熱水鍋爐單片機溫度控制系統(tǒng)_

1、 畢業(yè)設計（論文） 課題：熱水鍋爐單片機溫度控 制系統(tǒng) 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導老師 二零一三年六月一日摘 要 本篇論文主要對熱水鍋爐單片機溫度控制系統(tǒng)進行研究，該系統(tǒng)能對電熱水鍋爐的水溫、水位等信息進行控制，解決了傳統(tǒng)燃煤鍋爐安全性低，污染嚴重，效益不高等問題，設計經(jīng)濟環(huán)保，可行性很大。該設計選用Atmel 公司生產(chǎn)的AT89S52單片機為主控芯片，鍋爐單片機溫度控制系統(tǒng)主要包括：鍋爐水溫采集、鍋爐水位監(jiān)測、水溫及水位超限報警、鍵盤輸入、溫度顯示以及單片機控制六個部分。在溫度采集上選用高精度數(shù)字溫度傳感器DS18B20溫度傳感器監(jiān)測鍋爐的實時水溫 ，同時采用了LCD160

2、2小液晶作為顯示模塊，亮度高，清晰度好，耗能低。另外系統(tǒng)還增加了水溫、水位超限報警模塊，增加了系統(tǒng)的安全性能。在軟件設計上，本設計采用了模塊化的編程思想，軟件部分主要包括：主程序，鍵盤子程序，溫度信號處理程序及液晶顯示程序等，模塊化的編程讓程序思路清晰，易于調試。關鍵詞：AT89S52 ，溫度控制，DS18B20，LCD1602，熱水鍋爐I廣西大學本科生畢業(yè)設計論文Abstract This paper take the SCM boiler temperature control system as a main research object, this system can to the

3、 Electric hot water boiler temperature and water level of the full automation control.It is Economic and environmental for it solved the shortage of traditianal hot water boiler,the main weaknesses of traditianal hot boiler are poor efficiency , Severe pollution and dangerous. This system take the A

4、T89S52 SCM as main control chip which is produced by the atmel company,the paper mainly including six parts: temperature detection part, water level detection part, water level control part, Water temperature and water level overrun alarm part,Keyboard input part,Temperature display part and MCU con

5、trol part. In this paper we use the high precision digital temperature transducer as temperature detector and at the same time we choose the LCD1602 as the temperature display part which have many advantages such as highlight,Low energy consumption and so on.bisides this system is more safety becaus

6、e of the additional Water temperature and water level overrun alarm part. In the software design sides,this system followed the thought of Modular programming, contains master program , Keyboard subprogram,temperature signal processing subprogram and so on.Modular programming made the program easy t

7、o debug and Clarity . Keywords: AT89S52，temperature control，DS18B20，LCD1602，hot water boiler 目錄緒 論1第一章 系統(tǒng)總體硬件方案設計與論證21.1 溫度采集傳感器的選擇21.2 顯示器的選擇31.3 單片機的選擇31.4 水位檢測裝置的選擇41.5 系統(tǒng)整體設計框圖51.6 典型熱水鍋爐模型示意圖6第二章 系統(tǒng)硬件電路設計72.1 AT89S52單片機介紹72.2 單片機最小系統(tǒng)介紹92.3 溫度采集：DS18B20數(shù)字溫度傳感器112.4 水位檢測采集電路142.5 溫度顯示電路152.6 系統(tǒng)溫度

8、、水位控制電路182.7 水溫、水位超限報警電路192.8 穩(wěn)壓電源部分212.9 按鍵設置部分電路22第三章 系統(tǒng)軟件設計部分243.1 系統(tǒng)總體軟件設計思路243.2 主流程圖設計框圖243.3 各子程序設計流程圖26第四章 系統(tǒng)軟硬件綜合調試部分294.1系統(tǒng)硬件調試294.2系統(tǒng)軟件調試304.3系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合調試30第五章 結束語31參考文獻32附錄 A 系統(tǒng)原理圖33附錄B 系統(tǒng)原理圖PCB34附錄C 系統(tǒng)實物圖35附錄D 源程序清單37致謝47III緒 論隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電子產(chǎn)品越來越普及，特別是節(jié)能、環(huán)保效率高、智能的電子產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛

