毕业论文基于stc的锅炉温度控制系统

基于 STC 的锅炉温度控制系统 摘 要 近年来随着单片机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同 时带传统控制检测,日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单 片机是往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体 硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本课题主要研究基于 STC90C58AD 单片机和 DS18B20 数字温度传感器的温度测量系统。利用集成电路温度 传感器 DS18B20 测量锅炉水温;将测量的水温与设定值比较，单片机另外使用 LCD 液 晶显示器显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温 度值。当温度超过设定的报警温度值，系统会发出报警声音，同时关闭锅炉燃烧器。 等待温度降到下限值，这时就可以重新锅炉燃烧器通电，继续加温，如此反复监控 温度。这样就可以节约能源，提高能源的使用率。针对系统的要求和特点，在上述 硬件电路及实现方法的基础上，利用汇编语言，设计了基于单片机的锅炉温度控制 系统。控制软件主要包括温度和温度采集子程序、水位控制程序、键盘扫描子程序 和 LCD 液晶显示子程序等。 关键词：STC90C58 单片机,LCD1602,燃气锅炉,温度控制,DS18B20 STC 温度制御 要旨要旨 最近社会分野浸透従、応用深向、伝 统的統制検出中新月益更新。検出自動制御 応用中、往为一个核心部品使用、 側知识不十分、具体的構造、具体 的応用対象特性生组合、壳改善。本 主要研究基、stc90c58ad ds18b20 温度 温度測定。利用集積回路温度 ds18b20 測定 水温;测量水温比较、,液晶(LCD)表示水 位上下限界値、当面水位、设定温度警察 通報値現在採取温度值。设定温度超過通報温度值, 発通報音、閉鎖。待機温度降 郵送与、电気再開続火进 。節約、 使用率向 上。要求特徴狙、回路 実現方法土台、利用言語設計 温度制御。制御主二温度集子手続、水位 子手続 LCD 液晶表示 含。 :STC90C58 ,LCD1602,温度制御, DS18B20 目 录 1 绪论 1 1.1 课题设计背景及研究意义.1 1.2 系统的总体设计思想.2 2 系统方案论证及工作原理 4 2.1 设计方案论证 4 2.2 系统结构框图 4 2.2.1 主要器件的选择.6 2.2.2 锅炉辅助器件选择.6 3 硬件电路设计8 3.1 主电路 8 3.1.1 温度控制电路.8 3.1.2 水位控制电路.8 3.2 单片机选择设计.10 3.3 单片机最小系统.12 3.3.1 时钟电路设计12 3.3.2 复位电路.13 3.4 温度检测电路设计及温度传感器选择 .14 3.4.1 DS18B20 简介14 3.4.2 温度采集电路16 3.5 显示电路设计.16 3.6 报警电路设计.20 3.7 稳压电源电路设计.21 3.8 按键电路设计 .21 4 系统软件设计23 4.1 主流程图设计 .23 4.2 中断服务程序 .24 4.3 DS18B20 温度采集子程序设计 .25 4.4 LCD 液晶显示子程序设计 .26 总结27 鸣 谢28 参考文献29 附 录30 1 绪论 1.1 课题设计背景及研究意义 单片机是单片微型计算机 SCMC（Single Chip Microcomputer）的译名简称， 在国内也常简称为“单片微机”或“单片机” 。它包括 CPU、RAM、ROM、中断系统、 定时器/计数器、串行口和 I/O 等。单片微机在工业控制领域有着广泛的应用，此外， 单片微机在家用电器、电子玩具、通信、高级音响、图形处理、语言设备、机器人、 计算机等各个领域迅速发展。目前单片微机的世界年产量已超过 100 亿片，而在中 国大陆地区的年应用量已达 6 亿多片。 二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更 是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。 因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测 量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作 用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农 业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。 