鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè) ：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí):二班學(xué)生姓名 :胡磊學(xué)號(hào) :課題 :鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：紀(jì)明偉2013年06月14日摘要在調(diào)查對(duì)當(dāng)前采暖需求情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)小型家用燃?xì)忮仩t的工作特點(diǎn)，再結(jié)合工程實(shí)際需要，研究了基于MCS-51 單片機(jī)的家用燃?xì)忮仩t溫度控制系統(tǒng)，旨在解決使用燃煤鍋爐集中采暖時(shí)所遇到的鍋爐溫度不易控制的問(wèn)題，改進(jìn)家庭采暖的控制方式，提高采暖的經(jīng)濟(jì)性。利用Protel99se 軟件設(shè)計(jì)電路，對(duì)智能控制器的電源電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD 液晶顯示電路以及控制器的核心溫度采集電路

2、進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電源采用三端集成穩(wěn)壓器W7800 (W7900)系列元件7805,交流 220 v 電壓轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需要的5V 電壓；利用 AT89S51 作為控制器的核心器件；利用集成電路溫度傳感器DS18B20 測(cè)量鍋爐水溫 ;并將測(cè)量的水溫與設(shè)定值比較，另外系統(tǒng)使用LCD 液晶顯示器顯示當(dāng)前水位、水位的上下限值、當(dāng)前采集的溫度值和預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值。當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)定的報(bào)警溫度值，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)關(guān)閉鍋爐燃燒器。等待溫度降到下限值，這時(shí)就可以重新鍋爐燃燒器通電，繼續(xù)加溫，如此反復(fù)監(jiān)控溫度。這樣就可以提高能源的使用率，節(jié)約能源。針對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，在上述硬件電路及實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，

3、利用匯編語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)?？刂栖浖饕囟群蜏囟炔杉映绦?、水位控制程序、 LCD 液晶顯示子程序等。關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度控制； DS18B20；燃?xì)忮仩t； LCD ；ABSTRACTAccording to the market demand and the characteristics of domesticthe basis of investigation of which is the core of this controller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7

4、900) series component 7805 is used for the power supply. The Atmel AT89S51 chip is the core chip of the controller. The integrated temperature sensor DS18B20 is used to measure water temperature in boiler. The key circuit is used to set the alerm temperature and analog water in or out. In addition,

5、LCD is used to display water level bound, current water level, temperature alerm value by presuppositionand current temperature. When water level beyond its bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and makes boiler burner off. When water temperature is down

6、, the system releases alerm and makes boiler burener on. The system does it again and again.So the system can save energy and improve energy utilization rate. Aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of thesebased on singlechip. This software includes temperature and water le

7、vel monitor main program, temperature collection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, LCD display subprogram etc.Keywords:MCU; Temperature control; DS18B20;Gasboiler;Liquid CrystalDisplay;目錄1緒論.11.1課題背景 .11.2課題研究的目的及意義 .21.3系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想 .22系統(tǒng)方案選擇及工作原理 .42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .4

8、2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .52.2.1主要器件的選擇 .72.2.2輔助器件選擇 .73 硬件電路設(shè)計(jì) .83.1主控單片機(jī) AT89S51 芯片介紹 . .83.1.1主要性能特點(diǎn) .83.1.2AT89S51 管腳說(shuō)明 .93.2單片機(jī)最小系統(tǒng) .11圖 3.2 最小單片機(jī)系統(tǒng) .113.2.1時(shí)鐘電路 .113.2.2復(fù)位電路 .123.3溫度控制電路設(shè)計(jì) .123.4按鍵電路設(shè)計(jì) .133.5水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì) .133.6穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) .143.7溫度傳感器選擇及溫度采集電路.163.7.1DS18B20 簡(jiǎn)介 .163.7.2溫度采集電路 .173.8輸出模塊 . .173.8.1固

