaoning(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University,Dezhou Shandong,253023)Abstract:At present, switch control and manual control are adopted in electric boiler control system in China.These control ways resul

46、t in bad stability and big overshoot of the system.At the same time, since the systems response to the environment change is slow,it has a bad real time capability. And more, it has other defects such as huge shock to the electrical net, low economic value, short boiler service life.This thesis stud

47、ied out temperature control system for electric boiler which is based on AT89C51 Chip Microcomputer. The system is able to measure water temperature and water level in real time. The DS18B20 transducer is used to measure water temperature,and float switch is used to d, LED digitron displays give out

48、 the function of temperature,LED lights give instructions according to the value of water level.When the temperature rose last set temperature or temperature dropped to the next set, heater will action.If water level reach to the minimum or maximum, water pump will be stopped or started. Keyboard co

49、ntrol circuit is also seted in system,and it can be used to change temperature.In addition,the system has fault detection and alarm circuit.When errors come out, audible alarm will be given.Key Words: Boiler ,Temperature Control ,Water Level Control , Fault Alarming ,SCM謝 辭 在唐老師的悉心指導下，我順利完成了本論文。老師自始

50、至終關心督促畢業(yè)設計的進程和進度，幫助解決了設計中遇到的問題，并指出了正確的課題研究方向，使我在畢設計過程中少走了很多彎路。在此要對唐老師表示誠摯的感謝。我也要感謝我的父母，他們是我多年來堅持不懈完成學業(yè)的精神支柱和力量源泉。另外，感謝學校給予我們這樣的機會，在課題設計過程中，學到了各種芯片知識、電路圖繪制、元件焊接、還有C語言編程知識，使我在即將離校的最后一段時間里，增強了實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝，愿母校越來越好！附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 系統(tǒng)C程序#include #define uchar unsigned char #define uint

51、 unsigned int uchar code table= /共陰極LED顯示代碼0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; sbit led_low=P10; /聲明各引腳sbit led_nm=P11;sbit led_high=P12;sbit FM=P13;sbit ds=P14;sbit heat=P15;sbit pump=P16;sbit sw_sx=P20; sbit sw_xx=P21;sbit jia=P22;sbit j

52、ian=P23;sbit we3=P24;sbit we2=P25;sbit we1=P26;sbit dula=P27;sbit tz=P32;uint temp;float f_temp;void delay(uint z) /延時z毫秒子函數(shù) uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delays(uint a) /延時a秒子程序uchar j; uint i,k; for(i=a;a0;a-) for(j=110;j0;j-) for(k=1000;k0;k-);void dsreset(void) /18B20復位，初始化函數(shù) uint

53、 i; ds=0; i=103; while(i0) i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;bit tempreadbit(void) /讀1位函數(shù) uint i; bit dat; ds=0;i+; /i+ 起延時作用 ds=1;i+;i+; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tempread(void) /讀1個字節(jié) uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個字節(jié)在DAT里 return(dat

54、);void tempwritebyte(uchar dat) /向18B20寫一個字節(jié)數(shù)據(jù) uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /寫 1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else ds=0; /寫 0 i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /DS18B20 開始獲取溫度并轉換 dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0 xcc); / 寫跳過讀ROM指令 tempwritebyte(0 x44); / 寫溫度轉換指令uint get_temp() /讀取寄存器中存儲的溫度數(shù)據(jù) uchar a,b; dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0 xcc); tempwritebyte(0 xbe); a=tempread(); /讀低8位 b=tempread(); /讀高8位