鍋爐溫度控制

1、安慶師范學(xué)院計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)論文論文題目：鍋爐溫度51單片機(jī)的控制系統(tǒng)III姓名:盛雄學(xué)號(hào):080311134姓名:吳超學(xué)號(hào):080311108姓名:陳忠學(xué)號(hào):080311121指導(dǎo)老師：吳文進(jìn) 年級(jí)：11級(jí)自動(dòng)化3班時(shí)間：2014/6/20目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 摘要3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 一：引言4 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 二：設(shè)計(jì)原理及仿真5 HYPERLINK l bo

2、okmark24 o Current Document 三：硬件電路6 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 3-1微控制器AT89S527 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3-2晶振電路7 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 3-3復(fù)位電路8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3-4 DS18B20 芯片8 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3-5液

3、晶顯示器103-6控制電路117其他的硬件設(shè)備11 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 四：軟件設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 1鍋爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖12 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 4-2編程主要思想12 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4-3程序流程圖13五：結(jié)語(yǔ)14 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 參考文獻(xiàn)14摘要鍋爐

4、是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企 業(yè)，而鍋爐對(duì)溫度的控制也是有很高的要求在日常的生活中。本文就51單片機(jī) 的溫度控制系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用溫度傳感器DS18B20開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)。我們 以51單片機(jī)為主控制器，DS18B20作為溫度傳感器，利用繼電器和蜂鳴器以 及液晶顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)警。這里我們使用了 proteus和keil 3 的結(jié)合來(lái)進(jìn)行仿真測(cè)量。DS18B20與AT89C52結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量和控制， 有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)DS18B20液晶顯示器仿真模擬一：引言鍋爐

5、是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能， 鍋爐輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體。鍋的原義指在火上加熱 的盛水容器，爐指燃燒燃料的場(chǎng)所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產(chǎn)生的 熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需熱能，也可通過(guò)蒸汽動(dòng)力裝 置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為 熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸 汽鍋爐，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī) 技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫

6、度控制 系統(tǒng)的發(fā)展迅速。鍋爐溫度的控制都能通過(guò)微控制芯片完成使鍋爐的運(yùn)行完全 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，最大程度地將控制器應(yīng)用于傳統(tǒng)的鍋爐行業(yè)。本課題主要研究鍋 爐溫度的過(guò)程控制。二：設(shè)計(jì)原理及仿真DS18B20作為溫度傳感器，將實(shí)時(shí)的檢測(cè)鍋爐內(nèi)的溫度并且利用液晶顯示 器將所測(cè)的溫度顯示出來(lái)，同時(shí)通過(guò)控制電路來(lái)調(diào)節(jié)溫度的上下限值，并在液 品顯示器中顯示。程序中我們會(huì)不停的判斷是否所測(cè)的溫度與設(shè)定的值對(duì)應(yīng)， 如果實(shí)際的溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音產(chǎn)生報(bào)警。另外，proteus中我們利用一個(gè)白熾燈來(lái)模擬鍋爐的加熱裝置，即白熾燈如 果是發(fā)光的則表示鍋爐正在加熱。所以當(dāng)實(shí)際的溫度超過(guò)所設(shè)定溫度的最大值，

7、 則加熱裝置（白熾燈）會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉。直到溫度下降到所在范圍，加熱裝置（白 熾燈）會(huì)打開(kāi)。如圖2.1是proteus的仿真圖。液晶顯示器的第一行顯示的是溫度傳感器的 溫度即鍋爐內(nèi)的實(shí)際溫度是10攝氏度，第二行顯示的是人為設(shè)置的溫度上下限 值（圖中是-5度一10度，系統(tǒng)剛進(jìn)來(lái)默認(rèn)是-5度一10度），可以通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái) 調(diào)節(jié)溫度的上下限值。當(dāng)溫度傳感器所測(cè)的溫度超過(guò)了所設(shè)定的溫度值，蜂鳴 器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警；當(dāng)溫度傳感器所測(cè)的溫度大于上限溫度值時(shí)，白熾燈（鍋爐 加熱系統(tǒng)）就熄滅同時(shí)指示燈D1不發(fā)光。Tenpehaturei 010 -05-010:沽cmur-增加下臀尸十 減小下PI睢寸一 增加上PIMT尸

