家用燃气锅炉温度控制系统设计2Word下载.docx
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它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
它们二者与单片机的接口比较简单，而且编程强度不大，既保证了系统的稳定性，又缩短了系统的开发周期，节约了开发成本。
系统在软件上采取模块化的程序结构。
主程序作为控制程序，为整个系统软件的一条主线，其它功能模块均采用子程序调用、查询等方式，为调试扩充提供了方便。
本系统的电源采用市场上常见的W7800（7800）系列7805电源稳压芯片，模拟信号和数字信号分别用单独的供电回路，以避免电源干扰。
利用温度传感器DS18B20采集测量锅炉水温；
使用LCD液晶显示器显示水位上下限值、预先设定的温度报警值和当前采集温度值。
利用继电器控制燃烧器和给水泵的加热和给水。
当锅炉内的水的实际水温报警温度值，系统会发出报警声音，这时接在单片机一端的继电器动作，燃烧器断电。
此时温度传感器实时对锅炉检测，当温度降到设定值的下限时，继电器重新通电。
燃烧器电源重新接通，锅炉继续加热。
如此反复监控温度。
这样对锅炉温度控制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。
此外，为符合实际本系统对锅炉的水位进行实时监控，防止锅炉干烧和锅炉水溢出，以免浪费和水溢出引起的锅炉爆炸严重后果。
3.硬件电路设计
3.1主电路
3.11.温度控制电路
图2.1温度控制电路
3.12.水位控制电路
图2.2锅炉加水电路
图2.3水位检测电路
3.2单片机最小系统
3.2.1时钟电路设计
AT89S51的时钟可由内部产生也可以由外部产生。
在这个设计中只是用了内部产生。
利用芯片内部振荡电路，在XTAL1，XTAL2（18，19脚）的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡，用示波器便可观察到XTAL2输出的正弦波，定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路，它与单片机的接法的如图3-5所示。
晶体可以在1.2MHz~12MHz之间所选，电容可以在20~60pF之间所选，通常选择30pF左右，电容C6，C7的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。
在设计印制板时，晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，保证振荡器可靠工作，一般采用瓷片电容。
图2.5时钟电路
3.2.2复位电路
单片机上电后，在其9脚（RESET）出现24个振荡周期以上的高电平后，单片机内部初始复位。
为了确保单片机正常复位，必需使其第9脚上出现的高电平保持2μs以上。
复位电路如图3.6所示。
图2.6复位电路
系统的复位电路是由RC电路组成，外加一个手动复位按钮。
刚上电时或者触动按钮后C5两端的电压为0，这时RST为高电平，而其高电平保持时间是由R和C的时间常数决定，由公式（3-1）可知，C充电的时间常数τ等于0.22ms，远远大于2μs，即使RST高电平的时间保持2μs以上，确保了单片机正常复位。
3.3温度控制电路设计
本系统采用继电器进行对燃烧器工作方式控制，从而锅炉控制温度。
当P口输出高电平时，经反相驱动器7406变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而是Q3导通，因而继电器的线圈通电,接通锅炉燃烧器。
本部分电路与单片机的接口如图2.9所示。
1.当P1.7输出高电平时，燃烧器通电，燃烧器对锅炉加热，进行加热处理。
2.当P1.7输出低电平时，燃烧器断电，燃烧器对锅炉加热，不进行加热处理。
图2.9温度控制电路
3.4水位控制电路
锅炉在正常加温工作情况下，同时对锅炉液位检测。
当锅炉的水位满足条件时开始工作。
本系统设计利用普通水的导电性质采用不绣钢管作为测量液位的器件，放于锅炉上下限的金属棒是否正在导电的情况判断锅炉的水位是不是在上下限范围之间，单片机通过采集的水位变化的信号，发出对给水泵控制的命令，控制锅炉内水位符合条件。
图2.10水位检测电路
如图2.10水位检测电路所示，金属棒1放于水位上限位置，金属棒2放于水位下限位置，金属棒3放于水位以下比较远点的位置。
其中金属棒1和金属棒2用限流电阻分别与单片机相连接，金属棒3接+5v的电源。
单片机不断的检测单片机端口p1.2和p1.3的电平情况。