9、。傳統(tǒng)的熱水鍋爐都使用燒煤的方法進行加熱，這種采用燒煤的方式加熱不但會產(chǎn)生大量的污染環(huán)境的廢氣，而且在加熱時需要用專人進行燃料的添加，一旦加入燃料過多，水溫會升的過快造成開鍋，嚴重時甚至會造成鍋爐爆炸等嚴重事故，對人身財產(chǎn)產(chǎn)生損害。傳統(tǒng)的燒煤鍋爐不僅熱效率低下，安全性能低，而且污染環(huán)境嚴重。相反，電熱水鍋爐具有以下諸多優(yōu)點：（1）無污染；（2）能量轉化效率很高。電加熱鍋爐采用加熱元件直接與水接觸，加熱時轉換效率很高，能量轉化率也很高，一般可達到95%以上；（3）鍋爐本體結構十分簡單，安全性能好；（4）體積小，重量輕，占地面積??；（5）鍋爐啟動、停止速度快，運行負荷調節(jié)范圍大，調節(jié)速度快；（6）

10、可采用計算機監(jiān)控，能夠完全實現(xiàn)自動化管理等優(yōu)點。1.系統(tǒng)設計指標本系統(tǒng)要求設計一個以單片機為核心的熱水鍋爐單片機溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時也能對電熱水鍋爐的水位進行控制，系統(tǒng)具體技術指標如下： 1.鍋爐水溫溫度控制在0-85之間，能夠進行連續(xù)可調，并且誤差在±1之內，在溫度高于設定溫度上限時，系統(tǒng)能夠發(fā)出指令啟動風扇進行降溫，溫度低于設定溫度下限時能夠啟動加熱裝置升溫。 2.用LCD1602小液晶實時顯示系統(tǒng)溫度，用鍵盤輸入鍋爐溫度的安全溫度上下限范圍； 3.水位控制保持在設定值以上，小于設定值開啟補水泵，高于水位上限時，補水泵自動停止加水，同時在鍋爐水位低于最低水位或者高于最高水位的

11、時候還能進行報警提醒系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障。2. 本系統(tǒng)需要完成主要任務 詳細分析課題任務，設計電源電路模塊，鍵盤電路模塊，單片機系統(tǒng)主控模塊，液晶顯示電路模塊，執(zhí)行器電路模塊，聲光報警電路模塊等。然后根據(jù)課題任務的要求設計出實現(xiàn)控制任務的硬件原理圖和軟件，并用proteus仿真軟件進行調試，另外在時間、條件允許的話做好實物的制作與調試工作，完成整個系統(tǒng)的設計。第一章 系統(tǒng)總體硬件方案設計與論證1.1 溫度采集傳感器的選擇1.1.1 采用傳統(tǒng)模擬集成溫度傳感器傳統(tǒng)集成傳感器是用硅半導體工藝而制成的，因此又稱為硅傳感器或者是集成溫度傳感器，它是一個將溫度傳感器集成在單個芯片上、能夠完成溫度測量以及模擬

12、信號輸出等功能的專用芯片。傳統(tǒng)模擬集成溫度傳感器的主要特點是測溫誤差較小、功能較為單一、價格低廉等，比較適合長距離測溫、控溫，而且不需要非線性校準，外圍電路結構簡單。像AD590、LM35之類。但這些芯片的輸出信號都是模擬信號，所以必須經(jīng)過模數(shù)轉換后才能送給單片機，使得溫度測量裝置的結構復雜。此外，此類測溫裝置的一根線上只能掛單個傳感器，因而不能同時進行多點測量。即使能夠實現(xiàn)，也需要用到復雜的算法，這樣在一定程度上增加了軟件的難度。1.1.2 采用智能數(shù)字溫度傳感器【1】智能數(shù)字溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是計算機技術、微電子技術及自動測試技術的結晶。目前，已開發(fā)出一系列智能溫度傳感器產(chǎn)品

13、。智能溫度傳感器內部都包含信號處理器、A/D轉換器、溫度傳感器、存儲器及接口電路等。一些產(chǎn)品還自帶中央控制器、多路選擇器、RAM等。智能數(shù)字溫度傳感器的主要特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)以及溫度控制量，適配各種單片機. 代表產(chǎn)品有DS18B20,智能數(shù)字溫度控制器配合運用各種微控制器,能夠構成各種智能化溫度控制系統(tǒng)；同時它們還可以脫離MCU單獨工作,構成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式智能數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO92小體積封裝形式;溫度測量范圍在55125之間,具有9位12位A/D轉換精度,測溫分辨率能達到0.0625,溫度測量范圍為 -55+125，在-10+85溫度范圍

14、內,其精度達0.5。DS18B20的精度誤差為±0.2 ?，F(xiàn)場溫度以“一線總線”的數(shù)字方式進行傳輸，這樣大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、接口全部集成于一塊芯片上，與單片機連接更為簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。1.2顯示器的選擇1.2.1 LED顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼管LED顯示器或者小型LED點陣顯示屏。LED數(shù)碼管顯示器顯示內容單一，功耗較大，而LED點陣顯示屏近看點距很大，視覺效果非常不好，雖然LED顯示屏的確實亮度高，維修成本低。綜合利弊，LED顯示器雖然價格便宜，但