9、態(tài)繼電器 SSR.173.8.2報(bào)警電路設(shè)計(jì) .193.8.3液晶顯示電路設(shè)計(jì) .194 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) .224.1系統(tǒng)主程序 .224.2子模塊軟件設(shè)計(jì) .224.2.1AD 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)子程序設(shè)計(jì) .234.2.2DS18B20 溫度采集子程序設(shè)計(jì) .244.2.3LCD 液晶顯示子程序設(shè)計(jì) .25按鍵子程序設(shè)計(jì)25總結(jié)27參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄一30附錄二391 緒 論1.1課題背景由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(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)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面，以美國(guó)、德國(guó)、日本、瑞典等國(guó)家技術(shù)領(lǐng)

10、先，都生產(chǎn)出了一批性能優(yōu)異的、商品化的溫度控制器及儀表，并在各行得到廣泛的應(yīng)用。電加熱鍋爐采用全新加熱方式，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，使其比其他形式的鍋爐更具有吸引力：1）能量轉(zhuǎn)化效率高。加熱元件直接與水接觸，能量轉(zhuǎn)換效率很高，可達(dá)95%以上。2）無(wú)污染。不會(huì)排放出有害氣體、飛塵、灰渣，完全符合環(huán)保方面的要求。3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，占地面積小。4）鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性好。不需要布管路，沒(méi)有燃燒室、煙道，不會(huì)出現(xiàn)燃煤、燃油、燃?xì)獾男孤┖捅ㄎｋU(xiǎn)。5）可采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。其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)。6）啟動(dòng)

11、、停止速度快，運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快，操作簡(jiǎn)單。由于加熱元件工作由外部電氣開(kāi)關(guān)控制，所以啟停速度快。由于目前人們的環(huán)保意識(shí)的提高，人們對(duì)電熱鍋爐越來(lái)越重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來(lái)越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制中。工業(yè)控制也越來(lái)越多的采用計(jì)算機(jī)控制，在這里我們采用51 系列單片機(jī)來(lái)做控制器。由于電加熱鍋爐是一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到很好的控制效果。而這下符合P

12、ID 控制使用的條件，因而PID 控制被廣泛地用于電熱鍋爐的控制中，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法，并獲得良好的控制效果。1.2 課題研究的目的及意義目前市場(chǎng)上家用燃?xì)忮仩t大部分為進(jìn)口，價(jià)格較高，售后服務(wù)也不夠完善，不利于燃?xì)忮仩t的推廣與使用，研制燃?xì)忮仩t的企業(yè)與公司也相對(duì)較少。因此，研制開(kāi)發(fā)小型家用燃?xì)忮仩t就具有客觀的市場(chǎng)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)的意義。本設(shè)計(jì)將結(jié)合中、小型家用燃?xì)忮仩t的實(shí)際需要，利用 MCS-51 系列單片機(jī)為核心器件組成溫度控制系統(tǒng)，采用溫度采集技術(shù)，并通過(guò)運(yùn)行和分析研究，以期正確認(rèn)識(shí)和全面理解利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度采集技術(shù)在過(guò)程控制中的應(yīng)用。本控制器主要是針對(duì)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中鍋爐溫度控制

13、裝置而設(shè)計(jì)的，用 PID 控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法，以獲得良好的控制效果。1.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想目前，專門用于工業(yè)控制的單片機(jī)系列產(chǎn)品廣泛出現(xiàn)于世界計(jì)算機(jī)市場(chǎng)上，單片機(jī)以其重量輕、體積小、功耗低、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，在工業(yè)控制的實(shí)踐中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)各種常規(guī)的控制，而且還可以根據(jù)被控對(duì)象的特性，充分利用控制理論的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以獲得更好的控制效果。當(dāng)前，由于家用鍋爐處于批量生產(chǎn)中，并且每臺(tái)鍋爐需要一套完整的控制系統(tǒng)，根據(jù)這些特點(diǎn)，特別是從產(chǎn)品成本角度出發(fā)，以 MCS-51為核心器件的控制系統(tǒng)是比較理想的選擇。此外， MCS-51 系列單片機(jī)

