基于單片機(jī)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要在對(duì)當(dāng)前采暖需求情況廣泛調(diào)查的根底上，結(jié)合工程實(shí)際需要，針對(duì)小型家用燃?xì)忮仩t的特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)了基于MCS-51單片機(jī)的小型家用燃?xì)忮仩t溫度控制系統(tǒng)，旨在使用燃煤鍋爐集中采暖時(shí)所遇到的鍋爐溫度不易控制，改良家庭采暖的控制方式，提高采暖的經(jīng)濟(jì)性。利用 Protel99se電路設(shè)計(jì)軟件，對(duì)智能控制器的電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、報(bào)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(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

2、電路溫度傳感器DS18B20測(cè)量鍋爐水溫;將測(cè)量的水溫與設(shè)定值比擬，單片機(jī)另外使用LCD液晶顯示器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。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的報(bào)警溫度值，系統(tǒng)會(huì)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。這樣就可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。針對(duì)系統(tǒng)的要求和特點(diǎn)，在上述硬件電路及實(shí)現(xiàn)方法的根底上，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、 鍵盤(pán)掃描子程序和LCD液晶顯示子程序等。通過(guò)對(duì)溫度和水位的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的控制

3、系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，到達(dá)了預(yù)期的效果。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；LCD；燃?xì)忮仩t；溫度控制；DS18B20Microcontroller-based design of the boilertemperature control systemABSTRACTAccording to the market demand and the characteristics of domestic heating, thispaper develops MCU intelligence controller for the minor gas-fired boiler which isdomestic heat

4、ing equipment on the basis of investigation of heating demand widely. Theresearch purpose is to change the inconvenience of temperature control bring by using coalfired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.The software calledProtel99se for circuit designed is used to deve

5、lop the hardware of the controller. Thehardware includes the power supply circuit, the reset circuit,the clock circuit, the alarmcircuit, the LCD display circuit, and the temperature collection which is the core of thiscontroller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7900) serie

6、scomponent 7805 is used for the power supply. The Atmel AT89S51 chip is the core chip ofthe controller. The integrated temperature sensor DS18B20 is used to measure watertemperature in boiler. The key circuit is used to set the alerm temperature and analog waterin or out. In addition, LCD is used to

7、 display water level bound, current water level,temperature alerm value by presupposition and current temperature. When water levelbeyond its bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives analerm and makes boiler burner off. When water temperature is down, the system rel

8、easesalerm and makes boiler burener on. The system does it again and again.So the system cansave energy and improve energy utilization rate. Aim at the demand and characteristic ofthe system, on the basis of these hardware and implement method, using assemblelanguage, system designs boiler temperatu

9、re control system design based on singlechip.This software includes temperature and water level monitor main program, temperaturecollection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram,LCD display subprogram etc. Use practicality to validate systems dependability andstabi

10、lity, and the system can operate successfully.Keywords:MCU;Liquid Crystal Display; Gas boiler; Temperature control;DS18B20目錄1 緒論.1課題背景及研究意義.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想.22 系統(tǒng)方案論證及工作原理.42.1 設(shè)計(jì)方案論證.42.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.4主要器件的選擇.62.2.2 鍋爐輔助器件選擇.63 硬件電路設(shè)計(jì).83.1 主電路.83.2 單片機(jī)選擇設(shè)計(jì).93.3 單片機(jī)最小系統(tǒng). 11時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).113.3.2 復(fù)位電路.12溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)及溫度傳感器選

11、擇.123.4.1 DS18B20 簡(jiǎn)介.12溫度采集電路.14溫度控制電路設(shè)計(jì).143.6 水位控制電路.153.6 顯示電路設(shè)計(jì).173.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì).213.8 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì).223.9 按鍵電路設(shè)計(jì).224 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).24主流程圖設(shè)計(jì).24中斷程序程序.254.3 DS18B20 溫度采集子程序設(shè)計(jì).254.4 LCD 液晶顯示子程序設(shè)計(jì).27總 結(jié).28致 謝.29參考文獻(xiàn).錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。附 錄.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。附件 A:總程序.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。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(shè)備，由鍋和路兩

12、大主體和保證其平安經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行的附件，儀表附屬設(shè)備，自控和保護(hù)系統(tǒng)組成，水在鍋鍋筒中不斷被爐里燃料燃燒釋放出來(lái)的能量加熱，溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽，由于水的沸點(diǎn)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)生壓力形成熱動(dòng)力嚴(yán)格的說(shuō)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(shè)備用于提供熱水，取暖方面得到了廣泛應(yīng)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(gè)采暖季每平方建筑面積來(lái)收費(fèi)的，對(duì)北方地區(qū)來(lái)說(shuō)，天氣比擬冷，需要供暖時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)該集中供暖省錢(qián)。指集中集團(tuán)式供暖的一種形式。從能源利用方面講，集