15、在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。1.2.2 LCD液晶屏采用LCD1602液晶屏進行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高。在儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。其優(yōu)點主要為：1.顯示質量高，色彩和亮度恒定發(fā)光，畫質高且不會閃爍。2.數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口簡單操作也很方便。3.功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內部電極和驅動IC上，因而耗電量比數(shù)碼管要小很多

16、，符合當前節(jié)能的宗旨。綜上考慮，雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管和點陣屏要貴，但它的室內顯示效果好，顯示內容豐富，是當今室內顯示器的主流，所以選用LCD 作為顯示器。1.3 單片機的選擇1.3.1 采用凌陽單片機利用凌陽單片機有一定的好處，凌陽的優(yōu)勢是硬件性能，抗干擾能力強，但凌陽單片機我們并沒有系統(tǒng)的學習過，這對于剛接觸單片機的我們來說不是很容易上手，而且其價格也要比AT89S52昂貴一些。1.3.2 采用AT89S52單片機在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其卓越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能，迅速占領了整個工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的

17、中流砥柱。51單片機的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，在測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。51單片機的典型代表是在20世紀80年代初因特爾公司研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛應用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的選擇，并在交通運輸業(yè)、家用電器制造業(yè)、工業(yè)控制領域及儀器儀表等領域取得了豐碩的成果。許多廠家、電氣公司競相選用以MCS-51技術核心為主導的單片機，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS系列單片

18、機，同時增加了一些新的功能,故而在這里選用AT89S51系列單片機。1.4 水位檢測裝置的選擇1.4.1 電容式液位測量裝置 該裝置通常結構簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應快，適合于惡劣的工作環(huán)境，生產(chǎn)成本也不高；但電容液位測量器需要考慮溫度補償，且介質的成分、水分、溫度、密度等不確定變化因素直接影響測量結果的準確性，另外檢測電路比較復雜，尤其是檢測微小電容量的變化。1.4.2 非接觸式測量法非接觸式測量法包括超聲波法、調制型光學法等。其特點是測量手段并不采用浮子之類的固態(tài)物，而是利用聲、光、射線、磁場等的能量。液位傳感器不和被測介質接觸，不受被測介質影響，也不影響被測介質，故適用范圍廣泛。

19、特別是接觸式測量裝置不能適用的特殊場合，如高粘度、強腐蝕性、污染性強，易結晶的介質。1.4.3 電接點測量裝置【2】 電接點水位計是根據(jù)汽和水的電導率不同測量水位的 ，其基本原理是在鍋爐的不同位置分別放置幾個電極，根據(jù)水的導電性與空氣的不同來感應水位的高低，從而產(chǎn)生高低電平信號，進而控制單片機發(fā)出指令控制繼電器分閉即控制水泵的開關達到調節(jié)水位高低的目的。綜上所述，該系統(tǒng)并不需要準確的顯示鍋爐具體水位，因而不必要選擇較為昂貴的超聲波傳感器，而電容式液位測量裝置檢測電路過于復雜，因而選擇電接點測量法較為簡便，成本較低，同時信號處理容易，能夠達到系統(tǒng)監(jiān)測鍋爐水位的目的，故最終選擇電接點法測水位。1.

20、5 系統(tǒng)整體設計框圖 綜合系統(tǒng)開題報告與調研，制定以下方案為鍋爐系統(tǒng)的總體方框圖如圖1.1所示： 單 片 機 DS18B20鍵盤輸入水位檢測繼電器 繼電器顯示電路報警電路 水 泵 加熱器 圖1.1 系統(tǒng)總體框圖1.6 典型熱水鍋爐模型示意圖第二章 系統(tǒng)硬件電路設計2.1 AT89S52單片機介紹AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。2.1.1 AT89S52主要功能列舉 1.擁有8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash 2.內部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 3. 8KB的內部程序存儲器（ROM） 4.