14、完備的控制功能、運(yùn)算能力、加上完善的外部接口電路，完全可以勝任對(duì)中小型鍋爐的控制。系統(tǒng)在外圍芯片選取時(shí)，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片和電路，還需本著節(jié)約成本的思想。選用 LCD 液晶顯示器和基于單總線的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。LCD液晶顯示器為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面； DS18B20溫度傳感器采用美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有體積小，使

15、用方便，耐磨耐碰，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。它們二者與單片機(jī)的接口比較簡(jiǎn)單，而且編程難度不大，既縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。本系統(tǒng)的電源采用市場(chǎng)上常見(jiàn)的 W7800(7800)系列 7805電源穩(wěn)壓芯片， 數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)分別采用單獨(dú)的供電回路，以避免電源的干擾。利用繼電器控制燃燒器和給水泵的加熱和給水。當(dāng)鍋爐內(nèi)的水的實(shí)際水溫超過(guò)報(bào)警溫度值，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，這時(shí)接在單片機(jī)一端的繼電器動(dòng)作，燃燒器斷電。此時(shí)溫度傳感器實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐溫度檢測(cè)，當(dāng)溫度降到設(shè)定值的下限時(shí)，繼電器重新通電。燃燒器電源重新接通，鍋爐繼續(xù)加熱。如此反復(fù)監(jiān)控溫度。

16、這樣對(duì)鍋爐溫度控制不僅可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。使用 LCD 液晶顯示器顯示水位的上下限值、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值和當(dāng)前采集的溫度值； 利用溫度傳感器 DS18B20采集測(cè)量鍋爐水溫。 此外，為防止鍋爐干燒和鍋爐水溢出，本系統(tǒng)對(duì)鍋爐的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免造成能源浪費(fèi)以及水溢出引起的鍋爐爆炸等嚴(yán)重后果。2 系統(tǒng)方案選擇及工作原理實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的方案有多種，以下介紹兩種控制方法：(1)用 PLC 為控制器，熱電阻熱電偶作為測(cè)溫器件，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。(2)用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器和加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)溫度進(jìn)行控制，鍵盤修改溫度參數(shù)、顯示。每一種方案都有其各自的優(yōu)點(diǎn)。本章詳細(xì)列舉、說(shuō)明了兩種不同的設(shè)計(jì)

17、方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，選出了最佳控制方案。2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案方案一：采用 PLC為控制器此方案用 PLC 作為主要控制器的核心，利用熱電偶作為測(cè)溫器件，然后通過(guò)一個(gè)變送器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 送入到 AD 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)送入 PLC ，由 PLC 根據(jù)給定值與測(cè)量值的大小作比較得到一個(gè)偏差，再由 DA 將偏差數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量來(lái)調(diào)節(jié)加熱絲的工作時(shí)間或者通過(guò)調(diào)節(jié)不同電壓來(lái)調(diào)節(jié)加熱絲的加熱功率， 最終達(dá)到鍋爐恒溫控制的目的。 系統(tǒng)原理框圖如下圖 2.1 所示：實(shí)際溫度圖 2.1方案一的原理框圖方案二：采用 51 單片機(jī)為主控芯片采用 AT89S51 單片機(jī)、溫度傳感器

18、DS18B20、7805 電源穩(wěn)壓芯片、液晶顯示器 LCD1602 等核心部件。該方案采用液晶顯示器來(lái)顯示當(dāng)前采集的溫度值、當(dāng)前水位、水位的上下限值、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值，接口簡(jiǎn)單、直觀而且編程強(qiáng)度不大。用不銹鋼管制作成的裝置放于水位上下限。這樣就可以縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，減少系統(tǒng)成本開(kāi)銷。另外，溫度傳感器 DS18B20 的溫度測(cè)量范圍、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、精度都要比熱敏電阻好。當(dāng)系統(tǒng)采集到溫度信號(hào)后與設(shè)定溫度進(jìn)行比較得到一個(gè)偏差，然后通過(guò) PID 運(yùn)算，從單片機(jī) P1.0 輸出一個(gè) PWM 波形來(lái)控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制鍋爐的加熱絲在一個(gè)固定周期中通電加熱時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)達(dá)到恒溫控制的