8、一 減小上PI睡尸:mupanwDDPD.i.ftcn:：mi2PD.tftDiPDSftDSPD.&MD6RSTPD.r.ftDTPS P2.1.；uiP22.A1DPSEN-P2.3W11.KLEP2.iSfiA2EAP2.&A13P2.SW11P2.I.W15P1EP3LLHXDP1.1P3.1.T：DP1WP31NTLP1.3P.llNT?P1.iPMTLP1.5P1.6Pg匝P1.TP3.WCE _ 隔麗典加用巖陌票AT圖2.1 proteus的仿真圖三：硬件電路3-1微控制器AT89S52單片機(jī):E.L1:CT.U.L2f=!STP DR-ADO PD.1.AD1 PD2IAD2

9、Pn.3?.D3 PEJ.l胸D PD.&AD6 PD.&AD6 PD.T.ADTP2.1.-MP22P.1OPQENP2.ap.iiALEP2.4120P2.&P.13P2.TJW15P1DP1.1P3.1.OHF12POilNTIF1.3P33-1NT1Pi.ipwraP1.5P3.5.-T1P1.6P1.7P3.7/R D19_1呂25 W1_6_T39303736353*33332122232*躊262720101112131*151617圖3.1 AT89S52單片機(jī)如圖2.1是AT89S52單片機(jī)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Fla

10、sh存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易 失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允 許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位 CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得 到廣泛應(yīng)用。由于篇幅所限，在這里我們就不再對(duì)該單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能 進(jìn)行詳細(xì)的闡述了，讀者可以自行翻閱相關(guān)資料。3-2晶振電路單片機(jī)內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是種時(shí)序電路，所以必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。在 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘 信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。晶振電路如圖

11、2.2圖3.2晶振電路3-3復(fù)位電路復(fù)位電路是單片機(jī)最小系統(tǒng)中，必不可少的一個(gè)模塊。因?yàn)槌绦蛑薪?jīng)常會(huì)出 現(xiàn)跑飛或者是死循環(huán)的狀態(tài)，這樣可以利用復(fù)位電路來(lái)改變單片機(jī)中PC寄存 器從而使單片機(jī)中的程序能從頭開(kāi)始執(zhí)行。復(fù)位電路如圖2.2。圖3.3復(fù)位電路3-4 DS18B20 芯片DS18B20是個(gè)溫度傳感器芯片，具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)， 精度高的特點(diǎn)。該芯片具有：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線可 實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測(cè)溫范圍一55C+125C3.支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只 能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)

12、多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造 成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。工作電源:3.05.5V/DC在使用中不需要任何外圍元件測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，溫 度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,配置寄存器。而內(nèi)部的溫度傳感器所測(cè)的溫度是放在 LSB和MSB寄存器，需要利用DS18B20特有的讀函數(shù)將其讀出來(lái)。DS18B20在軟件中包含了初始化、寫函數(shù)、讀溫度函數(shù)的操作。初始化是 使得芯片與單片機(jī)芯片建立了聯(lián)系。寫函數(shù)是對(duì)DS18B20的內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫 入一定的數(shù)值，以達(dá)到控制芯片的目的。讀溫度函數(shù)是讀取DS18B20內(nèi)部的

13、溫 度傳感器所測(cè)得的溫度。注意：對(duì)DS18B20的讀寫操作或者是初始化都需要按 照嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)進(jìn)行，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的，芯片的時(shí)序圖讀者可以查閱相關(guān)資 料。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換 必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成 功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù) 定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當(dāng)DS18B20 收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。DS18B20芯片如圖2.3。U1Dsi

14、saai圖 3.4 DS18B20 芯片3-5液晶顯示器這里的液晶顯示器我們選擇了 LM016L型號(hào)，如圖2.4。該液晶顯示器是一 種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，下面我們給出了 LM016L的 一些主要計(jì)數(shù)參數(shù)：顯示容量：16*2個(gè)字符芯片工作電壓：4.5-5.5v工作電流：2.0mA模塊最佳工作電壓：5.0V引腳功能說(shuō)明：編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地8D1數(shù)據(jù)2VDD電源正極9D2數(shù)據(jù)3VEE液晶顯示偏壓10D3數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇11D4數(shù)據(jù)5RW讀/寫選擇12D5數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)13D6數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)和DS18B20 一樣，在LM016L

