基于单片机的开水房锅炉控制系统设计

摘要单片机具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉，因此在控制过程、数据采集、机电一体化、智能化 仪表、家用电器及网络技术等得到广泛应用，本文介绍了一种基于 单片机的开水房自动供水系统，它主要采用了温度传感器 DS18B20 采集温度信号和光敏三极管 3DU 采集水位信号并将其送给单片机 At89s52 与其内部的设置参数比较以判断是否需要 进行相应的操作，实现自动控制的目的。高亮二极管和光敏三极管配对使用检测水位既准确又无污染。本文还设计了五个控制按键和三位 LED 显示器。五个按键可实现开水房水温的预置和实际温度的切换以及取消报警的功能，还有自动与手动的切换功能及手动复位功能。三位 LED 显示器可实时显示水温，并能通过控制按键切换至预置温度。当水位或水温超限时系 统会自动报警。关键词：单片机，水温控制，水位控制，DS18B20 Automatic Water Supply System Based On The SCM Integrated Circuiting Water HouseAbstractThe Single-Chip Microcomputer has the characterizations: high rate integration，quick operating speed, the small volume, the reliable movement and the inexpensive price. Therefore, it applies widely in the controlled process, the data acquisition, the integration of machinery, the intellectualized measuring appliance, the domestic electric appliances, the network technology and so on. This article introduced one kind of water house automatic water supply system based on the Single-Chip Microcomputer. it has mainly used the temperature sensor DS18B20 gathering temperature signal and the photosensitive triode 3DU gathering water level signal and gives monolithic integrated circuit At89s52 it if the internal establishment parameter comparison by to judge whether needs to carry on the corresponding operation, realization automatic control goal。Using the highly bright diode and the photosensitive triode to examine water level is not only accurate, but also do not have any pollution. Furthermore, This article has designed five controls pressed keys and three LED monitor. Five pressed keys may realize the function of water temperature initialization and the actual temperature cutting as well as the cancellation reports to the police. It also has automatic and manual cutting function and the manual replacement function. Three LED monitor may display the water temperature in time, and can cut to the pre-placed temperature through the control pressed key. When the water level or the water temperature goes beyond the limit, system can auto-alarm.Keywords：Sing-chip computer, Water temperature control, Water level control目 录1 绪论 .12 系统组成方案 .13 硬件配置用及方案论证 .23.1 温度检测与控制 .23.2 水位检测与控制 .53.3 单片机选择 .53.4 显示模块 .73.5 电源模块 .83.6 按键模块 .84 系统的具体设计与实现 .94.1 温度控制模块 .94.2 水位控制模块 .94.3 显示模块 .104.4 执行模块 .125.1 系统总软件流程图 .135.2 温度测量部分 .135.2.1 温度部分主程序 .135.2.2 读出温度子程序 .135.2.3 温度转换命令子程序 .135.3 显示部分 .146 结束语 .14谢辞 .14参考文献 .14附录一 .16附录二 .191 绪论工业生产生活中，在很多方面都对温度有不同的要求。如用于热处理的加热炉、用于熔化金属的锅炉以及各种不同用途的加热炉反应炉，如用于水泥生产中的大型锅炉和生活中的供开水用小型锅炉等，这样温度就成为了其对象中一种重要的被测控对象。虽场合不同，但究其控制系统本身的动态系统而言，基本上都是一种纯滞后的环节 1。