基于單片機的AD590的溫測控系統(tǒng)設計畢業(yè)設計1

1、 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 頁 基于單片機的鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計 摘 要 在對當前采暖需求情況廣泛調(diào)查的基礎上，結(jié)合工程實際需要，針對小型家用 燃氣鍋爐的特點，研制開發(fā)了基于mcs-51單片機的小型家用燃氣鍋爐溫度控制系統(tǒng)， 旨在使用燃煤鍋爐集中采暖時所遇到的鍋爐溫度不易控制，改進家庭采暖的控制方 式，提高采暖的經(jīng)濟性。利用 protel99se電路設計軟件，對智能控制器的電源電路、 復位電路、時鐘電路、報警電路、lcd液晶顯示電路以及控制器的核心溫度采集 電路進行了設計。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)換為單片機所需要的5v電壓

2、；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測量鍋爐水溫;將測量的水溫與設定值比較，單片機另外 使用lcd液晶顯示器顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當 前采集的溫度值。當溫度超過設定的報警溫度值，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲音，同時關(guān)閉 鍋爐燃燒器。等待溫度降到下限值，這時就可以重新鍋爐燃燒器通電，繼續(xù)加溫， 如此反復監(jiān)控溫度。這樣就可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。針對系統(tǒng)的要求和 特點，在上述硬件電路及實現(xiàn)方法的基礎上，利用匯編語言，設計了基于單片機的 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、鍵 盤掃描子程序和lcd液

3、晶顯示子程序等。通過對溫度和水位的測試，可以發(fā)現(xiàn)所設 計的控制系統(tǒng)能夠滿足設計要求，達到了預期的效果。 關(guān)鍵詞：單片機；lcd；燃氣鍋爐；溫度控制；ds18b20 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 i 頁 microcontroller-based design of the boiler temperature control system abstract according to the market demand and the characteristics of domestic heating, this paper develops mcu intelligence contro

4、ller 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 using coal fired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.the so

5、ftware 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 display circuit, and the temperature collection which is the core of this controller. the t

6、hree-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 used to measure water temperature in boiler. the key circuit is used to set the alerm

7、 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 bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and

8、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. aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of these hardware and

9、 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 collection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, lcd displ

10、ay subprogram etc. use practicality to validate systems dependability and stability, and the system can operate successfully. keywords:mcu; liquid crystal display; gas boiler; temperature control;ds18b20 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 頁 目錄 1 緒論.1 1.1課題背景及研究意義.1 1.2系統(tǒng)的總體設計思想.2 2 系統(tǒng)方案論證及工作原理.4 2.1 設計方案論證 .4 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

11、框圖 .4 2.2.1 主要器件的選擇 .6 2.2.2 鍋爐輔助器件選擇.6 3 硬件電路設計.8 3.1 主電路 .8 3.2 單片機選擇設計 .9 3.3 單片機最小系統(tǒng) .11 3.3.1 時鐘電路設計.11 3.3.2 復位電路 .12 3.4 溫度檢測電路設計及溫度傳感器選擇.12 3.4.1 ds18b20 簡介.12 3.4.2 溫度采集電路.14 3.5 溫度控制電路設計 .14 3.6 水位控制電路 .15 3.6 顯示電路設計 .17 3.7 報警電路設計 .21 3.8 穩(wěn)壓電源電路設計 .22 3.9 按鍵電路設計.22 4 系統(tǒng)軟件設計.24 4.1 主流程圖設計.

12、24 4.2 中斷程序程序.25 4.3 ds18b20 溫度采集子程序設計.25 4.4 lcd 液晶顯示子程序設計 .27 總 結(jié).28 致 謝.29 參考文獻.30 附 錄.31 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 i 頁 附件 a:總程序 .31 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 0 頁 1 緒論 1.1課題背景及研究意義 鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設備，由鍋和路兩大主體和保證其安全經(jīng)濟連續(xù)運行的附 件，儀表附屬設備，自控和保護系統(tǒng)組成，水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里燃料燃燒 釋放出來的能量加熱，溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽，由于水的沸點隨壓力的升高而升 高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形