15、的程序中，都需要按照其規(guī)定的時(shí)序圖來(lái) 寫對(duì)液晶的讀寫函數(shù)和初始化函數(shù)。寫函數(shù)是寫入即將顯示的字符到液晶顯示 器，讓液晶顯示。寫函數(shù)也可以對(duì)液晶顯示器進(jìn)行相關(guān)的顯示控制，例如光標(biāo) 的設(shè)置，顯示的位置等。LCD1LIiniSL3-6控制電路最后溫度的上如圖2.6是控制電路，通過(guò)四個(gè)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)溫度的上下限值， 下限值來(lái)通過(guò)液晶顯示器顯示出來(lái)。增加下限值減小下限值,增加上限值卜減小上限值卜圖3.6控制電路3-7其他的硬件設(shè)備這里仿真中，我們還用到了芯片74LS245、蜂鳴器、繼電器、白熾燈、三 極管等。74LS245是連接單片機(jī)和液晶顯示器，從而驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。蜂鳴器是實(shí) 現(xiàn)報(bào)警的。白熾燈是模擬鍋爐的

16、加熱系統(tǒng)（白熾燈發(fā)光即表示加熱，不發(fā)光表 示不加熱）。繼電器作為一種開(kāi)關(guān)是將單片機(jī)和其他電路隔開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)小電 流控制大電流，保證電路的安全。四：軟件設(shè)計(jì)4-1鍋爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖4.1控制系統(tǒng)框圖4-2編程主要思想DS18B20作為一個(gè)溫度傳感器的芯片，在與微控制器單片機(jī)進(jìn)行連接通訊 中，是單總線的。單片機(jī)對(duì)芯片的讀或者是寫操作都是通過(guò)這條單總線來(lái)實(shí)現(xiàn) 的，所以在這過(guò)程中它們的時(shí)序是很重要的。所以程序中我們需要先對(duì)其進(jìn)行 初始化，目的是為了單片機(jī)和DS18B20通訊之前建立聯(lián)系。然后需要編寫讀函 數(shù)，用于讀取溫度傳感器中所采集的實(shí)際溫度，便于傳回主機(jī)（單片機(jī)）。接 著我們需要編寫寫函數(shù)

17、，這個(gè)是用來(lái)對(duì)DS18B20進(jìn)行一些操作控制，比如設(shè)置 它測(cè)溫的精度。LM016L是液晶顯示器中的一款芯片，可以顯示兩行的字符每行最多能顯示 16個(gè)字符。同樣對(duì)于該芯片的操作也是要注意它的時(shí)序。程序中我們首先需要 對(duì)LM016L編寫一個(gè)測(cè)忙函數(shù)，用于判斷液晶顯示器是否處于忙碌狀態(tài)，只有 在不忙的狀態(tài)下，才能對(duì)LM016L進(jìn)行讀或者是寫的操作。然后就是編寫對(duì)液 品的讀和寫函數(shù)。同樣讀函數(shù)是對(duì)LM016L進(jìn)行一些人為的控制，包括設(shè)置顯 示光標(biāo)、顯示行數(shù)等等。寫函數(shù)就是讓液晶顯示器顯示我們需要顯示的內(nèi)容。編寫好這兩個(gè)芯片的相關(guān)程序之后，然后就是關(guān)于控制電路。程序中會(huì)不 停的掃描鍵盤按鈕，并把值送到液

18、晶顯示器中。程序也會(huì)不斷的比較當(dāng)前溫度和設(shè)定值，條件滿足會(huì)報(bào)警；溫度過(guò)高則會(huì)關(guān)閉鍋爐加熱系統(tǒng)（我們仿真用的 白熾燈）。4-3程序流程圖圖4.2程序流程圖 由于實(shí)現(xiàn)的程序相對(duì)講是比較長(zhǎng)的，讀者可以在附錄中詳細(xì)查看程序。五：小結(jié)由于編者水平以及其他硬件條件有限，這里我們只是利用proteus對(duì)鍋爐溫 度控制進(jìn)行了仿真的設(shè)計(jì)。仿真和真實(shí)電路是有很大區(qū)別的，本論文可供讀者 參考學(xué)習(xí)。雖然對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)這個(gè)論文題目比較簡(jiǎn)單，不過(guò)真正的做起來(lái)確 實(shí)不是很輕松，包括在網(wǎng)上查找大量的DS18B20和LM016L的相關(guān)資料、word 排版問(wèn)題雖然我們經(jīng)常熬夜來(lái)做這個(gè)，不過(guò)我們卻知道了很多以前不知道 的東西，知道