13、中供暖一次性投資大， 運(yùn)行費(fèi)用高， 無(wú)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，假設(shè)遇到供暖偏熱，居民只有開(kāi)窗降溫，使珍貴的能源白白浪費(fèi)。 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)是燃媒鍋爐，鍋爐燃燒時(shí)污染大，已經(jīng)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。由于這些用戶(hù)采用集中取暖，給個(gè)別用戶(hù)帶來(lái)不便的缺陷?；谶@種情況，近年來(lái)采用以天然氣，液化石油氣為燃料的中小型燃?xì)忮仩t具有高效、環(huán)境污染小，發(fā)熱量大甚至無(wú)污染等特點(diǎn)，受到普遍歡送。尤其在國(guó)外，燃?xì)忮仩t目前已得到了普遍應(yīng)用。家用燃?xì)忮仩t常見(jiàn)的是套管式燃?xì)忮仩t、板換式燃?xì)忮仩t、冷凝式燃?xì)忮仩t。隨著科技的開(kāi)展以及各種客觀條件的具備

14、，生活采暖用燃?xì)忮仩t的應(yīng)用也必將得到進(jìn)一步的開(kāi)展與推廣。隨著燃料不斷補(bǔ)給，燃料充足，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)逐步完善，燃?xì)馐褂寐手鸩綍?huì)提高。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展與開(kāi)放，國(guó)有企業(yè)享受?chē)?guó)家能源補(bǔ)貼的取消，住房逐漸私有化，供熱管網(wǎng)費(fèi)、采暖費(fèi)全部由個(gè)人支付。會(huì)有越來(lái)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?xì)忮仩t的使用作為集中供暖的一個(gè)很好補(bǔ)充或替代它必將被越來(lái)越多的人關(guān)注和選用成為趨勢(shì)。目前市場(chǎng)上家用燃?xì)忮仩t為進(jìn)口，價(jià)格高，售后效勞不夠完善，不利于燃?xì)忮仩t的推廣使用，研制燃?xì)忮仩t的公司亦相對(duì)較少。因此研制開(kāi)發(fā)小型家用燃?xì)忮仩t就具有現(xiàn)實(shí)的意義與客觀的市場(chǎng)價(jià)值。本設(shè)計(jì)將結(jié)合小型家用燃?xì)忮仩t實(shí)際的需要，利用

15、 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)，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。1.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想目前，世界計(jì)算機(jī)市場(chǎng)上出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)控制的單片機(jī)系列產(chǎn)品，單片機(jī)以其體積小、重量輕、功耗低、價(jià)格廉價(jià)、功能強(qiáng)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)不僅可以實(shí)現(xiàn)各種常規(guī)的控制，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。目前，由于家用鍋爐屬于批量生產(chǎn)，而且每臺(tái)鍋爐需要一套完整的控制系統(tǒng)，針對(duì)這些特點(diǎn)，尤其從產(chǎn)品本錢(qián)角度出發(fā)，以MCS-

16、51為核心器件組成的控制系統(tǒng)是比擬理想的選擇。此外，MCS-51系列單片機(jī)運(yùn)算能力、完備的控制功能、加上完善的外部接口電路，對(duì)中小型鍋爐控制系統(tǒng)完全可以勝任。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，并本著節(jié)約本錢(qián)的思想。選用基于單總線(xiàn)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(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(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域；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

17、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(xiàn)、面配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面。它們二者與單片機(jī)的接口比擬簡(jiǎn)單，而且編程強(qiáng)度不大，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約了開(kāi)發(fā)本錢(qián)。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(gè)系統(tǒng)軟件的一條主線(xiàn)， 其它功能模塊均采用子程序調(diào)用、 查詢(xún)等方式， 為調(diào)試和擴(kuò)充提供了方便。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，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分別用單獨(dú)的供電回路，以防止電源干擾。利用溫度傳感器DS18B20采集測(cè)量鍋爐水溫；使用LCD液晶顯示器顯示水位的

18、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。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。此外，為符合實(shí)際本系統(tǒng)對(duì)鍋爐的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止鍋爐干燒和鍋爐水溢出，以免造成能源浪費(fèi)和水溢出引起的鍋爐爆炸嚴(yán)重后果。2 系統(tǒng)方案論證及工作原理設(shè)計(jì)方案論證方案一： 采用 AT89S51 單片機(jī)、 7805 電源穩(wěn)壓

