鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) ： 測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)控技術(shù)與儀器 班班 級(jí)級(jí) : : 二班二班 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 : : 胡磊胡磊 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) : : 0921004020309210040203 課課 題題 : : 鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師 ： 紀(jì)明偉紀(jì)明偉 20132013 年年 0606 月月 1414 日日安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘摘 要要 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

2、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)

3、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，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)。控制軟件主要包括溫度和溫度采集子程序、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；安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT According to the market demand an

4、d the characteristics of domestic heating, this paper develops MCU intelligence controller for the minor gas-fired boiler which is domestic heating equipment on the basis of investigation of heating demand widely. The research purpose is to change the inconvenience of temperature control bring by us

5、ing coal fired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.The software called Protel99se for circuit designed is used to develop the hardware of the controller. The hardware includes the power supply circuit, the reset circuit,the clock circuit, the alarm circuit, the LCD displ

6、ay circuit, and the temperature collection which is the core of this controller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7900) 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

7、 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, LCD is used to display water level bound, current water level, temperature alerm value by presupposition and current temperature. When water level beyond its bo

8、und or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and makes boiler burner off. When water temperature is down, 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.

9、Aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of these hardware and implement method, using assemble language, system designs boiler temperature control system design based on singlechip. This software includes temperature and water level monitor main program, temperature collecti

10、on subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, LCD display subprogram etc. Keywords:MCU; Temperature control; DS18B20;Gasboiler;Liquid CrystalDisplay; 安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目目 錄錄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 .42.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .52.2

11、.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) .83.1.2 AT89S51 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.163.7.1 DS18B20 簡(jiǎn)介.163.7.2 溫度采集電路.173.8 輸出模塊.173.8.1 固態(tài)繼電器 SSR.17

12、3.8.2 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) .224.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)子程序設(shè)計(jì).234.2.2 DS18B20 溫度采集子程序設(shè)計(jì).244.2.3 LCD 液晶顯示子程序設(shè)計(jì).254.2.4 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附錄二.39安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 01 1 緒緒 論論1.11.1 課題背景課題背景由于工業(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

13、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)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

14、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)、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

15、立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1方法很難達(dá)到很好的控制效果。而這下符合 PID 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。 1.21.2 課題研究的目的及意義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

16、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。1.31.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想目前，專(zhuān)門(mén)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

17、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)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

18、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，使用方便 ，耐磨耐碰，封裝形式多樣，安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2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

19、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。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。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 2 系統(tǒng)方案選擇及工作原理系統(tǒng)方案選擇及工

20、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(pán)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)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，選出了最佳控制方案。2.12.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(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 A/D 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

21、較得到一個(gè)偏差，再由D/A 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)為主控芯片給定值A(chǔ)/D 轉(zhuǎn)換PLC 控制器加熱D/A 轉(zhuǎn)換變送器熱電偶安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 采用 AT89S51 單片機(jī)、溫度傳感器 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)

22、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(xiāo)。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(zhuān)門(mén)的輸入模塊或者需要重新下載控制程序。而 51 單片機(jī)

23、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(pán)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(hù)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，使用更加方便快捷。基于上述原因，最終確定采用方案2.22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(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

24、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)獍不战ㄖ髮W(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5鍋爐里面，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

25、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(hù)需要調(diào)節(jié)的。 AT89S51AT89S51 繼電器繼電器 燃燒器燃燒器 給水泵給水泵 報(bào)警報(bào)警 液晶顯示液晶顯示溫度采集溫度采集A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換按鍵設(shè)定按鍵設(shè)定穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 復(fù)位復(fù)位安徽建

26、筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6控制系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度與溫度設(shè)定值比較，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(hù)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。 2.2.1 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 78052.2.2 輔助器件選擇 1.奧林燃燒器

27、 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):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/h 環(huán)境溫度：最高+160 液體溫度：-50120 工作電壓：220V/380V 工作壓力：1.6MPa/2.5MPa安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 73.不銹鋼管 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 主控單片機(jī)主控單片機(jī) AT89S51AT89S51 芯片介紹芯片介紹AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-syst

