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2019-5-10 10:36 上傳

鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，由鍋和爐兩大主體和保證其安全經(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。近年來采用以天然氣，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)熱量大甚至無污染等特點(diǎn)，受到普遍歡迎。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?xì)忮?爐的應(yīng)用也必將得到進(jìn)一步的發(fā)展與推廣。隨著燃料不斷補(bǔ)給，燃料充足，城市燃?xì)?管網(wǎng)逐步完善，燃?xì)馐褂寐手鸩綍岣摺Ｐ⌒图矣萌細(xì)忮仩t的使用作為集中供暖的一個很好補(bǔ)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?xì)忮仩t為進(jìn)口，價格高，售后服務(wù)不夠完善，不利于燃?xì)忮仩t的推廣使用，研制燃?xì)忮仩t的公司亦相對較少。因此研制開發(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價值。本設(shè)計將結(jié)合小型家用燃?xì)忮仩t實(shí)際的需要，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)，通過運(yùn)行和分析研究，以期正確認(rèn)識和全面理解利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度采集技術(shù)在過程控制中的應(yīng)用。

1. 設(shè)計任務(wù)

2. 整體方案設(shè)計

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2019-5-10 18:42 上傳

圖2-1 基于單片機(jī)的小型家用燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)原理圖

3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)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(shè)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，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(jī)的接法的如圖所示。晶體可以在 1.2MHz~12MHz 之間所選，電容可以在 20~60pF 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。

圖3-1 時鐘電路結(jié)構(gòu)圖

3.2 復(fù)位電路

系統(tǒng)的復(fù)位電路是由 RC 電路組成，外加一個手動復(fù)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τ＝R*C可知，C 充電的時間常數(shù) τ 等于 0.22ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2μs，即使 RST 高電平的時間保持 2μs 以上，確保了單片機(jī)正常復(fù)位。

圖3-1 復(fù)位電路結(jié)構(gòu)圖

圖3-3 時鐘電路復(fù)位電路與單片機(jī)的連接圖

3.3 溫度檢測電路設(shè)計

圖3-4 溫度檢測模塊結(jié)構(gòu)圖

3.4水位檢測模塊

水位檢測模塊由芯片 74LS04和芯片74LS244及其附加電路組成。具體電路

如圖所示。四個探針分別接在鍋爐連通器從下到上的四個位置，當(dāng)水位為 0

時，四個探針全被懸空，74LS04的四個輸入端全被上拉電阻拉成高電平，經(jīng)過

非門之后變?yōu)榈碗娖剑俳?jīng)過緩沖芯片 74LS244輸送給單片機(jī)并在液晶顯示屏上顯示。當(dāng)水位上升到探針 1 處時，由于水的導(dǎo)電性，使 74LS04的 A1輸入端為低電平，經(jīng)過非門之后變?yōu)楦唠娖剑?再經(jīng)過緩沖芯片 74LS244輸送給單片機(jī)。此時，單片機(jī)認(rèn)為水位為百分之二十五，并在液晶顯示屏上顯示。以此類推，單片機(jī)會依次檢測到的水位是百分之五十，百分之七十五，百分之百。完成對水位的檢測。

圖3-5 溫度檢測模塊結(jié)構(gòu)圖

3.5顯示電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示模塊，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 10K 歐姆的滑動變阻器是為了調(diào)節(jié) LCD液晶顯示芯片字符的亮度，當(dāng)阻值越大時，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。要想使顯示器正常的工作需在連接P0口之前接一上拉電阻。

圖3-6 顯示模塊結(jié)構(gòu)圖

3.6報警電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用喇叭進(jìn)行報警,該部分電路與單片機(jī)的接口如圖所示。電路由限流電阻R8、三極管Q1和喇叭組成。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?fàn)顟B(tài)。當(dāng)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，喇叭鳴叫。當(dāng)基極為高電平時，晶體管截止，相當(dāng)于開路，輸出為高電平，喇叭停止鳴叫。

圖3-7 報警電路結(jié)構(gòu)圖

3.7 按鍵電路設(shè)計

本系統(tǒng)為符合實(shí)際要求，進(jìn)入系統(tǒng)之前首先對溫度報警值的設(shè)置。本系統(tǒng)有三個按鍵分別為 K1,K2,K3.