19、目的。從組成結(jié)構(gòu)上來(lái)看，以 PLC 為控制器的方案安裝接線比較繁瑣，而實(shí)際顯示需要單獨(dú)的顯示屏，調(diào)節(jié)溫度時(shí)不太方便，若要改變給定值，需要添加專門的輸入模塊或者需要重新下載控制程序。而 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)可以規(guī)劃到一塊 PCB 電路板上，從而安裝起來(lái)更加方便，而且其功能比較齊全，顯示模塊簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)溫度可通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置，使用很方便。從成本上來(lái)看。以 PLC 為控制器的方案比較昂貴， 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)?？紤]到用戶的心里接受傾向， 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)更有市場(chǎng)推廣價(jià)值。通過(guò)以上分析和比較從而得出：鍋爐溫度控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器的系統(tǒng)比 PLC 控制系統(tǒng)成本更低，使用更

20、加方便快捷?；谏鲜鲈?，最終確定采用方案2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖鍋爐溫度控制系統(tǒng)的主控部分由單片機(jī)構(gòu)成。通過(guò)按鍵電路進(jìn)行溫度報(bào)警值的設(shè)定，并對(duì)鍋爐的水溫進(jìn)行采集及處理，然后與報(bào)警值重新啟動(dòng)進(jìn)行加熱處理。以此重復(fù)對(duì)鍋爐溫度控制。同時(shí)為結(jié)合實(shí)際需要，本系統(tǒng)亦比較，當(dāng)溫度值大于溫度上限值 (報(bào)警值 )時(shí)就報(bào)警，停止加熱。當(dāng)溫度少于溫度下限值時(shí)，對(duì)鍋爐水位進(jìn)行控制。液晶顯示，顯示水位上限值，水位下限值以及溫度報(bào)警值和實(shí)際溫度值。圖 2.2 所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。在工業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐是一種重要的動(dòng)力系統(tǒng)。其中鍋爐的溫度過(guò)程控制，又是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于燃?xì)忮仩t的水溫控制系統(tǒng)。在燃?xì)忮仩t里

21、面，天然氣液化石油氣作為燃料，鍋爐中的水作為加熱對(duì)象。溫度傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路處理后作為單片機(jī)系統(tǒng)的輸入信號(hào)。本系統(tǒng)要采樣的是鍋爐的水溫和鍋爐的水位控制信號(hào)。圖 2.2 系統(tǒng)的原理框圖溫度控制系統(tǒng)的控制信號(hào)通過(guò)繼電器控制燃燒器內(nèi)進(jìn)出氣，由三個(gè)進(jìn)氣閥實(shí)現(xiàn)控制。燃燒器的作用是 :繼電器接通燃燒器電源后，燃燒器通過(guò)其內(nèi)部的光電檢測(cè)管檢測(cè)鍋爐內(nèi)有無(wú)火光，若有火光則表示點(diǎn)火成功，不需啟動(dòng)點(diǎn)火變壓器，否則啟動(dòng)點(diǎn)火變壓器進(jìn)行點(diǎn)火，同時(shí)電磁閥打開(kāi)進(jìn)氣，這時(shí)光電管檢測(cè)到火焰，關(guān)閉點(diǎn)火變壓器，系統(tǒng)點(diǎn)火成功。該中小型燃?xì)忮仩t所需要溫度的熱水是根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)的?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度與溫度設(shè)定值比

22、較，給出控制信號(hào).若實(shí)際溫度大于報(bào)警值時(shí)，單片機(jī)實(shí)行對(duì)繼電器的電源關(guān)斷，這時(shí)燃燒器斷電，鍋爐不進(jìn)行加熱處理。溫度傳感器一直檢測(cè)鍋爐內(nèi)部的水溫。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)的溫度小于用戶設(shè)定值的時(shí)候，單片機(jī)根據(jù)溫度的比較信號(hào)，重新對(duì)繼電器進(jìn)行通電，鍋爐重新加熱。主要器件的選擇1.選用 Atmel 公司單片機(jī) AT89S51。2.固態(tài)繼電器 SSR3.選用 Dallas 半導(dǎo)體公司溫度傳感器DS18B204.液晶顯示器 LCD16025.蜂鳴器6.三端穩(wěn)壓器 7805輔助器件選擇1.奧林燃燒器型號(hào) :GP-300T功率 (kg):700-4000伺服馬達(dá)型號(hào) :SQM火焰探測(cè)器型號(hào) :QRA-2重量 (kg)