28、em programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 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 ISP Flash 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3.1.1 主要性能特點(diǎn)安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8(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 4KB） 。2.內(nèi)

29、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 I/O 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。3.1.2 AT89S51 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 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 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

30、進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，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 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)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 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“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

31、拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(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(xiě)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 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)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 I

32、/O 口，還有第二功能： P3.0 /RXD（串行輸入口） P3.1 /TXD（串行輸出口） 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(xiě)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)。 I/O 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(xiě)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

33、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、P2、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。 ALE/PROG：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 1/6。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。

34、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) ALE 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)。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 EA/VPP：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

35、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。3.23.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)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。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 3.2 最小單片機(jī)系統(tǒng)3.2.1 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，XTA

36、L2（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 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。 3.2.2 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

37、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，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) 3.3.3 3 溫度控制電路溫度控制電路設(shè)計(jì)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)，

38、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。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 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 3.43.4 按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵電路設(shè)計(jì)為符合本系統(tǒng)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

39、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)3.53.5 水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 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

40、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

41、保持給水泵的狀態(tài)不變。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 143.63.6 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 集成穩(wěn)壓電源又稱(chēng)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(lèi)。這類(lèi)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。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

42、 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、L78CV 等。前面的字母稱(chēng)“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠（公司）的代號(hào)；后面的字母稱(chēng)“后綴”用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類(lèi)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。按其最大輸出電流又可分為78L、78M和 783 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

43、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)格低廉，應(yīng)用廣泛。 安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 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 R

44、2 和發(fā)光二極管 D4 組成電源指示電路具有上電指示作用。 3.3.7 7 溫度傳感器選擇溫度傳感器選擇及溫度采集電路及溫度采集電路3.7.1 DS18B20 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(hù)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 DS18B20 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，及安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。如

45、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55125，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(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。 12.應(yīng)用包括溫度控制，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

46、源3.7.2 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。 安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 3.9 溫度采集電路 3.83.8 輸出模塊輸出模塊 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。3.8.1 固態(tài)繼電器 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

47、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，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳

48、，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、安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18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

49、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)繼電器是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。固態(tài)繼電器注意事項(xiàng)：（1）在 PCB 上使用固態(tài)繼電器時(shí)，焊接時(shí)應(yīng)在溫度小于 250。（2）被控負(fù)載在接通瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，所以用戶(hù)在選用繼電器時(shí)應(yīng)對(duì)被控負(fù)載的浪涌特性進(jìn)行分析,然后再選擇繼電器。 （3）在繼電器使用時(shí)，因過(guò)流和負(fù)載短路會(huì)造成 SSR 固態(tài)繼電器內(nèi)部輸出可控硅永久損壞 ,應(yīng)

50、該考慮過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)措施。3.8.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警,并用兩個(gè) LED 指示燈表示工作狀態(tài)，紅燈亮綠燈滅表示報(bào)警;紅燈滅綠燈亮表示正常工作。該部分電路與單片機(jī)的接口如圖 3.11 所示。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 3.11 報(bào)警電路 電路由限流電阻R1、三極管Q1、兩個(gè)二極管和蜂鳴器組成。這個(gè)電路并不是一般的放大電路，三極管不是工作在放大狀態(tài)，而是工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)基極為低電平時(shí)，晶體管處于飽和狀態(tài)，飽和電壓為UCES=0. 3V，此時(shí)，蜂鳴器鳴叫。當(dāng)基極為高電平時(shí)，晶體管截止，相當(dāng)于開(kāi)路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴叫。3.8.3 液

51、晶顯示電路設(shè)計(jì)圖 3.12 為 LCD1602 引腳分配圖。其引腳說(shuō)明見(jiàn)表 3.1。 3.12 LCD1602 引腳圖 表 3.1 LCD1602 引腳說(shuō)明安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 引腳號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1VSS 地電源 2VDD 接 5V 正電源 3 VLVL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 4 RSRS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存。 5 R/WR/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 R