圖3-8 按鍵模塊結(jié)構(gòu)圖

3.8加水模塊與加熱模塊

小型開水鍋爐控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過繼電器來控制加熱電熱絲和水泵來實(shí)

現(xiàn)水位和水溫的自動控制，具體加水控制電路如圖所示。

加熱控制類似加水控制，不再贅述

圖3-9 執(zhí)行模塊結(jié)構(gòu)圖

4. 系統(tǒng)程序設(shè)計

4.1 主程序流程圖

4.2 溫度顯示程序流程圖

溫度部分程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理 DS18B20的測

量溫度值，溫度測量每 1S進(jìn)行一次。

5. 系統(tǒng)調(diào)試

5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試

利用 protues軟件進(jìn)行仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，如圖，系統(tǒng)能夠正常

顯示當(dāng)前鍋爐狀態(tài)，在第一行顯示當(dāng)前溫度，第二行顯示當(dāng)前水位。當(dāng)按下圖中

按鍵時， LCD1602進(jìn)入溫度設(shè)置界面，如圖，按下按鈕一次可實(shí)現(xiàn)設(shè)

置溫度加一攝氏度。按下按鈕一次可實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度減一攝氏度。當(dāng)再次按下

按鍵時，系統(tǒng)重新恢復(fù)如圖界面。經(jīng)調(diào)試，各項(xiàng)功能均能夠很好的實(shí)現(xiàn)，包括溫度的控制和水位的自動調(diào)節(jié)。

7.小結(jié)

在本次的實(shí)際過程中，我明白了一個完整的控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。從明白我們的設(shè)計的目的開始，以目的為主要的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行模塊以及電路元器件的選擇。根據(jù)自己所需要的東西以及想要達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計編程。用keil軟件導(dǎo)出hex文件之后導(dǎo)入進(jìn)單片機(jī)，沒有錯誤的話就可以仿真了。我是采用protues進(jìn)行仿真的，在仿真之前需要把程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)當(dāng)中，我是第一次完成這樣的任務(wù)，中間也經(jīng)歷了很多的挫折，最主要的問題還是顯示屏lcd1602的使用。但是在于同學(xué)的交流當(dāng)中都一一解決，讓我明白了自己與他人的差距，也更加深刻的體會到了合作的重要性。對今后的學(xué)習(xí)和生活有重要的意義。