21、 256字節(jié)的內部數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 5. 32 個獨立可編程I/O口 6. 8 個中斷向量源 7. 3個 十六位定時/計數(shù)器2.1.1 AT89S52主要引腳功能【3】 圖2.1 AT89S52引腳圖VCC：AT89S52電源正端，接+5V電壓。VSS：電源地端，接地。XTAL1：該腳為系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入腳。XTAL2：該腳系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出腳，一般系統(tǒng)設計上在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體就可以正常動作了，另外需要在兩引腳與地之間各加入20pF 左右的小電容，這樣可以使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定，很好的避免噪聲干擾而死機。RESET：AT89S52的重置引腳端，高

22、電平有效，對晶片重置的時候，只需要對此引腳電平提升至兩個機器周期以上高電平，AT89S52便能完成各項系統(tǒng)重置動作，把內部特殊功能寄存器的內容設定成已知狀態(tài)，并且把程序代碼從地址0000H處開始讀入并而執(zhí)行程序。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）

23、及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當做I/O來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以

24、推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括外部中斷控制、串行通信、計時計數(shù)控制以及外部數(shù)據(jù)存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入端。P3.1：TXD，串行通信輸出端。P3.2：INT0，外部中斷0輸入口。P3.3：INT1，外部中斷

25、1輸入口。P3.4：T0，計時/計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時/計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部隨機數(shù)據(jù)存儲器寫入信號。P3.7：RD，外部隨機數(shù)據(jù)存儲器讀取信號。2.2單片機最小系統(tǒng)介紹單片機最小系統(tǒng)，指的是用最少的元件組成的能使單片機正常工作的系統(tǒng)，對本次設計使用單片機來說，最小系統(tǒng)包括：單片機，晶振電路以及復位電路。單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖2.2所示。 圖2.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖2.2.1 單片機內部時鐘電路（振蕩電路）【4】51單片機內部有一個用來構成振蕩器的反相高增益放大器，引腳XTAL2和XTAL1分別是此放大器的輸出端和輸入端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體諧振器

26、或者陶瓷諧振器就能夠構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖信號直接送入單片機內部的時鐘電路。 外接晶振時，C1和C2的容值通常選擇30pF左右，在設計PCB時，晶振和電容應盡可能安裝在單片機芯片附近并且電容盡可能對稱分布，以減少寄生電容的影響，保證振蕩器能夠穩(wěn)定可靠地工作。C1和C2有微調頻率作用，振蕩頻率范圍在1.2MHz12MHz之間。 焊接晶振時需要注意：要盡量保證晶振焊腳與18、19腳的焊腳是最短且對稱的，晶振的焊腳與30pF的電容位置也要求對稱和最短的。因為在AT89S52最小系統(tǒng)中，最關鍵的就是要保證晶振能正常起振。偏差一點點就很容易不起振或者亂振。2.2.2 按鍵復位電路 復位是使

27、CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位有上電復位和按鈕手動復位兩種： 圖2.3 上電復位和按鍵手動復位原理圖2.3 溫度采集：DS18B20數(shù)字溫度傳感器2.3.1 DS18B20簡介【5】 本系統(tǒng)采用的是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測度數(shù)，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。該傳感器不僅硬件接口簡單而且價格低廉，靈敏度高，體積小，具有耐磨耐碰，使用方便等優(yōu)點。 DS18B20特性如下：1.全數(shù)字溫度轉換及輸出。2.先進的單總線數(shù)

28、據(jù)通信。3.最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。4.12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。5.檢測溫度范圍為55°C +125°C (67°F +257°F) 2.3.2 DS18B20外形及引腳說明 GND：地DQ：單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳VD：可選的電源引腳2.3.3 DS18B20接線原理圖 圖2.4 DS18B20接線原理圖2.3.4 DS18B20時序圖【6】初始化時序如下圖： 圖2.5 DS18B20初始化時序DS18B20讀寫時序：圖2.6 DS18B20讀寫時序2.4 水位檢測采集電路 水位檢測電路的目的是產(chǎn)生有效的輸入信號

29、，該系統(tǒng)的水位檢測采集模塊仿真時采用兩個單刀雙擲開關S0，S1分別模擬熱水鍋爐的低水位和高水位電極的狀態(tài)，當水淹沒水位電極的時候意味著開關接到高電平，當水脫離水位電極的時候意味著開關接到低電平。考慮到水位電極采集到的信號非常的微弱，故在實際電路設計過程中需要加入一個三極管作為信號放大電路，以便單片機能夠準確的檢測到水位的信號，防止水位誤判。水位檢測電路仿真原理圖如下： 圖2.7 水位檢測電路仿真原理圖 2.5 溫度顯示電路2.5.1 LCD1602接口電路 LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)

30、字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高。由于本設計需要顯示的內容不是很多，只要對溫度進行實時顯示即可，故選用LCD1602液晶屏進行顯示。顯示接口電路圖如圖2.2所示。 圖2.8 顯示接口電路圖2.5.2 LCD1602簡介【8】 LCD1602主要參數(shù)：液晶顯示容量:16×2個字符芯片穩(wěn)定工作電壓:4.55.5V芯片工作電流:2.0mA(5.0V)液晶模塊最佳工作電壓:5.0V液晶字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm LCD1602主要管腳介紹： 1602采用標準16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地，接GND。第2腳