52、/W 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 6 E讀操作時(shí)，高電平有效；寫(xiě)操作時(shí)，下降沿有效； 714D7D148 位雙向數(shù)據(jù)線 15 BLA背光源正極 16 BLK背光源負(fù)極 LCD1602 是具有 4 位/8 位并口可選接口方式的液晶顯示模塊，它能同時(shí)顯示兩行字符，每行有 16 個(gè)字符。字符以 5*7 點(diǎn)陣形式顯示。其字符中共有 160 種字符。人選指令有 11 條（清屏、返回、輸入方式設(shè)置、顯示開(kāi)關(guān)控制、移位、功能設(shè)置、CGRAM 地址設(shè)置、DDRAM 地址設(shè)置、讀忙信號(hào)及地址高數(shù)器

53、、寫(xiě)數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)） ，內(nèi)部有 80 字節(jié)的 RAM，8 位數(shù)據(jù)接口，另外三根控制總線用于完成對(duì)寫(xiě)和讀數(shù)據(jù)或指令時(shí)序控制。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與 LED 點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，1602 是字符型液晶，顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡(jiǎn)單，成本較低，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多。 本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示模塊，它可以方便的和單片機(jī)接口，其主要功能是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。其中VDD接5V電源用于顯示LCD液晶顯示芯片的工作,VL串接阻值1.8K歐姆為了調(diào)節(jié)LCD液晶顯示芯片字符的亮度，當(dāng)阻值越大時(shí)，LCD液晶顯示越模糊。用滑動(dòng)變阻器

54、能更好的調(diào)節(jié)LCD液晶字符顯示的亮度，合適于鍋爐的水位于水溫的觀察。BL+接5V電源是調(diào)節(jié)顯示顯示LCD液晶顯示芯片是顯示背光的亮度。LCD液晶顯示安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21電路如圖3.13所示。 圖3.13 LCD液晶顯示電路 4 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.14.1 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序鍋爐溫度控制系統(tǒng)的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)主流程圖如圖 4.1 所示。本系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行時(shí)先對(duì)鍋爐水位進(jìn)行與設(shè)定的水位上下限進(jìn)行判斷，然后按條件不同處理結(jié)果。當(dāng)鍋爐水位滿足條件的時(shí)候再對(duì)鍋爐的水溫采樣監(jiān)控，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 N N Y Y Y

55、 N Y Y 圖 4.1 軟件主流程圖4.24.2 子模塊軟件設(shè)計(jì)子模塊軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的子模塊軟件包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、按鍵檢測(cè)與處理模塊、LCD 液晶顯示模塊、加熱執(zhí)行模塊和 PID 控制算法模塊，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。開(kāi)始中斷 水位檢測(cè)水位大于 上限關(guān)閉給水泵 報(bào)警水位小于下限給水泵工作 報(bào)警檢測(cè)溫度溫度大于上限停止加熱 報(bào)警溫度小于下限加熱 程序結(jié)構(gòu) 溫度采集，A/D 轉(zhuǎn)換 PID 計(jì)算安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 4-2 程序結(jié)構(gòu)圖4.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)子程序設(shè)計(jì) N Y 圖 4.3 A/D 轉(zhuǎn)換程序操作流程圖4.2.2 DS18B20 溫度采集子程序設(shè)計(jì)L

56、CD 液晶顯示按鍵檢測(cè)與處理越限報(bào)警 加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu) 開(kāi)始 發(fā)送 AD 啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換是否完成 輸入數(shù)據(jù) 結(jié)束安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 DS18B20 有嚴(yán)格的協(xié)議來(lái)確保其數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號(hào)類(lèi)型：復(fù)位脈沖，存在脈沖，寫(xiě) 0、寫(xiě) 1、讀 0、讀 1。所有這些信號(hào)類(lèi)型除存在脈沖外，其它的信號(hào)均由總線主機(jī)產(chǎn)生。開(kāi)始與 SD18B20 進(jìn)行任何通信。都要對(duì)其進(jìn)行初始化，在接收到復(fù)位脈沖后，再對(duì) SD18B20 進(jìn)行正確的 ROM 命令和存貯器操作命令。在總線主機(jī)初始化過(guò)程，主機(jī)通過(guò)拉高單總線，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，在主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線被釋放后，上拉