13、成熱動力（嚴格的說 鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的）作為一種能源廣泛使 用。鍋爐廣泛用于生產(chǎn)和生活之中。中小型鍋爐作為供暖設備用于提供熱水，取暖 方面得到了廣泛應用。目前，取暖多采用集中供暖方式。集中供暖，一般都是按一 個采暖季每平方（建筑面積）來收費的，對北方地區(qū)來說，天氣比較冷，需要供暖 時間長，應該集中供暖省錢。指集中集團式供暖的一種形式。從能源利用方面講， 集中供暖一次性投資大，運行費用高，無論是否需要，暖氣始終全天供熱，因樓層 不同而造成溫度不均，若遇到供暖偏熱，居民只有開窗降溫，使寶貴的能源白白浪 費。 這種供暖方式從原理上而言，效率較高。集中供暖的鍋爐大多數(shù)

14、是燃媒鍋爐， 鍋爐燃燒時污染大，已經(jīng)帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。由于這些用戶采用集中取暖， 給個別用戶帶來不便的缺陷。 基于這種情況，近年來采用以天然氣，液化石油氣為燃料的中小型燃氣鍋爐具 有高效、環(huán)境污染小，發(fā)熱量大甚至無污染等特點，受到普遍歡迎。尤其在國外， 燃氣鍋爐目前已得到了普遍應用。家用燃氣鍋爐常見的是套管式燃氣鍋爐、板換式 燃氣鍋爐、冷凝式燃氣鍋爐。隨著科技的發(fā)展以及各種客觀條件的具備，生活采暖 用燃氣鍋爐的應用也必將得到進一步的發(fā)展與推廣。隨著燃料不斷補給，燃料充足， 城市燃氣管網(wǎng)逐步完善，燃氣使用率逐步會提高。市場經(jīng)濟的發(fā)展與開放，國有企 業(yè)享受國家能源補貼的取消，住房逐漸私有化

15、，供熱管網(wǎng)費、采暖費全部由個人支 付。會有越來越多的人放棄集中供熱方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃氣鍋 爐的使用作為集中供暖的一個很好補充或替代它必將被越來越多的人關(guān)注和選用成 為趨勢。 目前市場上家用燃氣鍋爐為進口，價格高，售后服務不夠完善，不利于燃氣鍋 爐的推廣使用，研制燃氣鍋爐的公司亦相對較少。因此研制開發(fā)小型家用燃氣鍋爐 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 1 頁 就具有現(xiàn)實的意義與客觀的市場價值。 本設計將結(jié)合小型家用燃氣鍋爐實際的需要，利用 mcs-51 系列單片機為核心 器件組成溫度控制系統(tǒng)，采用溫度采集技術(shù)，通過運行和分析研究，以期正確認識 和全面理解利用單片機實現(xiàn)溫度采集技術(shù)

16、在過程控制中的應用。 1.2 系統(tǒng)的總體設計思想 目前，世界計算機市場上出現(xiàn)了專門用于工業(yè)控制的單片機系列產(chǎn)品，單片機 以其體積小、重量輕、功耗低、價格便宜、功能強的特點，在工業(yè)控制的實踐中得 到越來越廣泛的應用單片機不僅可以實現(xiàn)各種常規(guī)的控制，還可以根據(jù)被控對象的 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。目前，由于家用鍋爐屬于批量生產(chǎn)，而且每臺鍋爐需要一套完整的控制 系統(tǒng)，針對這些特點，尤其從產(chǎn)品成本角度出發(fā)，以mcs-51為核心器件組成的控制 系統(tǒng)是比較理想的選擇。此外，mcs-51系列單片機運算能力、完備的控制功能、加 上完善的外部接口電路，對

17、中小型鍋爐控制系統(tǒng)完全可以勝任。在外圍芯片選取時， 盡量選取典型的、易于擴展和替換的芯片和電路，并本著節(jié)約成本的思想。選用基 于單總線的數(shù)字溫度傳感器ds18b20和lcd液晶顯示器。ds18b20溫度傳感器采用 美國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，具有耐 磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫 和控制領(lǐng)域 ；lcd液晶顯示器為平面超薄的顯示設備，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備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、 面配