31、：VCC接5V即電源正極。第3腳：V0為液晶對比度調整控制端，接5V時對比度最弱，接GND時對比度最高（對比度太高時液晶會產(chǎn)生“鬼影”，真正使用時可以通過在電源與地之間一個10K的電位器調整液晶對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇端，低電平時選擇指令寄存器、高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器。第5腳：RW為讀寫信號端，低電平時執(zhí)行寫操作、高電平時執(zhí)行讀操作，。第6腳：E(或EN)端為使能端,高電平讀取信息，負跳變執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端口。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。 LCD1602顯示地址表 1602顯示地址表12345678910111213141

32、51600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH2.6 系統(tǒng)溫度、水位控制電路2.6.1 鍋爐溫度控制部分電路 在熱水鍋爐溫控部分，選用AT89S52單片機為中央處理器，通過DS18B20溫度傳感器進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機控制顯示器，然后驅動固態(tài)繼電器的通斷，控制加熱器的通斷，實現(xiàn)對溫度的控制。水溫控制部分原理圖如下： 圖2.9 水溫控制原理圖 2.6.2 水位控制部分電路 本設計不僅能夠實時檢測監(jiān)控熱水鍋爐的實時

33、水位，當鍋爐水位偏高或者偏低的時候，系統(tǒng)還能夠通過水位電極感應水位的變化繼而通過三極管來控制繼電器的通斷，從而控制加水水泵的開啟或者關閉。當水位偏低時，單片機發(fā)出指令通過控制單片機IO口電平的高低使繼電器導通從而使加水水泵開啟；當水位偏高時超過上限水位時，單片機通過控制繼電器使水泵停止加水，從而使水位保持在安全水位之內。水位控制電路如下： 圖2.10 水位控制電路2.7 水溫、水位超限報警電路2.7.1 水溫報警部分電路 本系統(tǒng)能夠通過DS18B20進行實時溫度檢測，單片機通過將采集到的溫度實時信號與溫度設定的上下限進行比較。當溫度探頭檢測到的溫度高于最高溫度或者低于最低溫度時，單片機P2.7

34、口輸出低電平，溫度聲光報警模塊開始響應，提示溫度超過上下限，溫度聲光報警電路如下： 圖2.11 溫度聲光報警電路 2.7.2 水位報警部分電路 水位報警器是指通過機械式或磁感應的方法來進行水位的報警，可以聲光報警器等或者磁性報警同時控制水泵等設備的啟動或停止，方法有多種，根據(jù)選用不同的產(chǎn)品而不同。1.過電極式水位開關進行報警電極式水位開關原理是運用電子探頭檢測水位，再由專用水位檢測芯片對檢測到的微弱電信號進行處理,當被測液體水位到達動作點時，電子探頭輸出高或低電平信號，配合運用水位控制器，使繼電器輸出開關信號,或者直接供電給報警器報警，實現(xiàn)對液位的報警功能。電極式水位開關不需浮球和干簧管,外部

35、無機械動作,耐污耐用,而且不怕漂浮物影響，能夠任意角度安裝,豎向安裝有一定的防波浪功能,這種方式較實用，耐污，壽命長，安全。它有兩種報警方式:超低水位報警和超高水位報警。2.通過浮球開關進行水位報警。 這種浮球有塑料/不銹鋼，通過內部帶有環(huán)形磁鐵浮球隨時水位的上下浮動來吸引桿子內部帶有干簧管的磁簧開關，發(fā)出開關報警信號，可耐高溫、耐酸堿腐蝕、廣泛應用到水處理、化工、家用電器、機器設備、電子行業(yè)。本系統(tǒng)最終選擇了電極式水位開關進行報警，水位報警部分電路如下： 圖2.12 水位報警部分電路2.8 穩(wěn)壓電源部分考慮到不管是單片機正常運作所需電壓，還是系統(tǒng)的大部分硬件工作電壓都為+5伏，故選用+5伏穩(wěn)

36、壓電源作為系統(tǒng)的供電電源。所以我們采用7805做穩(wěn)壓器，使用簡單的5V穩(wěn)壓電路連接，穩(wěn)壓電源部分原理圖如下： 圖2.13 穩(wěn)壓電源部分原理圖該穩(wěn)壓電源為最常用的穩(wěn)壓電源，其中D1為二極管IN4007，作為保護二極管使用，當輸入電源反接時，可以阻止反向電源的輸入，達到保護電源電路的目的，電容C1C4為濾波電容，使輸入電源更加穩(wěn)定，LM7805為穩(wěn)壓芯片，能將輸入的適配器直流電源穩(wěn)壓為5V直流電源輸出，該芯片為線性穩(wěn)壓芯片，可以在輸入928V直流電壓的情況下穩(wěn)定出5V直流電，當電壓過大時需要為LM7805加上散熱片。開關S1為電源總開關，D7為電源指示燈，J1為電源適配器接口。應該選擇輸出電壓為8