23、:320燃燒器控制 :外置2.CHL 系列立式不銹鋼多級(jí)泵流量：最大 22m3-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 位中央處理器和ISPFlash 存儲(chǔ)單元， AT89S51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S51 單片機(jī)引腳圖如圖3.1 所示。圖 3.1 AT89S51 引腳圖主要性能特點(diǎn)(1) AT89S51主要功能如下：1. 為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片。2. 內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ ROM為

24、 4KB）。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM為 128B）。4. 晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）。5.32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做IO的控制。6.2 組獨(dú)立的16 位定時(shí)器。7.5 個(gè)中斷向量源。8. 單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令。管腳說(shuō)明VCC ：供電電壓。GND ：接地。P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向IO 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位。在FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼

25、，此時(shí) P0 外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外

26、部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向IO 口，可接收輸出4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口除了作為普通 IO 口，還有第二功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸

27、出口）P3.2 INT0 （外部中斷 0）P3.3 INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0 （記時(shí)器 0 外部輸入）P3.5 T1 （記時(shí)器 1 外部輸入）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。IO 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。 89C51 的 P0、 P1、P2、 P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。除了P1 口外 P0、P

28、2、P3 口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALEPROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的16。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) AL

29、E禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EAVPP：當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1 時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是由最基本的電路元件組成的，外

30、接部分簡(jiǎn)單的電路就能獨(dú)立成一定的工作任務(wù)的單片機(jī)系統(tǒng)。51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、電源、時(shí)鐘電路、和復(fù)位電路組成，如圖3.2 所示。圖 3.2最小單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘電路AT89S51 的時(shí)鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。在這個(gè)設(shè)計(jì)中只是用了內(nèi)部產(chǎn)生。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1 ，XTAL2 （ 18，19 腳）的引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，用示波器便可觀察到XTAL2 輸出的正弦波，定時(shí)元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，它與單片機(jī)的接法的如圖3-2 所示。晶體可以在1.2MHz12MHz 之間所選，電容可以在2060pF 之間所選，通常選擇 33pF

31、 左右，電容 C6，C7 的大小對(duì)振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。在設(shè)計(jì)印制板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。復(fù)位電路單片機(jī)上電后，在其9 腳（ RESET ）出現(xiàn) 24 個(gè)振蕩周期以上的高電平后，單片機(jī)內(nèi)部初始復(fù)位。為了確保單片機(jī)正常復(fù)位， 必需使其第 9 腳上出現(xiàn)的高電平保持2s以上。復(fù)位電路與單片機(jī)接法如圖3.2 所示。系統(tǒng)的復(fù)位電路是由RC 電路組成，外加一個(gè)手動(dòng)復(fù)位按鈕。剛上電時(shí)或者觸動(dòng)按鈕后 C5 兩端的電壓為 0，這時(shí) RST 為高電平，而其高電平保持時(shí)間是由 R 和 C 的時(shí)間常數(shù)決定，由公式 (3-1)可知

32、，C 充電的時(shí)間常數(shù) 等于 0.082ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2s，即使 RST 高電平的時(shí)間保持 2s以上，確保了單片機(jī)正常復(fù)位。 R*C(3-1)3.3溫度控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對(duì)燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當(dāng)P 口輸出高電平時(shí)，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器 7406 變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使 Q3 導(dǎo)通，因而繼電器的線圈通電 ,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與單片機(jī)的接口如圖 3.3 所示。1.當(dāng) P1.7 輸出低電平時(shí)，燃燒器斷電，不進(jìn)行加熱處理。2.當(dāng) P1.7 輸出高電平時(shí)，燃燒器通電，進(jìn)行加熱處理。圖 3.3 溫度控制電路3.4 按鍵電路設(shè)計(jì)為符合本系統(tǒng)