温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重 要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、 生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温 度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温 度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。 在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量 是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的 测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机 械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也 可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场 合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数 字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。采用单片机来对温度进行控制 。不仅具 有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指 标，从而能够大大提高产品的质量和数量。此外，单片机对温度的控制问题是一个 工业生产中经常会遇到的问题，所以本课题设计不但可以巩固前期课堂所学知识， 而且具有很强的现实意义。 锅炉广泛用于生产和生活之中。中小型锅炉作为供暖设备用于提供热水，在取 暖方面得到了广泛应用。目前，取暖多采用集中供暖方式。这种供暖方式从原理上 而言，效率较高。集中供暖的锅炉大多数是燃煤锅炉，锅炉燃烧时污染大，已经带 来了严重的环境污染问题。由于这些用户采用集中取暖，给个别用户带来不便的缺 陷。 基于这种情况，近年来采用以天然气，液化石油气为燃料的中小型燃气锅炉具 有高效、污染小，发热量大等特点，受到普遍欢迎。尤其在国外，燃气锅炉目前已 得到了广泛应用。随着燃料不断补给，燃料充足，城市燃气管网逐步完善，燃气使 用率逐步会提高。市场经济的发展与开放，国有企业享受国家能源补贴的取消，住 房逐渐私有化，供热管网费、采暖费全部由个人支付。会有越来越多的人放弃集中 供热方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃气锅炉的使用作为集中供暖的一个很 好补充或替代它必将被越来越多的人关注和选用成为趋势。 目前市场上家用燃气锅炉为进口，价格高，售后服务不够完善，不利于燃气锅 炉的推广使用，研制燃气锅炉的公司亦相对较少。因此研制开发小型家用燃气锅炉 就具有现实的意义与客观的市场价值。 本文将结合小型家用燃气锅炉实际的需要，利用 STC 系列单片机为核心器件组 成温度控制系统，采用温度采集技术，通过运行和分析研究，以期正确认识和全面 理解利用单片机实现温度采集技术在过程控制中的应用。 1.2 系统的总体设计思想 目前，世界计算机市场上出现了专门用于工业控制的单片机系列产品，单片机 以其体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、功能强的特点，在工业控制的实践中得 到了广泛的应用。单片机不仅可以实现各种常规的控制，还可以根据被控对象的特 性，充分利用控制理论的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以获得更好的控 制效果。目前，由于家用锅炉属于批量生产，而且每台锅炉需要一套完整的控制系 统，针对这些特点，尤其从产品成本角度出发，以 STC 为核心器件组成的控制系统 是比较理想的选择。此外，STC 系列单片机运算能力、完备的控制功能、加上完善 的外部接口电路，对中小型锅炉控制系统完全可以胜任。在外围芯片选取时，尽量 选取典型的、易于扩展和替换的芯片和电路，并本着节约成本的思想。选用基于单 总线的温度传感器 DS18B20 和 LCD 液晶显示器。它们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。 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的上下限值、预先设定的温度报 警值和当前采集的温度值。利用继电器控制燃烧器和给水泵。当锅炉内的水的实际 水温超过报警温度值，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温度检测，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，以免造成能源浪费和水 溢出引起的锅炉爆炸严重后果。 