18、合背部燈管構(gòu)成畫面。它們二者與單片機的接口比較簡單，而且編程強度不大， 既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本。 系統(tǒng)在軟件上采取模塊化的程序結(jié)構(gòu)。主程序作為控制程序，為整個系統(tǒng)軟件 的一條主線，其它功能模塊均采用子程序調(diào)用、查詢等方式，為調(diào)試和擴充提供了 方便。 本系統(tǒng)的電源采用市場上常見的w7800(7800)系列7805電源穩(wěn)壓芯片，模擬信號 和數(shù)字信號分別用單獨的供電回路，以避免電源干擾。利用溫度傳感器ds18b20采 集測量鍋爐水溫；使用lcd液晶顯示器顯示水位的上下限值、預先設定的溫度報警 值和當前采集的溫度值。利用繼電器控制燃燒器和給水泵的加熱和給水。當鍋爐

19、內(nèi) 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 的水的實際水溫超過報警溫度值，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲音，這時接在單片機一端的繼 電器動作，燃燒器斷電。此時溫度傳感器實時對鍋爐溫度檢測，當溫度降到設定值 的下限時，繼電器重新通電。燃燒器電源重新接通，鍋爐繼續(xù)加熱。如此反復監(jiān)控 溫度。這樣對鍋爐溫度控制不僅可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。此外，為符合 實際本系統(tǒng)對鍋爐的水位進行實時監(jiān)控，防止鍋爐干燒和鍋爐水溢出，以免造成能 源浪費和水溢出引起的鍋爐爆炸嚴重后果。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 3 頁 2 系統(tǒng)方案論證及工作原理 2.1 設計方案論證 方案一：采用 at89s51 單片機、7805 電源穩(wěn)壓

20、芯片、熱敏電阻、74hc138 和 16*16 點陣顯示器，液位控制器等核心部件。該方案中單片機控制 16*16 點陣顯示 器這部分程序比較復雜，編程的強度較大，容易出錯。另外，在硬件電路上， 74hc138、16*16 點陣顯示器與單片機接口復雜，而且它們的外圍電路較多，不適 合用在鍋爐的嵌入式系統(tǒng)設計中。采用液位繼電器可以簡單控制鍋爐液位，但增加 了成本開銷。 方案二：采用 at89s51 單片機、7805 電源穩(wěn)壓芯片、溫度傳感器 ds18b20 和 液晶顯示器 lcd1602 等核心部件。該方案采用液晶顯示器來顯示水位的上下限值、 當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值，直觀

21、、接口簡單而且編程 強度不大。用不銹鋼管制作成的裝置放于水位上下限，簡單。這樣就可以縮短系統(tǒng) 的開發(fā)周期，減少系統(tǒng)成本開銷。另外，溫度傳感器 ds18b20 的溫度測量范圍、精 度、響應時間、穩(wěn)定性都要比熱敏電阻好。 綜上分析，采用第二種方案。本系統(tǒng)主控單片機的全部程序都是用匯編語言來 編寫，采用 keiluvision3 集成開發(fā)環(huán)境來開發(fā)單片機應用程序。 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構(gòu)成。通過按鍵電路進行溫度報警值的 設定，并對鍋爐的水溫進行采集及處理，然后與報警值比較，當溫度值大于溫度上 限值(報警值)時就報警，停止加熱。當溫度少于溫度下限值時，重新啟動進行加

22、熱 處理。以此重復對鍋爐溫度控制。同時為結(jié)合實際需要，本系統(tǒng)亦對鍋爐水位進行 控制。液晶顯示，顯示水位上限值，水位下限值以及溫度報警值和實際溫度值。圖 2.1 所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 4 頁 at89s51at89s51 按鍵設定按鍵設定 溫度采集溫度采集 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 復位復位 液晶顯示液晶顯示 繼電器繼電器燃燒器燃燒器 報警報警 給水泵給水泵 圖 2.1 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力系統(tǒng)。其中鍋爐的溫度過程控制，又是 一個重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)主要應用于燃氣鍋爐的水溫控制系統(tǒng)。在燃氣 鍋爐里面，天然氣液化石油氣作為燃料，鍋爐中的