33、的實(shí)際要求，進(jìn)入系統(tǒng)之前首先對(duì)溫度報(bào)警值的設(shè)置。本系統(tǒng)有三個(gè)按鍵分別為 K1,K2,K3. 如圖 3.4 所示。(1) K1 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值增加按鍵。K1 每按下一次，溫度報(bào)警值顯示比上一次值增加一度。(2) K2 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值減少按鍵。K2 每按下一次，溫度報(bào)警值顯示比上一次值減少一度。(3) K3 溫度報(bào)警值確定值。圖 3.4 按鍵電路設(shè)計(jì)3.5水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)鍋爐在正常加溫工作情況下， 同時(shí)對(duì)鍋爐液位檢測(cè)。 當(dāng)鍋爐的水位滿足條件時(shí)開(kāi)始工作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用普通水的導(dǎo)電性質(zhì)，采用不繡鋼管作為測(cè)量液位的器件，放于鍋爐上下限的金屬棒是否正在導(dǎo)電的情況判斷鍋爐的水位是不是

34、在上下限范圍之間，單片機(jī)通過(guò)采集的水位變化的信號(hào)，發(fā)出對(duì)給水泵控制的命令，控制鍋爐內(nèi)水位符合條件。如圖 3.5水位檢測(cè)電路所示，金屬棒 1放于水位上限位置，金屬棒 2放于水位下限位置，金屬棒 3放于水位以下比較遠(yuǎn)點(diǎn)的位置。其中金屬棒 1和金屬棒 2用限流電阻分別與單片機(jī)相連接，金屬棒 3接+5v的電源。單片機(jī)不斷的檢測(cè)單片機(jī)端口 p1.2和p1.3的電平情況。圖 3.5 水位檢測(cè)電路(1)當(dāng)P1.2高電平和 P1.3高電平時(shí)，即實(shí)際水位在水位上限以上的位置，這時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警命令 ,系統(tǒng)停止工作。(2)當(dāng)P1.2低電平和 P1.3低電平時(shí)，即實(shí)際水位在下限以下的位置，這時(shí)系統(tǒng)控制給水泵工作，鍋爐

35、開(kāi)始加水，并報(bào)警。(3)當(dāng)P1.2高電平和 P1.3低電平時(shí)，即實(shí)際水位在水位上限和水位下限之間的位置，單片機(jī)不進(jìn)行處理，即保持給水泵的狀態(tài)不變。3.6穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)集成穩(wěn)壓電源又稱三端集成穩(wěn)壓器，它是指將功率調(diào)整管、取樣電阻、基準(zhǔn)電壓、誤差放大、啟動(dòng)及保護(hù)電路等全部集成在一塊芯片上，具有特定輸出電壓的穩(wěn)壓集成電路。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。三端IC 穩(wěn)壓器按性能與用途可分為固定輸出正穩(wěn)壓器、固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器 4 類。這類穩(wěn)壓器的輸出為固定電壓。國(guó)內(nèi)外廠家均將此系列穩(wěn)壓器命名為78××系列，如 7805、7812 等。

36、其中“ 78”后面的數(shù)字代表該穩(wěn)壓器輸出的正電壓數(shù)值，以伏特為單位。例如 7805 即表示穩(wěn)壓輸出為 5V， 7812 表示穩(wěn)壓輸出為 12V 等。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)型號(hào) 78××前面和后面還有一個(gè)或幾個(gè)英文字母，如W78××、 AN78××、L78×× CV等。前面的字母稱“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠（公司）的代號(hào)；后面的字母稱“后綴”用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類型。78××系列穩(wěn)壓器按輸出電壓共分為9 種。分別為 7805、7806、7809、7810、7812、7815、7818、 7824。按