2 系统方案论证及工作原理 2.1 设计方案论证 方案一：采用 STC90C58 单片机、7805 电源稳压芯片、热敏电阻、74HC138 和 16*16 点阵显示器，液位控制器等核心部件。该方案中单片机控制 16*16 点阵显示 器这部分程序比较复杂，编程的强度较大，容易出错。另外，在硬件电路上， 74HC138、16*16 点阵显示器与单片机接口复杂，而且它们的外围电路较多，不适合 用在锅炉的嵌入式系统设计中。采用液位继电器可以简单控制锅炉液位，但增加了 成本开销。 方案二 ：采用 STC90C58 单片机、7805 电源稳压芯片、温度传感器 DS18B20 和 液晶显示器 LCD1602 等核心部件。该方案采用液晶显示器来显示水位的上下限值、 当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值，直观、接口简单而且编程 强度不大。用不锈钢管制作成的装置放于水位上下限，简单。这样就可以缩短系统 的开发周期，减少系统成本开销。另外，温度传感器 DS18B20 的温度测量范围、精 度、响应时间、稳定性都要比热敏电阻好。 综上分析，采用第二种方案, 是目前为止的最佳方案。 2.2 系统结构框图 锅炉温度控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行温度报警值的 设定，并对锅炉的水温进行采集及处理，然后与报警值比较，当温度值大于温度上 限值(报警值)时就报警，停止加热。当温度少于温度下限值时，重新启动进行加热 处理。以此重复对锅炉温度控制。同时为结合实际需要，本系统亦对锅炉水位进行 控制。液晶显示，显示水位上限值，水位下限值以及温度报警值和实际温度值。图 2.1 所示是其系统结构框图。 在工业生产中，锅炉是一种重要的动力系统。其中锅炉的温度过程控制，又是 一个重要环节。本系统过程控制系统主要应用于燃气锅炉的水温控制系统。在燃气 锅炉里面，天然气液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热对象。温度传感器的 输出信号经调理电路处理后作为单片机系统的输入信号。本系统要采样的是锅炉的 水温和锅炉的水位控制信号。 STC90C58ADSTC90C58AD STC90C58ADSTC90C58AD 按键设定按键设定 温度采集电路温度采集电路 稳压电源稳压电源 复位电路复位电路 液晶显示电路液晶显示电路 继电器继电器燃烧器燃烧器 报警电路报警电路 给水泵给水泵 STC90C58AD STC90C58ADSTC90C58AD 按键设定按键设定 温度采集电路温度采集电路 稳压电源稳压电源 复位电路复位电路 液晶显示电路液晶显示电路 继电器继电器燃烧器燃烧器给水泵给水泵 图 2.1 系统结构框图 温度控制系统的控制信号通过继电器控制燃烧器内进出气，由三个进气阀实现 控制。燃烧器的作用是:继电器接通燃烧器电源后，燃烧器通过其内部的光电检测管 检测锅炉内有无火光，若有火光则表示点火成功，不需启动点火变压器，否则启动 点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气，这时光电管检测到火焰，关闭点火变 压器，系统点火成功。该中小型燃气锅炉所需要温度的热水是根据用户需要调节的。 控制系统根据温度传感器检测到的温度与温度设定值比较，给出控制信号.若实际温 度大于报警值时，单片机实行对继电器的电源关断，这时燃烧器断电，锅炉不进行 加热处理。温度传感器一直检测锅炉内部的水温。当温度传感器检测的温度小于用 户设定值的时候，单片机根据温度的比较信号，重新对继电器进行通电，锅炉重新 加热。 本系统燃烧控制系统（又称为燃烧调节系统）采用有差调节系统。有差调节时 系统调节过程中被调参数值在设定的参数范围内变动。在供热锅炉中常采用有差调 节就能达到要求，所以系统采用有差调节系统并采用双位控制。如图 2.2 所示。 燃烧控制（调节）系统 有差调 节系统 无差调 节系统 位式控制 比例控制 比例积分调节(PI) 比例积分微分调节 （PID） 双位控制 三位控制 图 2.2 燃烧控制（调节）系统 2.2.1 主要器件的选择 1.宏晶 STC90C58AD 单片机。 2.选用 Dallas 半导体公司温度传感器 DS18B20 3.液晶显示器 LCD1602 2.2.2 锅炉辅助器件选择 (1).奥林燃烧器 型号:GP-300T 功率(kg):700-4000 火焰探 测器型号:QRA2 伺服马达型号:SQM 气阀密封检漏器型号:VDK200/VPS504/DK2F 燃烧器控制:外置 重量(kg): 320 k g (2).CHL 系列立式不锈钢多级泵 流 量：最大 223 m/h 扬 程：最大 60 m 液体温度：-50120 环境温度：最高+160 工作压力：1.6MPa/2.5MPa 工作电压：220V/380V (3).不锈钢管 3 硬件电路设计 3.1 主电路 3.1.1 温度控制电路 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2。