在 传统的小型开水房锅炉控制中，由于控制对象相对较小且又不重要，有相当一部分还是采用人工控制或是继电接触式的控制方式，自动化程度低，调节精度差，且单靠人工操作已不能适 应当今高效、低耗、低 劳动强度的要求。因此，对这种控制系统进行改造是适 应发展的需要的。单片机作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已经被广泛应用，技术也相 对较成熟，它不 仅有体 积小，安装方便，功能 较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，在小型开水房锅炉自动控制中采用单片机作为控制中心，不但能够使控制系统具有精度高、功能强、 经济性好的特点，即节约能源，还在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。2 系统组成方案开水房开水控制系统主要由单片机模块、温度控制模块、水位控制模块、 显示模块、按 键模块、加热机构、加水机构等七大模 块组 成。整个系统框图 1 所示。 图 1 系统组成框图开水房开水控制系统的工作原理如图 2 所示。锅炉采用电加热的方式，水源由水泵供给，水温可以通过 按键预置，由温度 传感器 检测出出水口处水的温度并送给单片机，然后单片机将 实际水温送至 LED 数码 管显示，同时单片机将采集到的实际水温与预置温度相比较，若实际温度在预置温度范围内，就关闭电热丝；若实际水温不在预置温度范围内，就接通电热丝给锅炉加热，若超过预置温度极限，控制系统就会报警。根据连通器原理，同 锅炉相 连的玻璃管中的水位与锅炉里的水位相同，由三对高亮二极管和三极管来检测水位并将采集到的信息送给单片机，当水位高于最高水位时，就关 闭水泵；当水位低于下限水位时，就打开水泵；当水位低于或高于极限水位时，就会报警。当按” X”按钮时，就会取消报警；十分钟后，控制系统自动恢复 报警功能，至到水位恢复正常。单 片 机温度检测模块按键模块水位检测模块加热模块加水模块显示模块3 硬件配置用及方案论证3.1 温度检测与控制如图 2 所示，温度传感器将锅炉出水口水温数据检测出来并传给单片机系统，系统 再将此数据处理后送 给显示电路，并判断是否接通电热丝给锅炉加热。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等 领域，数量高居各种 传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：(1)传统的分立式温度 传感器(含敏感元件) ；(2)模拟集成温度 传感器控制器；(3)智能温度传 感器。在实际温度检测过程中，如何选用传感器显得至关重要。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络 化的方向发展。目前，集成温度传感器在温度检测系统中应用越来越多，而其输出信号形式大致有电压、电流和数字三类。(a)正电源供电 （b）负电源供 电 （c）输出极性颠倒图 3 AN6700S 的连接方式方案一：采用输出电压式集成温度传感器 AN6700S电压式温度传感器 AN6700S 是日本松下公司研制的一种具有灵敏度高、 线性度好、高精度和快速响应的特点的电压输出型集成温度传感器，它有四个引脚，其接线方式有三种：正电源供电、负电源供电、 输出极性颠倒，如 图 3.2 所示。温度传感器 数据处理 加热电热丝图 2 温度控制流程图其中 1、2 脚为输出端， 3、4 接外部校正电阻 RC，用来调整 25C 下的输出电压，使其等于 5V，RC 的阻值在 330k 范围内。这时 灵敏度可达 109+110mV/C，在-1080 C 范围内基本误差不超过1C，温度的分辨率可达 0.1C。这种集成传感器在静止空气中的时间常数为 24s，在流 动空气中为 11s。电源电压在 5 -15V 间变化，所引起的测温 误差一般不超过2 C。整个集成电路的电流值一般为 0.4mA，最大不超过 0.8mA（RL=时）。实验证明：如果环境温度为 20C，当 RC=1k时，AN6700S 输出电压为3.189V；当 RC=10 k时， AN6700S 输出电压为 4.792V；当 RC=100 k时，AN6700S 输出 电压为 6.175V。因此，使用 AN6700S 检测一般环境温度时，适当调整校正电阻 RC，不用放大器可直接将输出信号送入 A/D 转换器，再给微处理器进行处理、显示、打印或存储等。AN6700S 虽然灵敏度高，响应速度快，但用于测量水温，相对测温范围过 窄 2。方案二：采用输出数字式集成温度传感器 DS18B20DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的 热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9 112 位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上， 实现多点组网功能； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5V; 零待机功耗； 温度以 9 或者说 12 位数字量读出； 用户可定义的非易失性温度报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 负电压性，电源杉性接反时，温度 计不会发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20 采用 3 脚 PR-35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 4所示 3。其特点是：可将被测温度直接转换成计算机能识别的 9 到 12 位（最高位为符号位，即“1” 为 正温度， “2”为负 温度）二进制数字信号输出；精度高；信息传送只需一根信号线；每个 DS18B20 包括一个全球唯一的 64 位长的序列号，其中开始的8 位是产品的类型编号（28H），接着的 48 位是每个器件唯一的序号，最后的 8 位是前 56 位的 CRC（循环冗余校验）码；且有数据总线供电和外部供电（电源电压范围为 3.05.5V）两种供电方式。