19、芯片、 熱敏電阻、 74HC138 和 16*16點(diǎn)陣顯示器，液位控制器等核心部件。該方案中單片機(jī)控制 16*16 點(diǎn)陣顯示器這局部程序比擬復(fù)雜，編程的強(qiáng)度較大，容易出錯(cuò)。另外，在硬件電路上，74HC138、16*16點(diǎn)陣顯示器與單片機(jī)接口復(fù)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(shè)計(jì)中。采用液位繼電器可以簡(jiǎn)單控制鍋爐液位，但增加了本錢(qián)開(kāi)銷(xiāo)。方案二：采用 AT89S51 單片機(jī)、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(lái)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，直觀、接口簡(jiǎn)單而且

20、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，簡(jiǎn)單。這樣就可以縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，減少系統(tǒng)本錢(qián)開(kāi)銷(xiāo)。另外，溫度傳感器 DS18B20 的溫度測(cè)量范圍、精度、響應(yīng)時(shí)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(jī)的全部程序都是用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，采用 KeiluVision3 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用程序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖鍋爐溫度控制系統(tǒng)的主控局部由單片機(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)警值比擬，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)，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

21、結(jié)合實(shí)際需要，本系統(tǒng)亦對(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。圖所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。AT89S51AT89S51按鍵設(shè)定按鍵設(shè)定溫度采集溫度采集穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源復(fù)位復(fù)位液晶顯示液晶顯示繼電器繼電器燃燒器燃燒器報(bào)警報(bào)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(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

22、控制信號(hào)。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，假設(shè)有火光那么表示點(diǎn)火成功，不需啟動(dòng)點(diǎn)火變壓器，否那么啟動(dòng)點(diǎn)火變壓器進(jìn)行點(diǎn)火，同時(shí)電磁閥翻開(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?？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)定值比擬，給出控制信號(hào).假設(shè)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)

23、設(shè)定值的時(shí)候， 單片機(jī)根據(jù)溫度的比擬信號(hào)， 重新對(duì)繼電器進(jìn)行通電， 鍋爐重新加熱。本系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)又稱(chēng)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(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中被調(diào)參數(shù)值在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)變動(dòng)。 在供熱鍋爐中常采用有差調(diào)節(jié)就能到達(dá)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(wú) 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雙位控制三位控制圖 2.2 燃燒控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要器件的選擇1.選用 Atmel 公司單片機(jī) AT89S51。2.選用 Dallas 半導(dǎo)體公司溫度傳感器 DS18B203.液晶顯示器 LCD1602

24、鍋爐輔助器件選擇1.奧林燃燒器型號(hào):GP-300T功率(kg):700-4000火焰探 測(cè)器型號(hào):QRA-2伺服馬達(dá)型號(hào):SQM氣閥密封檢漏器型號(hào):VDK200/VPS504/DK2F燃燒器控制:外置重量(kg):3202.CHL 系列立式不銹鋼多級(jí)泵流量：最大 22m3/h揚(yáng)程：最大 60m液體溫度：-50120環(huán)境溫度：最高+160工作壓力：1.6MPa/2.5MPa工作電壓：220V/380V3.不銹鋼管3 硬件電路設(shè)計(jì)主電路1.溫度控制電路圖 溫度控制電路2.水位控制電路圖 鍋爐加水電路圖水位檢測(cè)電路單片機(jī)選擇設(shè)計(jì)AT89S51 是美國(guó) ATMEL 生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位

25、單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes 的可系統(tǒng)編程的 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)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線(xiàn)編程ISP也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片機(jī)芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)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(yīng)用的 8 位單芯片。 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 。 內(nèi)部程式存儲(chǔ)器ROM 為 4KB 。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 為 128B

26、 。 32 條雙向輸入輸出線(xiàn)，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制。 5 個(gè)中斷向量源。 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器。 單芯片提供位邏輯運(yùn)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。圖 3.4AT89S51 引腳圖1.VCC:AT89S51 電源正端輸入，接+5V。:電源地端。:單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。:系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端。: ：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的開(kāi)路漏極Open Drain雙向輸出入端口。P0 在當(dāng)做 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載。6.PORT2P2.0P2.7 ：端口 2

27、是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，假設(shè)將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。7.PORT1P1.0P1.7 ：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(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地假設(shè)將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。8.PORT3P3.0P3.7 ：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(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙?/p>

28、能。其引腳分配如下：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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)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，XTAL218，19 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

29、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 3-5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(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。圖 3.5 時(shí)鐘電路復(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)位電路如圖所示。圖 3.6 復(fù)位電

30、路系統(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)ms，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)3.4 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)及溫度傳感器選擇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(xiàn)總線(xiàn)接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)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 3.7 DS18B

31、20 引腳排列圖(A)DS18B20 特性：1.獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。2.簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用。3.無(wú)需外部應(yīng)用。4.無(wú)需外部器件。5.可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電。6.零待機(jī)功耗。7.測(cè)溫范圍55125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(shí)間 200ms典型值 。10.用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。11.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。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)ROM 操作品令 ：總線(xiàn)主機(jī)檢測(cè)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