（1）当P1.2＝高电平和P1.3＝高电平时，即实际水位在水位上限以上的位置，这时系统发出报警命令,系统停止工作。
（2）当P1.2＝高电平和P1.3＝低电平时，即实际水位在水位上限和水位下限之间的位置，单片机不进行处理，即保持给水泵的状态不变。
（3）当P1.2＝低电平和P1.3＝低电平时，即实际水位在下限以下的位置，这时系统控制给水泵工作，锅炉开始加水，并报警。
图2.11水位控制电路
当锅炉水位处与水位下限值的时，单片机P1.4口输出一个高电平，继电器接通，此时给水泵通电，给水泵开始工作给锅炉加水。
3.5报警电路设计
本系统采用蜂鸣器进行报警,并用两个LED指示灯表示工作状态，红灯亮绿灯灭表示报警;
红灯灭绿灯亮表示正常工作。
该部分电路与单片机的接口如图2.15所示。
图2.15报警电路
电路由限流电阻R1、三极管Q1、两个二极管和蜂鸣器组成。
这个电路并不是一般的放大电路，三极管不是工作在放大状态，而是工作在饱和状态和截止状态。
当基极为低电平时，晶体管处于饱和状态，饱和电压为UCES=0.3V，此时，蜂鸣器鸣叫。
当基极为高电平时，晶体管截止，相当于开路，输出为高电平，蜂鸣器停止鸣叫。
3.6按键电路设计
本系统为符合实际要求，进入系统之前首先对温度报警值的设置。
本系统有三个按键分别为K1,K2,K3.如图2.17所示。
（1）K1设置锅炉温度报警值的温度值增加按键。
K1每按下一次，温度报警值显示加比上一次值增加一度。
（2）K2设置锅炉温度报警值的温度值减少按键。
K1每按下一次，温度报警值显示比上一次值减少一度。
（3）K3温度报警值确定值。
图2.17按键电路设计
4系统软件设计
本章讲述的系统软件设计包括锅炉温度控制的单片机程序设计以及构成系统的各部分子程序设计。
4.1主流程图设计
锅炉温度控制系统的单片机程序设计主流程图如图3.1所示。
本系统进入执行时先对锅炉水位进行与设定的水位上下限进行判断，然后按条件不同处理结果。
当锅炉水位满足条件的时候再对锅炉的水温采样监控，并进行相应的处理。
图3.1软件主流程
4.2中断服务程序设计
图4.2中断服务程序
4.3DS18B20温度采集子程序设计
DS18B20有严格的协议来确保其数据的完整性。
协议包括几种单线信号类型：
复位脉冲，存在脉冲，写0、写1、读0、读1。
所有这些信号类型除存在脉冲外，其它的信号均由总线主机产生。
开始与SD18B20进行任何通信。
都要对其进行初始化，在接收到复位脉冲后，再对SD18B20进行正确的ROM命令和存贮器操作命令。
在总线主机初始化过程，主机通过拉高单总线，以产生复位脉冲。
接着，在主机释放总线，并进入接收模式。
当总线被释放后，上拉电阻将总线拉高。
在单总线器件检测到上升沿后，接着产生延时，接着通过拉低总线，以产生存在脉冲。
DS18B20温度采集子程序流程图如图3.3所示。
图3.3DS18B20温度采集子程序流程图
4.4LCD液晶显示子程序设计
本系统采用是16*2的LCD1602，单片机对其初始化，然后将需要显示的字符在LCD存储的地址和要求在LCD显示的地址送出，再检测LCD是否处在忙碌不能接收命令或数据的状态，检测到LCD空闲时就可以写数据显示了。
LCD液晶显示子流程图如图3.4所示，具体实现过程请查阅附录LCD液晶显示子程序。
图3.4LCD液晶显示子程序流程图
MAIN:
CALLTEMP_SET;
显示设定温度报警值的信息
MOVA,#0C9H;
设定温度摄示度标记的显示位置
CALLTEMP_BJ;
显示温度摄示度的标记
LCALLDIS_TEMP;
显示初始化的报警温度
MAIN1:
MOV20H,#0
LCALLKEY;
调用按键扫描程序
JNB20H.0,DEC_TEMP
ADD_TEMP:
INCTEMP_AL;
报警温度值加1
显示改变后的报警温度
AJMPMAIN1
DEC_TEMP:
JNB20H.1,CONFIRM
DECTEMP_AL;
报警温度值减1
CONFIRM:
JNB20H.2,MAIN1;
如果没按任何键就返回MAIN1继续扫描
;
SETBSPK
;
LCALLDIS_TEMP1
CALLMENU_OK1;
LCD显示温度采集和水位控制信息
LCALLDIS_TEMP1;
显示已设定的温度报警值
MOVA,#0CEH;
当前温度摄示度标记的显示位置
显示当前温度摄示度的标记
START:
CALLRE_18B20_1;
检测通道1的DS18B20是否存在,并设置12位精确度
CALLRESET1;
18B20复位子程序,检测18B20是否存在
JNBFLAG1,START11;
如果DS1820不存在则跳START11
如果存在则显示OK