23、水作為加熱對象。溫度傳感器的 輸出信號經(jīng)調(diào)理電路處理后作為單片機系統(tǒng)的輸入信號。本系統(tǒng)要采樣的是鍋爐的 水溫和鍋爐的水位控制信號。 溫度控制系統(tǒng)的控制信號通過繼電器控制燃燒器內(nèi)進出氣，由三個進氣閥實現(xiàn) 控制。燃燒器的作用是:繼電器接通燃燒器電源后，燃燒器通過其內(nèi)部的光電檢測管 檢測鍋爐內(nèi)有無火光，若有火光則表示點火成功，不需啟動點火變壓器，否則啟動 點火變壓器進行點火，同時電磁閥打開進氣，這時光電管檢測到火焰，關(guān)閉點火變 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 5 頁 壓器，系統(tǒng)點火成功。該中小型燃氣鍋爐所需要溫度的熱水是根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)的。 控制系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測到的溫度與溫度設定值比較，給出控

24、制信號.若實際溫 度大于報警值時，單片機實行對繼電器的電源關(guān)斷，這時燃燒器斷電，鍋爐不進行 加熱處理。溫度傳感器一直檢測鍋爐內(nèi)部的水溫。當溫度傳感器檢測的溫度小于用 戶設定值的時候，單片機根據(jù)溫度的比較信號，重新對繼電器進行通電，鍋爐重新 加熱。 本系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)（又稱為燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)）采用有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。有差調(diào)節(jié)時 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中被調(diào)參數(shù)值在設定的參數(shù)范圍內(nèi)變動。在供熱鍋爐中常采用有差調(diào) 節(jié)就能達到要求，所以系統(tǒng)采用有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)并采用雙位控制。如圖 2.2 所示。 燃燒控制（調(diào)節(jié)）系統(tǒng) 有差調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 無差調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 位式控制 比例控制 比例積分調(diào)節(jié)(pi) 比例積分微分調(diào)節(jié) （pid） 雙位

25、控制 三位控制 圖 2.2 燃燒控制（調(diào)節(jié)）系統(tǒng) 2.2.1 主要器件的選擇 1.選用 atmel 公司單片機 at89s51。 2.選用 dallas 半導體公司溫度傳感器 ds18b20 3.液晶顯示器 lcd1602 2.2.2 鍋爐輔助器件選擇 1.奧林燃燒器 型號:gp-300t 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 功率(kg):700-4000 火焰探 測器型號:qra-2 伺服馬達型號:sqm 氣閥密封檢漏器型號:vdk200/vps504/dk2f 燃燒器控制:外置 重量(kg):320 2.chl 系列立式不銹鋼多級泵 流量：最大 22m3/h 揚程：最大 60m 液體溫

26、度：-50120 環(huán)境溫度：最高+160 工作壓力：1.6mpa/2.5mpa 工作電壓：220v/380v 3.不銹鋼管 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 3 硬件電路設計 3.1 主電路 1.溫度控制電路 圖 3.1 溫度控制電路 2.水位控制電路 圖 3.2 鍋爐加水電路 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 圖 3.3 水位檢測電路 3.2 單片機選擇設計 at89s51 是美國 atmel 生產(chǎn)的低功耗，高性能 cmos8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非 易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準 80

27、51 指令系統(tǒng)及引腳。它集 flash 程序存儲器既可在 線編程（isp）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片機芯片中， atmel 公司的功能強大，低價位 at89s51 單片機可為您提供許多高性價比的應用 場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。 (1)at89s51 主要功能列舉如下： 為一般控制應用的 8 位單芯片。 晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12mhz） 。 內(nèi)部程式存儲器（rom 為 4kb） 。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ram 為 128b） 。 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 i/o 的控制。 5 個中斷向量源。 2 組獨立的 16 位定時器。 單