32、2.Match ROM(匹配 ROM)55H3.Skip ROM(跳過(guò) ROM)CCH4.Search ROM(搜索 ROM)F0H5.Alarm search(告警搜索)ECH(C)存儲(chǔ)器操作命令指令代碼1.Write Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器)4EH2.Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)BEH3.Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)48H4.Convert Temperature(溫度變換)44H5.Recall EPROM(重新調(diào)出)B8H6.Read Power supply(讀電源)B4H(D)表DS18B20 管腳功能表溫度采集電路溫度采集電路只有

33、一個(gè) DS18B20 溫度傳感器，它與單片機(jī)的接口比擬簡(jiǎn)單，如圖 3.8 所示。只要給傳感器 5V 的供電并把它的單總線(xiàn)接到單片機(jī)的 P 口就可以了。圖 3.8 溫度采集電路溫度控制電路設(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 口輸出引腳序號(hào)引 腳 名 稱(chēng)功能1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出腳3VDD接 5V 電源高電平時(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)而是 Q3 導(dǎo)通，因而繼電器的線(xiàn)圈通電,接通鍋爐燃燒器。本局部電路與單片機(jī)的接口如圖 3.9 所示。1.當(dāng) P1.7 輸出高電平時(shí)，燃燒器通電，燃燒器對(duì)鍋爐加熱，

34、進(jìn)行加熱處理。2.當(dāng) P1.7 輸出低電平時(shí)，燃燒器斷電，燃燒器對(duì)鍋爐加熱，不進(jìn)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(shí)對(duì)鍋爐液位檢測(cè)。當(dāng)鍋爐的水位滿(mǎn)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。圖水位檢測(cè)電路如圖3.10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放于水位以下比擬遠(yuǎn)點(diǎn)的位置。其中金屬棒1和金屬棒2用限流

35、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。(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)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。圖3.11 水位控制電路當(dāng)鍋爐水位處與水位下限值的時(shí)，單片機(jī)P1.4口輸出一個(gè)高電平，繼電器接通，此時(shí)給水泵通電，給水泵開(kāi)始工作給鍋爐加水。3.

36、6 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 3.2。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(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、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(xiàn)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，不管硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示

37、程序都要簡(jiǎn)潔得多。3.12LCD1602 引腳分配圖(1)LCD1602 引腳說(shuō)明表 3.2LCD1602 引腳說(shuō)明管腳號(hào)符號(hào)功能1VCC電源地GND2VDD電源電壓+5V3VL存放器選擇輸入端，輸入 MPU 選擇模塊內(nèi)部存放器類(lèi)型信號(hào)；RS=0，當(dāng) MPU 進(jìn)行寫(xiě)模塊操作，指向指令存放器；當(dāng) MPU 進(jìn)行模塊操作，指向地址計(jì)數(shù)器；RS=1，無(wú)論 MPU 讀操作還是寫(xiě)操作，均指向數(shù)據(jù)存放器4RS讀寫(xiě)控制輸入端，輸入 MPU 選擇讀/寫(xiě)模塊操作信號(hào)；R/W=0讀操作；R/W=1寫(xiě)操作5R/W讀寫(xiě)控制輸入端，輸入 MPU 選擇讀/寫(xiě)模塊操作信號(hào)；R/W=0讀操作；R/W=1寫(xiě)操作6E讀操作時(shí)，高電

38、平有效；寫(xiě)操作時(shí)，下降沿有效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(shí)，不使用 DBODB38DB1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(shí)，不使用 DBODB39DB2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(shuō)明續(xù)表方式通訊時(shí)，不使用 DBODB10DB3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(shí)，不使用 DBODB311DB4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(shí)，不使用 DBODB312DB5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU

39、 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道 4 位方式通訊時(shí)，不使用 DBODB313DB6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(shí)，不使用 DBODB315DB7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(shí)，不使用 DBODB316BL+BL-背光正端+5V背光的負(fù)端 0V(2)LCD1602LCD1602結(jié)構(gòu)塊圖，指明了LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊。圖3.13LCD1602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(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LC

40、D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)變阻器能更好的調(diào)節(jié)LCD液晶字符顯示的亮度， 適宜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 LCD液晶顯示電路3.7 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。該局部電路與單片機(jī)的接口如。圖3.15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

41、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 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)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)整管平安工作區(qū)保護(hù)功能。性能優(yōu)良，可靠性搞。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。穩(wěn)壓電源電路如圖 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。圖 3.16 穩(wěn)壓電源電路本系統(tǒng)為符合實(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 3.17 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)警值顯示加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。K1 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 3.17 按鍵電路設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章講述的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括鍋爐溫度控制的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)以