本部分电路 与单片机的接口如图 3.1 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 3.1 温度控制电路 3.1.2 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。 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 图 3.2 锅炉加水电路 如图 3.3 水位检测电路所示12，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 3.3 水位检测电路 3.2 单片机选择设计 STC90C58AD 系列单片机是中国宏晶科技公司生产的超强抗干扰，高速，低功 耗，高性能，高可靠的单片机芯片，指令代码完全兼容 8051 单片机。 STC90C58AD主要功能列举如下： 为一般控制应用的 8 位单芯片 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 内部程序存储器（ROM 为 16KB 内部数据存储器（RAM）为 128B 具有 EEPROM 功能 通用异步串行口(UART)，可用定时器软件实现多个 UART 三个 16 为定时器/计数器，其中定时器 0 可当成 2 个 8 位定时器使用 STC90C58AD 管脚排列及系统所用引脚功能介绍。管脚排列如图 3.4 所示,下面 介绍引脚的功能。 图 3.4 STC90C58 引脚图 引脚功能说明： 1. P0.0P0.7: P0：P0 口既可作为输入/输出口也可作为地址/数据复用总线使用。当 P0 口作为输入/输出口时，P0 是一个 8 位准双向口，上电复位后处于开漏模式。P0 口内部无上拉电阻，所以作 I/O 口必须外接 10-3.7K 的上拉电阻。当 P0 作为地址/数 据复用总线使用时，是 8 位地址线D0D7此时无需上拉电阻。 2. P1.0 /T2/ADC0: 标准 I/O 口 PORT10, 定时器/计数器 2 的外部输入, ADC 输入通 道-0 3. P1.1 /T2EX/ADC1: 标准 I/O 口 PORT11, 定时器/计数器 2 捕捉/重装方式的触发 控制, ADC 输入通道-1 4. P1.2 /ADC2; 标准 I/O 口 PORT12, ADC 输入通道-2 5. P1.3 /ADC3,标准 I/O 口 PORT13, ADC 输入通道-3 6. 1.4 /ADC4: 标准 I/O 口 PORT14, ADC 输入通道-4 7. P1.5 /ADC5: 标准 I/O 口 PORT15, ADC 输入通道-5 8. P1.6 /RXD/ADC6: 标准 I/O 口 PORT16, 串口数据发送端, ADC 输入通道-6 9. P1.7 /TXD/ADC7: 标准 I/O 口 PORT17, 串口数据发送端, ADC 输入通道-7 10.P2.0P2,.7: P2 口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高 8 位地址 总线使用（A8A15） 。当 P2 口作为输入/输出口时，P2 是一个 8 位准双向口。 11. P3.0 /RXD: 标准 I/O 口 PORT30, 串口数据接收端 12. P3.1/TXD: 标准 I/O 口 PORT31, 串口数据发送端 13. P3.2/INT0: 标准 I/O 口 PORT32, 外部中断 0，下降沿中断或低电平中断 14. P3.3/INT1: 标准 I/O 口 PORT33，外部中断 1，下降沿中断或低电平中断 15. P3.4/T0: 标准 I/O 口 PORT34, 定时器/计数器 0 的外部输入 16. P3.5 / T1: 标准 I/O 口 PORT35, 定时器/计数器 1 的外部输入 17. P3.6/ WR: 标准 I/O 口 PORT36, 外部数据存储器写脉冲 18. P3.7 / RD: 标准 I/O 口 PORT37 ,外部数据存储器读脉冲 19. P4.0: 标准 I/O 口 PORT40 20. P4.1: 标准 I/O 口 PORT41 21. P4.2/INT3: 标准 I/O 口 PORT42, 外部中断 3，下降沿中断或低电平中断 22. P4.3 / INT2: 标准 I/O 口 PORT43, 外部中断 2，下降沿中断或低电平中断 23. P4.4/PSEN: 标准 I/O 口 PORT44, 外部程序存储器选通信号输出引脚 24 .P4.5/ALE: 标准 I/O 口 PORT45, 地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输出引 脚 25. P4.6/EA: 标准 I/O 口 PORT46, 内部存储器选择引脚 26. RST:复位脚 27. XTAL1: 内部时钟电路反相输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部 时钟源时，此引脚时外部时钟源的输入端 28. XTAL2: 内部时钟电路反相放大器的输入端，接外部晶振的另一引脚。