37、-20V之間的電源適配器。在8V以上，不要大于20V，小于8V可能輸出小于5V，不穩(wěn)定。大于20V，7805發(fā)熱量大，容易燒。因此9V到12V的電源適配器最為合適，既能保證能夠輸出穩(wěn)定的5V電源，也能使穩(wěn)壓管不至于因為過度發(fā)熱而燒壞。2.9 按鍵設置部分電路 日常生活中我們常用的鍵盤部分一般分為兩種類型：獨立式按鍵鍵盤與行列式按鍵鍵盤；像我們常用的電腦鍵盤、家用計算器鍵盤都屬于行列式鍵盤，行列式鍵盤的主要優(yōu)點就是占用單片機的I/O口較少，而且連接電路簡單；而獨立式按鍵每一個按鍵需要占用一個獨立的I/O口，常常使用于按鍵較少的硬件電路中， 行列式（也稱矩陣式）鍵盤通常運用在按鍵數(shù)目多的場合，它由

38、行掃描控制線和列掃描控制線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場合，行列鍵盤要比獨立鍵盤節(jié)省很多的I/O口線。由于本系統(tǒng)所需要的按鍵并不是很多，只需要對溫度上下限進行設置而已。只要三個按鍵即可達到預期效果，其中一個按鍵用于進入溫度設置界面，另外兩個按鍵分別用于溫度加和溫度減，當一次按下S2按鍵時默認進入溫度上限設置，連續(xù)兩次按下S2時進入溫度下限設置，第三次按下S2時恢復正常的溫度顯示界面。綜上所述，我們選用三個獨立按鍵即可實現(xiàn)熱水鍋爐的按鍵設定上下限功能了。按鍵部分電路原理圖如下： 圖2.14 按鍵部分電路原理圖 第三章 系統(tǒng)軟件設計部分3.1 系統(tǒng)總體軟件設計思路 軟件

39、設計部分主要是根據(jù)系統(tǒng)硬件設計程序，實際上就是對系統(tǒng)的管理程序和控制程序進行設計?？紤]到整個系統(tǒng)軟件設計比較繁雜，為了編寫、調試、修改和增刪的方便，系統(tǒng)軟件的遵循了采用模塊化的編程思想，即將整個控制軟件劃分成多個獨立的小模塊，這樣的設計思想便于程序的調試，增加了程序的可讀性降低了難度，同時便于軟件的維護工作。本軟件設計部分使用的編程語言為C語言，該語言比匯編語言在運算上要簡單，而且可移植性強，缺點是程序運行的效率沒有匯編高，軟件開發(fā)環(huán)境為Keil uVision4，該軟件為單片機使用的編程軟件，其功能十分強大，操作界面相對簡單，在經(jīng)過編寫、修改編譯通過后最終運用仿真軟件Proteus進行了整體

40、仿真測試，系統(tǒng)的基本功能都能正常實現(xiàn)。3.2 主流程圖設計框圖 本系統(tǒng)進入執(zhí)行時先對鍋爐水位進行與設定的水位上下限進行判斷，然后按條件不同處理結果。當鍋爐水位滿足條件的時候再對鍋爐的水溫采樣監(jiān)控，并進行相應的處理。本鍋爐溫度控制系統(tǒng)程序設計主流程圖下圖所示： 圖3.1 設計主流程圖 3.3 各子程序設計流程圖3.3.1 液晶顯示模塊流程圖如下 開始 LCD初始化 LCD是否忙單片機向LCD寫命令單片機向LCD寫數(shù)據(jù) 顯示數(shù)據(jù) 結束否是圖3.2 液晶顯示模塊流程圖 3.3.2 讀溫度值模塊流程圖DS18B20初始化延時啟動溫度轉換開始跳過讀序列號DS18B20初始化跳過讀序列號數(shù)據(jù)轉換處理讀取溫