28、芯片提供位邏輯運算指令。 (2)at89s51 管腳排列及系統(tǒng)所用引腳功能介紹。管腳排列如圖 3.4 所示,下面 介紹引腳的功能。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 圖 3.4 at89s51 引腳圖 1.vcc:at89s51 電源正端輸入，接+5v。 2.gnd:電源地端。 3.xtal1:單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 4.xtal2:系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。 5.port0:（p0.0p0.7）：端口 0 是一個 8 位寬的開路漏極（open drain）雙向 輸出入端口。p0 在當做 i/o 用時可以推動 8 個 ls 的 ttl 負載。 6.port2（p2.0p2.

29、7）：端口 2 是具有內(nèi)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。 7.port1（p1.0p1.7）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/o 端口，其輸 出緩沖器可以推動 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)。 8.port3（p3.0p3.7）：端口 3 也具有內(nèi)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，包括串行通 信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)

30、據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?其引腳分配如下： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 9.p3.0：rxd,串行通信輸入。p3.1：txd，串行通信輸出。p3.2：int0，外部 中斷 0 輸入。p3.3：int1，外部中斷 1 輸入。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：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 p3.7：rd，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 3.3 單片機最小系統(tǒng) 3.3.1 時鐘電路設計 at89s51 的時鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。在這個設計中只是用了內(nèi)部 產(chǎn)生。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 xtal1，xtal2（1

31、8，19 腳）的引腳上外接定 時元件，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，它與單片機的接法的 如圖 3-5 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 30pf 左右，電容 c6，c7 的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率 微調(diào)作用。在設計印制板時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生 電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。 圖 3.5 時鐘電路 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 11 頁 3.3.2 復位電路 單片機上電后，在其 9

32、 腳（reset）出現(xiàn) 24 個振蕩周期以上的高電平后，單片 機內(nèi)部初始復位。為了確保單片機正常復位，必需使其第 9 腳上出現(xiàn)的高電平保持 2s 以上。復位電路如圖 3.6 所示。 圖 3.6 復位電路 系統(tǒng)的復位電路是由 rc 電路組成，外加一個手動復位按鈕。剛上電時或者觸 動按鈕后 c5 兩端的電壓為 0，這時 rst 為高電平，而其高電平保持時間是由 r 和 c 的時間常數(shù)決定，由公式(3-1)可知，c 充電的時間常數(shù) 等于 0.22ms，遠遠大于 2s，即使 rst 高電平的時間保持 2s 以上，確保了單片機正常復位。 r*c (3-1) 3.4 溫度檢測電路設計及溫度傳感器選擇 3.

33、4.1 ds18b20 簡介 dallas 半導體公司的數(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。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感 器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 ds18b20 可以程序設定 9-12 位的分辨率，精度為 0.5 攝氏度。分辨率設定，及 用戶設定的報警溫度存儲在 eeprom 中，掉電后依然保存。如圖 3.7 所示 ds18b20 引腳排列圖 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 12 頁 圖 3.7 ds18b20 引腳排列圖 (a)ds18b20 特性： 1.獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊。 2.簡單的

34、多點分布應用。 3.無需外部應用。 4.無需外部器件。 5.可通過數(shù)據(jù)線供電。 6.零待機功耗。 7.測溫范圍55125，以 0.5遞增。 8.溫度以 8 位數(shù)字量讀出。 9.溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間 200ms（典型值） 。 10.用戶可定義的非易失性溫度報警設置。 11.報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度的器件。 12.應用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費品，溫度計或任何熱感測系統(tǒng) (b) rom 操作品令 ： 總線主機檢測到 dsl820 的存在，便可以發(fā)出 rom 操作命令之一，這些 命令如 指令 代碼 1.read rom(讀 rom) 33h 2.match rom(匹配 rom) 55

35、h 3.skip rom(跳過 rom) cch 4.search rom(搜索 rom) f0h 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 13 頁 5.alarm search(告警搜索) ech (c)存儲器操作命令 指令 代碼 1.write scratchpad(寫暫存存儲器) 4eh 2.read scratchpad(讀暫存存儲器) beh 3.copy scratchpad(復制暫存存儲器) 48h 4.convert temperature(溫度變換) 44h 5.recall eprom(重新調(diào)出) b8h 6.read power supply(讀電源) b4h (d)ds18b2