当直接 使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时 XTAL2 实际将 XTAL1 输入时钟进行 输出。 29. VCC: 电源正极 30. GND: 电源负极， 接地 3.3 单片机最小系统 3.3.1 时钟电路设计 STC90C58AD 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 1.2MHz12MHz 之间所选，电容可以在 2060pF 之 间所选，通常选择 30pF 左右，电容 C11，C12 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 3.5 时钟电路 3.3.2 复位电路 图 3.6 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 2s 以上。复位电路如图 3.6 所示。 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 C 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(4-1)可知，C 充电的时间常数 等于 0.22ms，远远大于 2s，即使 RST 高电平的时间保持 2s 以上，确保了单片机正常复位。 R*C 4-1 3.4 温度检测电路设计及温度传感器选择 3.4.1 DS18B20 简介 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一线总 线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器 网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 可以程序设定 9-12 位的分辨率，精度为 0.5 摄氏度。分辨率设定，及 用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。如图 3.7 所示 DS18B20 引脚排列图 图 3.7 DS18B20 引脚排列图 (A).DS18B20 特性： 1.独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。 2.简单的多点分布应用。 3.无需外部应用。 4.无需外部器件。 5.可通过数据线供电。 6.零待机功耗。 7.测温范围55125，以 0.5递增。 8.温度以 8 位数字量读出。 9.温度数字量转换时间 200ms（典型值） 。 10.用户可定义的非易失性温度报警设置。 11.报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。 12.应用包括温度控制，工业系统，消费品，温度计或任何热感测系统 (B).ROM 操作品令 。 （B）总线主机检测到 DSl820 的存在，便可以发出 ROM 操作命令之一，这些 命令如 指令 代码 1.Read ROM(读 ROM) 33H 2.Match ROM(匹配 ROM) 55H 3.Skip ROM(跳过 ROM) CCH 4.Search ROM(搜索 ROM) F0H 5.Alarm search(告警搜索) ECH (C).存储器操作命令 指令 代码 1.Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH 2.Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH 3.Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H 4.Convert Temperature(温度变换) 44H 5.Recall EPROM(重新调出) B8H 6.Read Power supply(读电源) B4H (D).DS18B20 管脚功能表，如表 3.1 所示 表 3.1 DS18B20 管脚功能表 3.4.2 温度采集电路 温度采集电路只有一个 DS18B20 温度传感器，它与单片机的接口比较简单，如 图 3.8 温度采集电路 图 3.8 所示。只要给传感器 5V 的供电并把它的单总线接到单片机的 P 口就可以了。 引脚序号引 脚 名 称功 能 1GND接地 2DQ数据输入/输出脚 3VDD接 5V 电源 3.5 显示电路设计 图 3.12 为 LCD1602 引脚分配图。其引脚说明见表 3.2。 LCD1602 是具有 4 位/8 位并口可选接口方式的液晶显示模块，它能同时显示两 行字符，每行有 16 个字符。字符以 5*7 点阵形式显示。其字符中共有 160 种字符。 