41、度值高低位返回圖3.3 讀溫度值模塊流程圖 3.3.3 判斷模塊流程圖判斷模塊程序主要完成對熱水鍋爐的水位與溫度進行報警與調節(jié)的控制，其中水溫其報警的方式為聲光報警，水位報警方式為燈光報警，水位高于高水位時候紅燈亮，水位低于低水位的時候綠燈亮。在水溫超過設定溫度的上限時，系統(tǒng)通過繼電器控制降溫風扇啟動。同理，當鍋爐水溫低于設定的溫度下限的時候，會時加熱器啟動開始加熱升溫。水位的控制主要是通過控制加水水泵的通斷進行調控的，水位超過設定上限停止加水，水位低于設定水位下限時水泵開啟加水。其流程圖如圖3.4所示。否N是否超出水位上限紅燈熄滅水泵停止紅燈亮是否低于水位上限綠燈熄滅水泵開啟綠燈亮風扇開啟停

42、止聲光報警是Y否低于溫度下限停止聲光報警加熱開啟聲光報警超出溫度上限開 始聲光報警返 回圖3.4 判斷模塊流程圖是3.3.4 鍵盤溫度設定模塊流程圖此模塊跟判斷模塊流程圖類似，需要接受按鍵輸入，分別調節(jié)溫度值上下限等功能，鍵盤溫度設定塊流程圖如下：延時消抖溫度超出設定值了嗎？聲光報警開始顯示設定溫度值否加鍵按下嗎？是功能鍵按下？是確認按下嗎？否否是延時消抖是返回判斷退出界面？否取消報警否是上調設定值確認按下嗎？減鍵按下嗎？否否是延時消抖確認按下嗎？否下調設定值是 是第四章 系統(tǒng)軟硬件綜合調試部分任何單片機設計系統(tǒng)開發(fā)過程，都少不了一個重要的調試過程，通常系統(tǒng)的調試過程占整個系統(tǒng)開發(fā)過程的三分之

43、二以上，足見調試過程的重要性與困難。系統(tǒng)調試通常包括硬件調試、軟件調試及軟硬件聯(lián)合調試，這是系統(tǒng)設計的是一個很重要的步驟。但是硬件調試過程和軟件調試過程并不能完全獨立分開，因為許多硬件錯誤都是在軟件調試過程中被發(fā)現(xiàn)和改正的。系統(tǒng)調試的一般方法是先排除明顯的硬件錯誤，再進行軟硬件結合起來綜合聯(lián)調。首先應該對電路按模塊調試，各模塊逐個調試成功后再進行聯(lián)合調試。4.1 系統(tǒng)硬件調試 系統(tǒng)硬件調試是整個系統(tǒng)調試的基礎也是最重要的部分，只有在系統(tǒng)硬件調試通過排除硬件錯誤后才能進行后續(xù)的聯(lián)合調試，硬件調試過程是個繁雜的過程，因而必須有一個清晰且明確的調試思路才能有效的發(fā)現(xiàn)硬件錯誤并加以糾正。硬件調試的主要

44、方法有以下幾種：4.1.1 排除系統(tǒng)的邏輯故障這類系統(tǒng)故障往往是由于在設計和加工PCB板的過程中工藝性錯誤所造成的。主要故障包括錯線、開路、短路燈。排除此類故障的的方法是首先將加工的電路板與原理圖認真對照，看走線是否與原理圖一致。特別要注意的是電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源與地短路和電源正負極性反接等故障，必要時可以利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，該功能能夠有效的檢測出線路的開路，短路，元器件的虛焊等問題，可以有效地縮短排錯時間，因而加快效率。4.1.2 排除元器件失效故障造成元器件失效故障的原因主要有兩個：一個是元器件買回來的時候就已壞了；其次由于安裝錯誤或者由于焊接溫度過高，造成器件燒壞。可以通

45、過檢查元器件與設計要求的型號和安裝是否一致，特別是對于一些元件封裝不確定的元件一定要勤于查詢此類元器件的PDF資料，確保所畫元件封裝與實物的管腳是一致的，否則極易造成元器件燒壞的現(xiàn)象發(fā)生。在確保安裝無誤后，用元件替換的方法排除此類錯誤。4.2系統(tǒng)軟件調試本設計的軟件部分比較繁瑣，在編寫程序的過程中采用了模塊化的方法進行程序編寫，因而要對各個子程序分別進行調試。在調試子程序過程中,一定要符合入口和出口條件,調試方法手段可以選擇單步運行方式和斷點運行方式,通過檢查系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場、 RAM的內容情況及IO口的輸出狀態(tài),檢測程序運行結果是否與設計要求相符合。通過調試檢查，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)、機器