MOVA,#0CEH
CALLTEMP_BJ;
JMPSTART21
START11:
CALLMENU_ERROR1;
如果不存在则显示ERROR
MOVA,#0CBH
JMPSTART
START21:
检查到有温度传感器后的处理
CALLRESET1;
18B20复位子程序,再次检测18B20是否存在
DS1820不存在则转到START11报错
MOVA,#0CCH;
跳过ROM匹配
CALLWRITE1
MOVA,#44H;
发出温度转换命令
CALLRESET1
MOVA,#0BEH;
发出读温度命令
CALLREAD1;
读出温度值到TEMPH、TEMPL
DISPLAY:
CALLDELAY2
CALLCONV;
将采集到的温度在LCD1602显示出来
LCALLDIS_TEMP1;
ADD_WATER:
INCWATER
LCALLDIS_WATER;
显示当前水位的值
AJMPCOMPARE1;
当前水位与水位上限值80比较
CLRSPK;
如果水位大于80就报警
SETBWATER-SW-H;
关闭给水泵
如果水位小于20就报警
CLRWATER_SW_H;
如果当前水位低于下限值就打开给水泵开关
CLRBOILER_SW;
当前温度超过温度报警值关闭锅炉燃烧器开关，停止加热
CLRRED
SETBGREEN
LJMPSTART;
比较完毕,重新采集温度和水位
START0:
JBflag,LOOP4;
如果水位出现报警但温度没有出现报警时就继续采集温度和水位
SETBSPK;
如果水位和温度都没有出现报警时就使绿灯亮，然后继续采集温度和水位
SETBRED
CLRGREEN
LP：
ORL P1，＃03H；
逻辑或,检测水位
MOV A，P1；
读P1口
JNB
ACC.3，LP1，P1.3=0跳转到LP1
JB
ACC.4，LP2；
当P1.4=0表示实际水位在下限，跳转
BK：
MOVA#20
ACALL D2S；
调延时2S子程序
AJMP LP
LP1：
JNB ACC
4，L00P3；
当P1.4=0则转
SETB SPK；
报警
SETB P1.
2；
使P1
2=1，停止电机工作
LP4：
SJMP L00P4；
出现故障后程序进入
等待状态
LP3：
CLR P1.2；
启动电机
AJMP BK
LP2：
SETB P1
电动机停止工作
电机工作
AJMP BK
END
==================================================
LCD显示温度标记子程序
TEMP_BJ:
MOVA,#0CAH
CALLWCOM;
调用LCD写命令子程序
MOVDPTR,#BJ1;
指针指到显示消息
MOVR1,#0
MOVR0,#2
BBJJ1:
MOVA,R1
MOVCA,@A+DPTR
CALLWDATA;
调用LCD写数据子程序
INCR1
DJNZR0,BBJJ1
RET
BJ1:
DB00H,"
C"
摄示度标记
=================================================
TEMP_SET:
;
设定温度报警值
MOVDPTR,#TEMP_SET1;
MOVA,#1;
显示在第一行
CALLLCD_PRINT;
在LCD的第一行或第二行显示字符
TEMP_SET1:
DB"
SETALARMTEMP"
0
MENU_OK1:
;
MOVDPTR,#M_OK1;
MOVDPTR,#M_OK2;
MOVA,#2;
显示在第二行
5总结
本设计通过单片机的控制，实现了锅炉温度控制的基本功能，利用继电器控制燃烧器的工作，并且对锅炉水位进行控制，并通过显示屏显示出水温水位的状态信息，确保了能够在正常范围下工作。
系统中以AT89S51芯片作为控制芯片，采用一线总线的温度传感器DS18B20，用LCD1602液晶显示模块显示水温水位的状态信息，这些都得使硬件电路变得简单，性能得到提高。
而且有蜂鸣器进行报警，使得本设计在应用上更加安全。
在本次设计中，我不但巩固了基础知识，而且锻炼了自己的学习能力，通过查阅资料，了解了大量课堂上学不到的东西，为以后的工作和学习打下了夯实的基础，但遗憾的是本设计并未通过了实物模拟，在实际应用上肯定存在着不少缺欠。
希望以后能做出实物，发现设计上的缺欠，并加以改进，完善本系统的设计。
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12
Chen
C
T.Introduction
to
Linear
Theoery.New
York:
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