人选指令有 11 条（清屏、返回、输入方式设置、显示开关控制、移位、功能设置、 CGRAM 地址设置、DDRAM 地址设置、读忙信号及地址高数器、写数据、读数据） ， 内部有 80 字节的 RAM，8 位数据接口，另外三根控制总线用于完成对写和读数据 或指令时序控制。由该模块构成的液晶显示方案与 LED 点阵液晶显示模块相比，不 论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。 图 3.12 LCD1602 引脚分配图 LCD1602 引脚说明 表 3.2 LCD1602 引脚说明 管脚号符号功能 1VCC电源地（GND） 2VDD电源电压（+5V） 3VL 寄存器选择输入端，输入 MPU 选择模块内部寄存器类型信号； RS=0，当 MPU 进行写模块操作，指向指令寄存器； 当 MPU 进行模块操作，指向地址计数器； RS=1，无论 MPU 读操作还是写操作，均指向数据寄存器 4RS 读写控制输入端，输入 MPU 选择读/写模块操作信号； R/W=0 读操作；R/W=1 写操作 5R/W读写控制输入端，输入 MPU 选择读/写模块操作 5信号：R/W=0 读操作；R/W=1 写操作 6E读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效 7DB0 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 8DB1 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 9DB2 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位 3 表 3-2 LCD1602 引脚说明续表 方式通讯时，不使用 DBODB 10DB3 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 11DB4 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 12DB5 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 13DB6 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 15DB7 数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时， 不使用 DBODB3 16BL+/BL-背光正端+5V /背光的负端 0V (2).LCD1602 结构块图。如图 3.12 所示为 LCD1602 结构块图，图 34 指明 LCD1602 内部结构模块。 图 3.13 LCD1602 结构块图 本系统采用 LCD1602 作为显示模块，它可以方便的和单片机接口，其主要功能 是显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度 值。 其中 VDD 接 5V 电源用于显示 LCD 液晶显示芯片的工作,VL 串接阻值 1.8K 欧 姆为 了调节 LCD 液晶显示芯片字符的亮度，当阻值越大时，LCD 液晶显示越模糊。 用滑动变阻器能更好的调节 LCD 液晶字符显示的亮度，合适于锅炉的水位于水温的 观察。BL+接 5V 电源是调节显示显示 LCD 液晶显示芯片是显示背光的亮度。LCD 液晶显示电路如图 3.14 所示 图 3.14 LCD 液晶显示电路 3.6 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 3.15 所 示。 图 3.15 数码语音录放电路 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。 3.7 稳压电源电路设计 78 系列三端稳压器是最长见的集成稳压器件。具有过热，过流，调整管安全工 作区保护功能。性能优良，可靠性搞。同时又由于器件只有三个引脚，所以使用简 单方便，价格低廉，应用广泛。 稳压电源电路如图 3.16 所示，从 J1 输入 912V 的直流电，打上开关，经 C1 和 C2 滤波后，加到 7805 稳压块的输入端，再从其输出端输出稳定的+5V 的电压。 因为在本设计中，电路中均采用低功耗的器件，所以稳压块并不需要加散热片。此 外，由电阻 R1 和发光二极管 D2 组成电源指示电路具有上电指示作用。 图 3.16 稳压电源电路 3.8 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 3.17 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 示加比上一次值减少一度。 (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 3.17 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 4.1 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 4.1 软件主流程 4.2 中断服务程序 图 4.2 中断服务程序 4.3 DS18B20 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 4.3 所示。 图 4.3 DS18B20 温度采集子程序流程图 4.4 LCD 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 4.4 所示，具体实现过程请查阅附录 LCD 液晶显示子程序。 图 4.4 LCD 液晶显示子流程图 总结 本文主要介绍基于 STC90C58AD 单片机的炉温 控制系统设计设计，介绍了控 制方案以及各个主要模块的工作原理和设计思路。本文并涉温度传感器系统、 控制 方案以及各个主要模块的工作原理和设计思路。本文并涉温度传感器系统、 继电器 系统、显示输入的设计。 本次的实验，需要解决问题有很多方面而且必须从整个系统层综 本次的实验， 需要解决问题有很多方面而且必须从整个系统层综 本次的实验，需要解决问题有很 多方面而且必须从整个系统层综 合考虑，这点和之前的 合考虑，这点和之前的 课 堂 所学的实验不同。在设计过程中，通采用先 所学的实验不同。在设计过程中， 通采用先 所学的实验不同。在设计过程中，通采用先 分块设计，再整体调试的方 法实现各个击破。 由于系 统的复杂性和硬件使用要求以及人力、时间等方面制约，考虑到由于系 统的复杂性和硬件使用要求以及人力、时间等方面制约，考虑到统的实 时性和运算 能力，系统并没有采用复杂处理法控制一切以用为主。 对于温度控制算法还有待进 一步的研究和改善。同时，在电路保护方面 对于温度控制算法还有待进一步的研究 和改进。同时，在电路保护方面 的设计有待进一步地学习和实践。 总结整个设计过程，不仅使我们得到了对已有知识进行实践的机会更培养 了一 定的 科研能力，拓宽知识面。展望未来计算机控制技术必将在更广阔了一定的 科 研能力，拓宽知识面。展望未来计算机控制技术必将在更广阔领域的到应用。 曾遇到不少问题通自己多方面查 阅资料以及众多老师、同学朋友们的帮助下， 最终得顺利解决并完成课程设 阅资料以及众多老师、同学朋友们的帮助下，最终得 顺利解决并完成毕业设计。在此，感谢老师们悉心指导以及学长热心帮助。 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。 鸣 谢 经过 2 个多月的努力,本设计终于完成了，在完成之际我要真挚的感谢吴文波老 师，是吴老师一直以来给予本设计的巨大帮助，使本设计才得以顺利完成。同时也 非常感谢电信学院的每一位老师，是他们传授本人专业知识。师恩深重，无以为报， 特在此向老师们致以本人最崇高的敬意和最衷心的感谢！ 本设计的完成也离不开同学的帮助，感谢他们对我的设计提出的宝贵意见。本 文参考了大量的文献资料，向各学术界的前辈们致敬！ 同时在此还要感谢答辩组的老师，感谢他们在百忙之中评阅本人的设计。 34 参考文献 1 宏晶 STC 单片机官方网站 STC90C58AD 器件手册 2010 2 燃油燃气锅炉房设计手册编写组.燃油燃气锅炉房设计手册M.北京:机械工业出 版社，1998. 3 张仁青，李彦，朱传堂等，燃油、燃煤气、燃煤锅炉房的对比和展望J.江苏暖 通空调制冷,1998,3:7-11 4 YLZK-C42 型全自动常压油炉电脑控制器使用说明书M.南京二南京仁泰锅炉白 控设备有限公司. 5 陈兆煊，陈伟权.燃油、燃气常压热水炉国内外发展应用概况分析和建议J.工业 锅炉，1998,3:71-74. 供暖系统M.北京:机械工业出版社，1992. 6 李之光等常压热水锅炉及其8丁向荣 STC 系列增强型 8051 单片机原理与应用 电子工业出版社 7 李晓光，鹿道智，于惠君等.小型然油燃气锅炉M大连:大连理工大学出版社， 1999. 8 张庆双 经典实用电路大全 机械工业出版社 9 刘德营，张志霞等 单片机原理及接口技术 中国水利水电出版社 10 李刚，丁茹，林凌等 新型单片机接口器件与技术 西安电子科技出版社 11 肖玲妮，袁增贵，Protel 99 SE 印刷电路板设计教程M.北京:清华大学出版 2003. 12 陈杰，黄鸿.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社. 35 13 高才苹.新型供热锅炉手册M.上海:上海交通大学出版社，2002. 14 超钦新，惠世恩.燃油 燃气锅炉M.西安:西安交通大学出版社,1999. 