19、了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，感覺(jué)到了自己的進(jìn)步！參考文獻(xiàn) 李全利主編：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與接口技術(shù)，高等教育出版社，2004年俞金壽 孫自強(qiáng)主編：過(guò)程控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2013年 于海生主編：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年劉篤仁韓保君主編：傳感器原理和應(yīng)用技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2003年附錄：#include#include#define uchar unsigned charuchar world=Temperature:;uchar a8,i,c,b;uchar n,k,j,flag=0;sbit RS=P3A0;sbit RW=P3A1;sbit E=P3A2;sbit

20、dq=P3A3;sbit clk=P3A4;sbit CLOCK=P3A5;sbit BF=P0A7;sbit p14=P1A4;sbit p15=P1A5;sbit p16=P1A6;sbit p17=P1A7;/*關(guān)于DS18B20的相關(guān)函數(shù)聲明*/void delayus(int i);void initial();void write(int dat);int read();void ds18b20();void display();void delayms(int i);/*關(guān)于LM016L的相關(guān)函數(shù)聲明*/unsigned char busytest(void);void writ

21、econtrol(unsigned condata);void writedata(unsigned d);void lcdinit(void);void keyscan();/*主函數(shù)*/void main()clk=0;CLOCK=0;c=5;b=10;lcdinit();delayms(100);writecontrol(0 x01);writecontrol(0 x80);/顯示在液晶顯示的第一行i=0;while(worldi!=0)writedata(worldi);i+；delayms(50);while(1)keyscan();/鍵盤掃描，控制溫度的上下限值ds18b20();

22、/讀溫度傳感器中的溫度display();/將讀取的溫度值轉(zhuǎn)換為ASCII碼if(flag=0&nb)/溫度過(guò)高時(shí)，關(guān)閉白熾燈 clk=0;elseclk=1;if(flag=0&nb)|(flag=1&nc)/溫度超過(guò)了上下限值，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警CLOCK=1;elseCLOCK=0;if(flag)writedata(-);delayms(50);elsewritedata(a0);delayms(50);writedata(a1);delayms(50);writedata(a2);delayms(50);writecontrol(0 xc0);keyscan();writedata(-)

23、;delayms(25);a3=c/10+0 x30;a4=c%10+0 x30;a5=b/100+0 x30;a6=b/10%10+0 x30;a7=b%10+0 x30;writedata(a3);delayms(25);keyscan();writedata(a4);delayms(25);writedata(_);delayms(25);writedata(a5);delayms(25);writedata(a6);delayms(25);writedata(a7);delayms(25);writecontrol(0 x8c);/*微秒級(jí)別延時(shí)*/void delayus(int i

24、)while(i-);/*毫秒級(jí)別延時(shí)*/void delayms(int i)int j;while(i-)for(j=100;j0;j-);/*測(cè)忙函數(shù)*/unsigned char busytest(void)bit result;RS=0;RW=1;E=1;delayms(4);result=BF;E=0;return result;/*對(duì)LM016L的寫函數(shù)控制*/void writecontrol(unsigned condata)while(busytest()=1);RS=0;RW=0;E=0;delayus(2);P0=condata;delayus(4);E=1;delayms(4);E=0;/*對(duì)LM016L進(jìn)行寫數(shù)據(jù)*/void writedata(unsigned d)while(busytest()=1);RS=1;RW=0;E=0;P0=d;delayus(4);E=1;delayms(4);E=0;/*對(duì)LM016L進(jìn)行初始化*/void lcdinit(void)delayms(100);writecontrol(0 x38);delayms(100);writecontrol(0 x38);delayms(100);