57、電阻將總線拉高。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，接著產(chǎn)生延時(shí)，接著通過(guò)拉低總線，以產(chǎn)生存在脈沖。DS18B20 溫度采集子程序流程圖如圖 4.4 所示。 Y N 圖4.4 DS18B20溫度采集子程序流程開(kāi)始檢測(cè)DS18B20 是否存在跳過(guò) EOM 匹配發(fā)出溫度轉(zhuǎn)化命令跳過(guò) ROM 匹配發(fā)出溫度讀取命令保存采集的溫度結(jié)束安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 254.2.3 LCD 液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用是 16*2 的 LCD1602，單片機(jī)對(duì)其初始化，然后將需要顯示的字符在 LCD 存儲(chǔ)的地址和要求在 LCD 顯示的地址送出，再檢測(cè) LCD 是否處在忙碌不能接收命令或數(shù)據(jù)的狀態(tài)，檢

58、測(cè)到 LCD 空閑時(shí)就可以寫(xiě)數(shù)據(jù)顯示了。LCD 液晶顯示子流程圖如圖 4.5 所示，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程請(qǐng)查閱附錄 LCD 液晶顯示子程序。 Y N 圖 4.5 LCD 液晶顯示子流程圖4.2.4 按鍵子程序設(shè)計(jì) 開(kāi)始LCD 液晶顯示模塊初始化將需要的顯示信息和 LCD 的地址送出檢測(cè) LCD是否忙碌寫(xiě)數(shù)據(jù)顯示 結(jié)束安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 N Y N Y 圖 4.6 按鍵檢測(cè)與處理流程圖 中斷服務(wù)程序K1 是否按下加 1 并顯示K2 是否按下減 1 并顯示K3 是否按下 返回安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 總總 結(jié)結(jié)本文課題可以采用二種設(shè)計(jì)方案,一種是用單片

59、機(jī)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng),第二種是用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐進(jìn)行恒溫控制。在通過(guò)對(duì)二種方案進(jìn)行對(duì)比之后，我選擇用單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度系統(tǒng)。因?yàn)橛脝纹瑱C(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐的溫度控制有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）控制電路簡(jiǎn)單易懂；（2）智能化設(shè)計(jì)，能夠?qū)囟冗M(jìn)行較準(zhǔn)確地控制；（3）附加其它功能簡(jiǎn)單、方便；（4）經(jīng)濟(jì)。本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了鍋爐溫度控制的基本功能，利用繼電器控制燃燒器的工作，并且對(duì)鍋爐水位進(jìn)行控制，并通過(guò)顯示屏顯示出水溫水位的狀態(tài)信息，確保了能夠在正常范圍下工作。系統(tǒng)中以AT89S51芯片作為控制芯片，采用一線總線的溫度傳感器DS18B20，用LCD1602液晶顯示模塊顯示水溫水位的狀態(tài)信息，這些

60、都得使硬件電路變得簡(jiǎn)單，性能得到提高。而且有蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，使得本設(shè)計(jì)在應(yīng)用上更加安全。 本文設(shè)計(jì)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）利用功能按鍵分別實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)定，包括設(shè)定滿足工藝要求的特定溫度值、鍋爐正常工作所能承受的最高和最低溫度值等；（2）利用LCD1602液晶顯示當(dāng)前鍋爐內(nèi)溫度、水位上下限和所設(shè)定的上下限溫度；（3）當(dāng)鍋爐內(nèi)實(shí)際溫度達(dá)到所設(shè)定的下限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并啟動(dòng)固態(tài)繼電器，對(duì)鍋爐內(nèi)進(jìn)行加熱。當(dāng)鍋爐內(nèi)實(shí)際溫度達(dá)到所設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行報(bào)警。（4）系統(tǒng)采用PID控制算法，能非常準(zhǔn)確地對(duì)鍋爐內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，而且控制的精度很高；由于水平有限，而且時(shí)間比較緊