附 录 附件 A:总程序 TEMP_ZH DATA 24H ;实时温度值存放单元 TEMPL DATA 25H ;温度存放低八位 TEMPH DATA 26H ;温度存放高八位 TEMPHC DATA 29H ;存放百位数和十位数 BCD TEMPLC DATA 2AH ;存放个位数和小数 BCD BOILER_SW EQU P1.2 ;给水泵开关 WATER_SW_H EQU P1.7 ;燃烧器开关 K1 EQU P24 ;报警温度值温度增加 K2 EQU P2.5 ;报警温度值减少 36 K3 EQU P2.6;设定报警温度确定键 GREEN EQU P1.0 ;绿灯为正常工作指示灯 RED EQU P1.1 ;红灯为报警指示灯 TEMP_AL EQU 21H ;温度报警值存放单元 TEMP_AL1 EQU 31H ;存放报警温度值的个位 TEMP_AL2 EQU 32H ;存放报警温度值的十位 WATER_AL1 EQU 33H ;当前水位的个位数存放单元 WATER_AL2 EQU 34H ;当前水位的十位数存放单元 WATER_LEVEL EQU 22H ;当前水位存放单元 WATER EQU 28H ;当前水位存放单元 SPK EQU P3.7 ;蜂鸣器引脚定义 LCD_X EQU 2FH ;LCD 地址变量 LCD_RS EQU P2.0 ;数据/指令寄存器选择输入端 LCD_RW EQU P2.1 ;读写控制输入端 LCD_EN EQU P2.2 ;使能信号输入端 flag1 equ 2FH.7 ;DS18B20 是否存在标记 flag equ 2FH.6 ;报警标记 date_line1 equ p3.3 ;通道 1DS18B20 数据口 ORG 0000H JMP MAIN;跳到主程序入口 MAIN: MOV SP,#60H;设置堆栈 MOV A,#00H 37 MOV R0,#20H ;将 20H-2FH 单元清零 MOV R1,#10H CLEAR: MOV R0,A INC R0 DJNZ R1, CLEAR MOV WATER,#50 MOV TEMP_AL,#23 CALL SET_LCD;对 LCD 做初始化设置及测试,并写自定义 数据入 CGRAM CALL TEMP_SET;显示设定温度报警值的信息 MOV A,#0C9H;设定温度摄示度标记的显示位置 CALL TEMP_BJ ;显示温度摄示度的标记 LCALL DIS_TEMP;显示初始化的报警温度 MAIN1: MOV 20H,#0 LCALL KEY;调用按键扫描程序 JNB 20H.0,DEC_TEMP ADD_TEMP: INC TEMP_AL;报警湿度值加 1 LCALL DIS_TEMP;显示改变后的报警温度 AJMP MAIN1 DEC_TEMP: JNB 20H.1, CONFIRM DEC TEMP_AL;报警湿度值减 1 LCALL DIS_TEMP;显示改变后的报警温度 38 AJMP MAIN1 CONFIRM: JNB 20H.2,MAIN1;如果没按任何键就返回 MAIN1 继续扫描 ;SETB SPK ; LCALL DIS_TEMP1 CALL MENU_OK1;LCD 显示温度采集和水位控制信息 LCALL DIS_TEMP1 ;显示已设定的温度报警值 MOV A,#0CEH;当前温度摄示度标记的显示位置 CALL TEMP_BJ ;显示当前温度摄示度的标记 ;SETB SPK; SETB RED ;CLR GREEN LJMP START DIS_TEMP: MOV A,TEMP_AL ;显示改变后的报警温度 MOV B,#10 DIV AB MOV TEMP_AL2,A;保存温度报警值的十位数 MOV LCD_X,#7 ;设置位置 CALL SHOW_DIG2;显示报警温度值的十位 INC LCD_X MOV A, TEMP_AL MOV B,#10 DIV AB 39 MOV A,B ;个位 MOV TEMP_AL1,A;保存温度报警值的个位数 CALL SHOW_DIG2;显示报警温度值的个位 RET ; DIS_WATER: MOV A,WATER;显示当前水位的值 MOV B,#10 DIV AB MOV WATER_AL2,A;保存温度报警值的十位数 MOV LCD_X,#7 ;设置位置 CALL SHOW_DIG1;显示报警温度值的十位 INC LCD_X MOV A, WATER MOV B,#10 DIV AB MOV A,B ;个位 MOV WATER_AL1,A;保存温度报警值的个位数 CALL SHOW_DIG1;显示报警温度值的个位 RET DIS_TEMP1: MOV A,TEMP_AL ;显示已设定的温度报警值 MOV B,#10 DIV AB MOV TEMP_AL2,A;保存温度报警值的十位数 40 MOV LCD_X,#3 ;设置位置 CALL SHOW_DIG2;显示报警温度值的十位 INC LCD_X MOV A,TEMP _AL MOV B,#10 DIV AB MOV A,B ;个位 MOV TEMP_AL1,A;保存温度报警值的个位数 CALL SHOW_DIG2;显示报警温度值的个位 RET START: CALL RE_18B20_1;检测通道 1 的 DS18B20 是否存在,并设置 12 位精确度 CALL RESET1 ;18B20 复位子程序