36、0 管腳功能表，如表 3.1 所示 表 3.1 ds18b20 管腳功能表 3.4.2 溫度采集電路 溫度采集電路只有一個 ds18b20 溫度傳感器，它與單片機的接口比較簡單，如 圖 3.8 所示。只要給傳感器 5v 的供電并把它的單總線接到單片機的 p 口就可以了。 圖 3.8 溫度采集電路 3.5 溫度控制電路設計 本系統(tǒng)采用繼電器進行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當 p 口輸 引腳序號引 腳 名 稱功 能 1gnd接地 2dq數(shù)據(jù)輸入/輸出腳 3vdd接 5v 電源 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 14 頁 出高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器 7406 變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從

37、而使光敏三極 管導通，進而是 q3 導通，因而繼電器的線圈通電,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與 單片機的接口如圖 3.9 所示。 1.當 p1.7 輸出高電平時，燃燒器通電，燃燒器對鍋爐加熱，進行加熱處理。 2.當 p1.7 輸出低電平時，燃燒器斷電，燃燒器對鍋爐加熱，不進行加熱處理。 圖3.9 溫度控制電路 3.6 水位控制電路 鍋爐在正常加溫工作情況下，同時對鍋爐液位檢測。當鍋爐的水位滿足條件時 開始工作。 本系統(tǒng)設計利用普通水的導電性質(zhì)采用不繡鋼管作為測量液位的器件，放于鍋 爐上下限的金屬棒是否正在導電的情況判斷鍋爐的水位是不是在上下限范圍之間， 單片機通過采集的水位變化的信號，發(fā)出對給水

38、泵控制的命令，控制鍋爐內(nèi)水位符 合條件。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 15 頁 圖 3.10 水位檢測電路 如圖3.10水位檢測電路所示，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點的位置。其中金屬棒1和金屬棒2用限流電阻 分別與單片機相連接，金屬棒3接+5v的電源。單片機不斷的檢測單片機端口p1.2和 p1.3的電平情況。 (1)當p1.2高電平和p1.3高電平時，即實際水位在水位上限以上的位置，這 時系統(tǒng)發(fā)出報警命令,系統(tǒng)停止工作。 (2)當p1.2高電平和p1.3低電平時，即實際水位在水位上限和水位下限之間 的位置，單片機不進行處理，即保持給水泵

39、的狀態(tài)不變。 (3)當p1.2低電平和p1.3低電平時，即實際水位在下限以下的位置，這時系 統(tǒng)控制給水泵工作，鍋爐開始加水，并報警。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 16 頁 圖3.11 水位控制電路 當鍋爐水位處與水位下限值的時，單片機p1.4口輸出一個高電平，繼電器接通， 此時給水泵通電，給水泵開始工作給鍋爐加水。 3.6 顯示電路設計 圖 3.12 為 lcd1602 引腳分配圖。其引腳說明見表 3.2。 lcd1602 是具有 4 位/8 位并口可選接口方式的液晶顯示模塊，它能同時顯示兩 行字符，每行有 16 個字符。字符以 5*7 點陣形式顯示。其字符中共有 160 種字符。 人選指

40、令有 11 條（清屏、返回、輸入方式設置、顯示開關(guān)控制、移位、功能設置、 cgram 地址設置、ddram 地址設置、讀忙信號及地址高數(shù)器、寫數(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寫和讀數(shù)據(jù) 或指令時序控制。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與 led 點陣液晶顯示模塊相比，不 論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 17 頁 3.12 lcd1602 引腳分配圖 (1)lcd1602 引腳說明 表 3.2 lcd1602 引腳說明 管腳號符號功能 1 vcc 電源地（gnd） 2vdd電源電壓（+5v） 3vl寄存