46、碼錯誤以及轉移地址的錯誤。同時,還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件故障、算法錯誤和硬件錯誤等，在軟件調試過程中不斷調整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件設計，從而完成每個程序模塊的調試。4.3系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合調試在完成硬件調試和軟件調試后，另外一個重要的步驟就是軟硬件聯(lián)合調試。經(jīng)過軟件、硬件調試后，系統(tǒng)的一些明顯故障已被排除，但這并不能保證整個系統(tǒng)在運行中就能夠正常運行，實現(xiàn)預期的功能，所以軟硬件聯(lián)合調試是非常重要的，需要十分豐富的調試經(jīng)驗，要根據(jù)系統(tǒng)的運行結果，能夠找出故障部位，這樣才能保證我們調試的準確性。本次設計所運用的下載燒錄軟件是STC-ISP-V4.80(串口)下載器，任何一個系統(tǒng)的最終得以批量生產(chǎn)都離不

47、開反復無數(shù)次的調試的結果。第五章 結束語 在該畢業(yè)設計中，重難點在于DS18B20的使用，即對它的時序控制、初始化以及字節(jié)讀寫方法，任何一個環(huán)節(jié)出錯或是時序控制不到位的話就不能得到正確的數(shù)據(jù)。但是只要學會了其正確的使用方法，它帶來的便利是熱電偶不能比擬的，DS18B20不僅有更高的精度而且不需要A/D轉換模塊，因而可以簡化系統(tǒng)的硬件電路。 在硬件設計中讓我懂得了許多，理論上的可行的方案做成實物時也會出現(xiàn)許許多多的問題，如在這次設計過程中，PCB制作過程中由于制板設備的限制導致了電路板上有一些細微的開路，肉眼幾乎不能看得出來，所以手邊準備一個萬用表是非常必要的，用萬用表的短路檔可以非常便捷的測出

48、線路的短路與開路。另外由于焊接技術的限制就出現(xiàn)了幾次虛焊，而造成了整塊板不工作，同時對于那種不是很確定的元件封裝，一定要自己親自用萬用表測量其封裝管腳然后自己畫封裝，在這次課程設計中就出現(xiàn)了由于開關封裝錯誤而導致開關不能起作用的情況，通過這次課程設計，讓我對硬件設計過程中從畫好PCB到印制、腐蝕電路板到最終焊接、調試硬件電路的流程有了更深的了解，對單片機系統(tǒng)的硬件調試方法有了更深的掌握。軟件設計中，把程序按功能分模塊的話能提高編程效率，把問題一一解決，同時畫流程圖能幫助理清思路，使問題簡單化。寫程序的時候添加注釋確是非常必要的，不然隔一段時間后，想要再改進的話就比較困難了，因為即使是自己寫的程

49、序也變得很難讀了。在做鍵盤消抖時，延時的時間比較重要，一般為10ms左右比較好，延時太短的話會導致按鍵太過靈敏，按一下就使數(shù)字跳變幾次；而延時過長的話則可能使按鍵按下了卻沒有響應，在外部定義初始化一個延時函數(shù)的入口參量能很方便地調整延時時間，以達到比較好的延時效果?？偟膩碚f，自己從這次獨立設計中收獲了許多知識與經(jīng)驗，經(jīng)過許許多多日日夜夜的調試，當看到自己做出的實物時難免讓我欣喜萬分，雖然這個并不是一個十分難的課題，但是那種為了成功畢業(yè)設計而熬夜調試的經(jīng)歷將會成為我人生當中的一大財富。 參考文獻1 沙占友. 智能化傳感器原理與應用M. 北 京：電子工業(yè)出版社，2004.2 閻石.數(shù)字電子技術基礎

50、M.北京：高等教育出版社.1998.P49-P51.3 于軍，隋韌鋒.基于單片機STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設計J.吉林化工學院學報，2012（11）第29卷，第11期.4李朝青.單片機原理與接口技術M.北京：北京航天航空大學出版社, 2005.5 陶冶，袁永超，羅平.基于DS18B20的單片機溫度測量系統(tǒng)J.農(nóng)機化研究，2007（10）第10期.6 張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用J.儀表技術，2010（04）.7 于海生.微型計算機控制技術M.清華大學出版社.1999.84-86.8 趙亮.跟我學51單片機（七）LCD1602液晶顯示模塊J.電子制作.2011（07）.9 彭偉

51、.單片機C語言程序設計100例M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.610 周月霞，孫傳友.DS18B20的硬件連接及軟件編程J.傳感器世界.2001（12）11附錄D 源程序清單#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define LCD_DATA P0#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit buzzer = P27;sbit hot = P26;sbit cold = P25;sbit gaoshuiwei =P10;sbit dishuiwei =P11;sbit mada =P35;sbit lvdeng= P24;sbit landeng = P23;sbit k1=P12;sbit k2=P14;sbit k3=P16;sbit RS