6. 程序清單

#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit DQ=P3^3;//ds18b20 與單片機(jī)連接口
sbit alarm=P3^6;// 蜂鳴器與單片機(jī)連接口
sbit jidian1=P3^7;// 水位控制繼電器與單片機(jī)連接口
sbit jidianqi2 = P1^0;
sbit RS=P2^0;
sbit RW=P2^1;
sbit EN=P2^2;
sbit control = P1^6;
sbit add_key = P1^7;
sbit sub_key = P3^4;
uchar control_flag = 0;
uint wendu = 350;
unsigned char code str1[]={"T:"};
unsigned char str2[]={"C:"};
unsigned char code str3[]={"W: "};
uchar data disdata[5]={1,0,1,0,0};
uint tvalue;// 溫度值
uchar tflag;// 溫度正負(fù)標(biāo)志
unsigned char k=0;
/*************************lcd1602 程序**************************/
void delay1ms(unsigned int ms)//延時 1 毫秒（不夠精確的）
{unsigned int i,j;
for(i=0;i<ms;i++)
for(j=0;j<100;j++)
;
}
void wr_com(unsigned char com)//寫指令
{
delay1ms(1);
RS=0;
RW=0;
EN=0;
P0=com;
delay1ms(1);
EN=1;
delay1ms(1);
EN=0;
}
void wr_dat(unsigned char dat)// 寫數(shù)據(jù)
{
delay1ms(1);;
RS=1;
RW=0;
EN=0;
P0=dat;
delay1ms(1);
EN=1;
delay1ms(1);
EN=0;
}
/********** 延時函數(shù) ,毫秒級 ***************/
void delayms(unsigned int t)// 延時函數(shù)
{
unsigned int i, j;
for( i = t; i > 0; i-- )
{
for( j = 110; j > 0; j-- );
}
}
void lcd_init()// 初始化設(shè)置
{delay1ms(15);
wr_com(0x38);delay1ms(5);
wr_com(0x08);delay1ms(5);
wr_com(0x01);delay1ms(5);
wr_com(0x06);delay1ms(5);
wr_com(0x0c);delay1ms(5);
}
/******************* 讀水位 ************************/
void readlevel()
{
P2|=0xf0;
if((P2&0XF0)==0X00)
k= 0;
else if((P2&0XF0)==0X10)
k=25;
else if((P2&0XF0)==0X30)
k=50;
else if((P2&0XF0)==0X70)
k=75;
else if((P2&0XF0)==0XF0)
k=100;
}
/********************* 溫度和水位報警 ***********************/
void alarming() // 報警模塊
{
uchar i;
if(k==0||tvalue<0)// 溫度低于零度或者水位為 0 時短報警
{
for(i=6;i>0;i--)
{
alarm=0;
delay1ms(100);
alarm=1;
delay1ms(100);
}
}
if(k==100||tvalue>95)// 溫度高于 95 度或者水位為 100%時長報警
{
alarm=0;
delay1ms(1000);
alarm=1;
}
if(k==25)//水位過低報警
{
uchar j;
for(j=3;j>0;j--)
{
alarm=0;
delay1ms(300);
alarm=1;
delay1ms(300);
}
}
if(k==75||k==50)// 不報警，延時 1 秒用于水位顯示
{
delay1ms(1000);
}
}
/*************** 繼電器控制上水 ****************************/
void jiashui() // 繼電器控制上水
{
if(k<50)
jidian1=0;
if(k==100)
jidian1=1;
}
/*************** 繼電器控制加熱 ****************************/
void jiare() // 繼電器控制加熱
{
if ( wendu >= tvalue )
{
jidianqi2 = 0;
}
else
{
jidianqi2 = 1;
}
}
/******************** 水位顯示 *************************/
void leveldisp() // 水位顯示函數(shù)
{
disdata[0]=k/100+0x30;//百位數(shù)
disdata[1]=k%100/10+0x30;//十位數(shù)
disdata[2]=k%10+0x30;//個位數(shù)
if(disdata[0]==0x30)
{
disdata[0]=0x20;// 如果百位為 0，不顯示
if(disdata[1]==0x30)
{
disdata[1]=0x20;// 如果百位為 0，十位為 0 也不顯示
}
}
wr_com(0xc4);
wr_dat(disdata[0]);// 顯示百位
wr_com(0xc5);
wr_dat(disdata[1]);// 顯示十位
wr_com(0xc6);
wr_dat(disdata[2]);// 顯示個位
wr_com(0xc7);
wr_dat(0x25);// 顯示百分號
}
/*******************ds1820 程序*********************/
void delay_18B20(unsigned int i)//延時 1 微秒
{
while(i--);
}
void ds1820rst()//ds1820 復(fù)位