41、器選擇輸入端，輸入 mpu 選擇模塊內(nèi)部寄存器類型 信號； rs=0，當 mpu 進行寫模塊操作，指向指令寄存器； 當 mpu 進行模塊操作，指向地址計數(shù)器； rs=1，無論 mpu 讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器 4rs讀寫控制輸入端，輸入 mpu 選擇讀/寫模塊操作信號； r/w=0 讀操作；r/w=1 寫操作 讀寫控制輸入端，輸入 mpu 選擇讀/寫模塊操作信號；5 r/w r/w=0 讀操作；r/w=1 寫操作 6e讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 7db0數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不

42、使用 dbodb3 8db1數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 9db2數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 3 表 3-2 lcd1602 引腳說明續(xù)表 方式通訊時，不使用 dbodb 10db3數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 11db4數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 12db5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 13db6數(shù)據(jù)輸入/

43、輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 15db7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，mpu 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位 方式通訊時，不使用 dbodb3 16bl+ bl- 背光正端+5v 背光的負端 0v (2)lcd1602結(jié)構(gòu)塊圖。如圖3.13所示為lcd1602結(jié)構(gòu)塊圖，指明了lcd1602內(nèi) 部結(jié)構(gòu)模塊。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 圖3.13 lcd1602結(jié)構(gòu)塊圖 本系統(tǒng)采用lcd1602作為顯示模塊，它可以方便的和單片機接口，其主要功能 是顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值。 其中vdd接5v電源

44、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，當阻值越大時，lcd液晶顯示越模糊。用滑動變 阻器能更好的調(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 電路如圖3.14所示。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 20 頁 圖3.14 lcd液晶顯示電路 3.7 報警電路設計 本系統(tǒng)采用蜂鳴器進行報警,并用兩個led指示燈表示工作狀態(tài)，紅燈亮綠燈滅 表示報警;紅燈滅綠燈亮表示正常工作。該部分電路與單片機的接口如圖3.15所示。 圖3.15 報警電路 遼寧

45、科技大學本科生畢業(yè)設計 第 21 頁 電路由限流電阻r1、三極管q1、兩個二極管和蜂鳴器組成。這個電路并不是一 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)和截止狀態(tài)。當 基極為低電平時，晶體管處于飽和狀態(tài)，飽和電壓為uces=0. 3v，此時，蜂鳴器鳴 叫。當基極為高電平時，晶體管截止，相當于開路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴 叫。 3.8 穩(wěn)壓電源電路設計 78 系列三端穩(wěn)壓器是最長見的集成穩(wěn)壓器件。具有過熱，過流，調(diào)整管安全工 作區(qū)保護功能。性能優(yōu)良，可靠性搞。同時又由于器件只有三個引腳，所以使用簡 單方便，價格低廉，應用廣泛。 穩(wěn)壓電源電路如圖 3.16 所示，從 j1 輸

46、入 912v 的直流電，打上開關(guān)，經(jīng) c1 和 c2 濾波后，加到 7805 穩(wěn)壓塊的輸入端，再從其輸出端輸出穩(wěn)定的+5v 的電壓。 因為在本設計中，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。 圖 3.16 穩(wěn)壓電源電路 3.9 按鍵電路設計 本系統(tǒng)為符合實際要求，進入系統(tǒng)之前首先對溫度報警值的設置。本系統(tǒng)有三 個按鍵分別為 k1,k2,k3.如圖 3.17 所示。 (1) k1 設置鍋爐溫度報警值的溫度值增加按鍵。k1 每按下一次，溫度報警值顯 示加比上一次值增加一度。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 22 頁 (2) k2 設置鍋爐溫度報警值的溫度值減少按鍵。k1 每按下一次，溫度報警值顯 示比上一次值減少一度。 (3) k3 溫度報警值確定值。 圖 3.17 按鍵電路設計 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 23 頁 4 系統(tǒng)軟件設計 本章講述的系統(tǒng)軟件設計包括鍋爐溫度控制的單片機程序設計以及構(gòu)成系統(tǒng)的 各部分子程序設計。 4.1 主流程圖設計 鍋爐溫度控制系統(tǒng)的單片機程序設計主流程圖如圖 4.1 所示