37、其最大輸出電流又可分為 78L××、 78M××和 78×× 3 個(gè)分系列。 78L××系列最大輸出電流為 100mA， 78M××系列最大輸出電流為 500mA ，78××系列最大輸出電流為 1.5A 。由于單片機(jī)工作電壓為 +5V，在此選用7805。圖 3.6 三端集成穩(wěn)壓器圖 3.6 所示為三端集成穩(wěn)壓器 7805， 78 系列三端穩(wěn)壓器是最長(zhǎng)見(jiàn)的集成穩(wěn)壓器件。具有過(guò)熱，過(guò)流，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)功能。性能優(yōu)良，可靠性高。同時(shí)又由于器件只有三個(gè)引腳，所以使用簡(jiǎn)單方便，價(jià)

38、格低廉，應(yīng)用廣泛。圖 3.7 穩(wěn)壓電源電路穩(wěn)壓電源電路如圖3.7所示，從 J1 輸入 912V 的直流電，打上開(kāi)關(guān)，經(jīng)C1和C2濾波后，加到7805 穩(wěn)壓塊的輸入端，再?gòu)钠漭敵龆溯敵龇€(wěn)定的+5V的電壓。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，電路中均采用低功耗的器件，所以穩(wěn)壓塊并不需要加散熱片。此外，由電阻 R2 和發(fā)光二極管 D4組成電源指示電路具有上電指示作用。3.7 溫度傳感器選擇及溫度采集電路簡(jiǎn)介Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。圖 3.8 DS18B

39、20 引腳排列圖DS18B20 可以程序設(shè)定 9-12 位的分辨率，精度為0.5 攝氏度。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。 如圖 3.8 所示 DS18B20引腳排列圖(A)DS18B20 特性：1.簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用。2.獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。3.無(wú)需外部器件。4.無(wú)需外部應(yīng)用。5.零待機(jī)功耗。6.可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電。7.測(cè)溫范圍 55 125，以 0.5遞增。8.溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）。9.溫度以 8 位數(shù)字量讀出。10.報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度的器件。11.用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。12.應(yīng)用包

40、括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品，溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)(B)DS18B20 管腳功能：1.GND接地2. DQ數(shù)據(jù)輸入輸出腳3. VDD接 V5 電源溫度采集電路溫度采集電路只有一個(gè)DS18B20 溫度傳感器，它與單片機(jī)的接口比較簡(jiǎn)單，如圖 3.9 所示。只要給傳感器5V 的供電并把它的單總線接到單片機(jī)的P 口就可以了。圖 3.9 溫度采集電路3.8 輸出模塊本控制系統(tǒng)的輸出單元主要有三個(gè)：(1)繼電器輸出控制加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)和水位控制機(jī)構(gòu)的開(kāi)與關(guān)。 (2) 當(dāng)水溫、水位高于上限和低于下限時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。(3) 液晶顯示水位的上下限值、當(dāng)前水位、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值和當(dāng)前采集的溫度值。固態(tài)繼電器

41、SSR由于本系統(tǒng)加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)與關(guān)狀態(tài)交替比較頻繁，一般的機(jī)械式繼電器在這種工作模式下使用壽命大大降低，所以難以滿足這一要求，在此應(yīng)該選用固態(tài)繼電器 SSR，如圖 3.10 所示為固態(tài)繼電器SSR，它是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。用隔離器件實(shí)現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號(hào)，達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。圖 3.10 固態(tài)繼電器SSR其作用有：固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸部件，因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機(jī)械沖擊，安裝位置無(wú)限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能

42、，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口設(shè)備，調(diào)溫、調(diào)速、調(diào)光、電機(jī)控制、電爐加溫控制、電力石化、醫(yī)療器械、金融設(shè)備、煤炭、儀器儀表、交通信號(hào)等領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）高壽命，高可靠：固態(tài)繼電器沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。（3）快速轉(zhuǎn)換：固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w器件， 所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。（4）電磁干擾?。汗虘B(tài)繼電器沒(méi)有輸入“線圈” ，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一