{
unsigned char x=0;
DQ = 1; //DQ 復(fù)位
delay_18B20(4); //延時
DQ = 0; //DQ 拉低
delay_18B20(100); //精確延時大于 480us
DQ = 1; // 拉高
delay_18B20(40);
}
uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0; //給脈沖信號
dat>>=1;
DQ = 1; //給脈沖信號
if(DQ)
dat|=0x80;
delay_18B20(10);
}
return(dat);
}
void ds1820wr(uchar wdata)//寫數(shù)據(jù)
{unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = wdata&0x01;
delay_18B20(10);
DQ = 1;
wdata>>=1;
}
}
read_temp()// 讀取溫度值并轉(zhuǎn)換
{
uchar a,b;
ds1820rst();
ds1820wr(0xcc);//跳過讀序列號
ds1820wr(0x44);//啟動溫度轉(zhuǎn)換
ds1820rst();
ds1820wr(0xcc);//跳過讀序列號
ds1820wr(0xbe);//讀取溫度
a=ds1820rd();
b=ds1820rd();
tvalue=b;
tvalue<<=8;
tvalue=tvalue|a;
if(tvalue<0x0fff)
tflag=0;
else
{
tvalue=~tvalue+1;
tflag=1;
}
tvalue=tvalue*(0.625);// 溫度值擴(kuò)大 10 倍，精確到 1 位小數(shù)
return(tvalue);
}
/************** 溫度顯示 ****************************/
void ds1820disp() // 溫度顯示
{
uchar flagdat;
disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位數(shù)
disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位數(shù)
disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//個位數(shù)
disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小數(shù)位
if(tflag==0)
flagdat=0x20;// 正溫度不顯示符號
else
flagdat=0x2d;// 負(fù)溫度顯示負(fù)號
if(disdata[0]==0x30)
{
disdata[0]=0x20;// 如果百位為 0，不顯示
if(disdata[1]==0x30)
{
disdata[1]=0x20;// 如果百位為 0，十位為 0 也不顯示
}
}
wr_com(0x82);
wr_dat(flagdat);// 顯示符號位
wr_com(0x83);
wr_dat(disdata[0]);// 顯示百位
wr_com(0x84);
wr_dat(disdata[1]);// 顯示十位
wr_com(0x85);
wr_dat(disdata[2]);// 顯示個位
wr_com(0x86);
wr_dat(0x2e);// 顯示小數(shù)點(diǎn)
wr_com(0x87);
wr_dat(disdata[3]);// 顯示小數(shù)位
}
void display(unsigned char *p)
{
while(*p!='\0')
{
wr_dat(*p);
p++;
delay1ms(1);
}
}
void init_play()// 初始化顯示
{
// wr_com(0x01);
wr_com(0x80);
display(str1);
read_temp();// 讀取溫度
ds1820disp();//顯示溫度
wr_com(0xc0);
display(str3);
readlevel();// 讀取水位
leveldisp();// 顯示水位
}
void control_play( void )// 設(shè)定溫度顯示
{
uchar flagdat;
//wr_com(0x01);
wr_com(0x89); //輸入設(shè)定溫度
display(str2);// 顯示設(shè)定溫度
disdata[0]=wendu/1000+0x30;//百位數(shù)
disdata[1]=wendu %1000/100+0x30;//十位數(shù)
disdata[2]=wendu%100/10+0x30;//個位數(shù)
disdata[3]=wendu%10+0x30;//小數(shù)位
if(tflag==0)
flagdat=0x20;// 正溫度不顯示符號
else
flagdat=0x2d;// 負(fù)溫度顯示負(fù)號
if(disdata[0]==0x30)
{
disdata[0]=0x20;// 如果百位為 0，不顯示
if(disdata[1]==0x30)
{
disdata[1]=0x20;// 如果百位為 0，十位為 0 也不顯示
}
}
wr_com(0x8B);
wr_dat(disdata[0]);// 顯示百位
wr_com(0x8C);
wr_dat(disdata[1]);// 顯示十位
wr_com(0x8D);
wr_dat(disdata[2]);// 顯示個位
wr_com(0x8E);
wr_dat(0x2e);// 顯示小數(shù)點(diǎn)
wr_com(0x8F);
wr_dat(disdata[3]);// 顯示小數(shù)位
}
/************** 按鍵控制模塊 *************/
void key_scan( void ) // 按鍵控制模塊
{
static uchar i = 0;
if ( 0 == control )
{
delayms( 10 );
while ( 0 == control );
wr_com(0x01);
control_flag = 1;
i++;
if ( i >= 2 )
{
i = 0;
……………………
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