单线式数字温度 传感器 DS18B20 测温范围为-55125C，精度为2C ，而在-1085C 范围内，其精度为0.5 C，其 转换时间与温度分辨率设置组合关系如表 1 所示。图 4 DS18B20 内部结构表 1 分辨率设置与转换时间关系R1 R2 分辨率设置 转换时间(ms)0 0 9 位 93.750 1 10 位 187.51 0 11 位 3751 1 12 位 750DS18B20 的测温原理如图 5 所示。 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响极小，用于产生固定频 率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随变化其振荡频率明显改变，所产 生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数门的开启时间由高温度系数振荡吕来决定，每次测量前，首先将-55C 所对应的一个基数分别置入减法计数器 1、温度寄存器中，减法计数器 1 和温度寄存器被在-55C 所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。高速缓存温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生器C64 位ROM和单线接口存储器与控制逻辑斜率累加器预置减法计数器计数比较器减到 0预置低温度系数振荡器高温度系数振荡器 减法计数器 2 减到 0温度寄存器图 5 DS18B20 测温原理3.2 水位检测与控制所谓水位控制，是通过设定水位，实现当锅炉里实际水位低于设定的水位下限时自动加水和当实际水位高于设定的水位上限时自动停水的功能，其控制过程如图 6 所示。 图 6 水位控制过程方案一：用压力传感器检测水位用压力传感器来检测锅炉里的水位，需要机械辅助部件，而机械部件结构过于复杂。方案二：用光敏三极管检测水位用高亮二极管与光敏三极管 3DU 配合检测水位，不透明悬浮物随水位而上下移动，其示意图如图 7 所示。以安装在最下面的高亮二极管和三极管为例，来说明其检测水位的原理。当水位未到达安装位置时，高亮二极管发出的光就能透过玻璃管和水到达光敏三极管，此时光敏三极管就会导通；当水位到达安装位置时，不透明悬浮物就会挡住高亮二极管发出的光，此时光敏三极管不导通 4。3.3 单片机选择单片机具有体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等一系列 优点，而且种类很多，可以有以下几种方案。 方案一：采用 8051 作为开水房开水控制系统的单片机8051 片内有 4k ROM，无需外接存储器和逻辑电路 373，更能体现“单片” 的简练。但是我们编写的程序无法自己烧写到其 ROM 中，只有将程序交芯片厂代水位传感器 数据处理 执行机构我们烧写，并且是一次性的，今后我们和芯片厂都不能改写其内容。 方案二：采用 AT89C51 作为开水房开水控制系统的单片机在众多的 51 系列单片机中，要算ATMEL 公司的 AT89C51 更实用，因他不但和 8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的 4K 程序存储器是FLASH 工艺 的， 这种工艺 的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间 也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。何况，AT89C51 目前 的售价比 8031 还低，市场供应也很充足。 单对 AT89C51 来说，在 实际电路中可以直接互换 8051 或 8751，替换 8031 只是第 31 脚有区别，8031 因内部没有 ROM，31脚需接地（GND），单片机在启 动后就到外面程序存 储器读取指令；而 8051、8751和 AT89C51 因内部有程序存储器，31 脚接高电平（VCC），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是 51 芯片的 31 脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31 脚接电源，程序从内部读取，31 脚接地，程序从外部读取。其他无须改动。另外，AT89C51 替换 8031 后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和 373 芯片。方案三：采用 AT89S852 作为开水房开水控制系统 的单片机单片机 AT89S52 是 ATMEL 公司在单片机 AT89C51 的基础上推出的更新产品。 以前的开发要用 EPROM，需要编程器把程序写入 EPROM 中。重新写入时，需要用紫外线灯（EPROM 擦除器）擦除，擦完后还要校验，非常不便。现在片内带有 EEPROM 的单片机 AT89S52 开发起来真是方便多了，EEPROM 既像静态 RAM 那样读 写简便，又在掉 电时数据不会丢失的，大大简化应用系统结构。另外一般 EPROM 中的程序很容易被复制，OTP 单片机可以把保密熔丝烧断以保密，而有的 EEPROM 单 片机有种“ 锁”，使 别人无法读取其中的程序，若要读，EEPROM 中原来的信息会自动销毁，就达到了保密的目的。目前很多单片机都支持在系统编程。8051 系列单片机支持在系统编程的也很多，但大多数是支持通过 PC 机的串口对单片机进行编程。这样有四个不方便图 7 水位检测示意图的地方：一是项目本身与 PC 机串行通信不方便；二是要增加 1 片 MAX232 电平转换芯片；三是有的芯片要按特定的步骤进入下载模式，编程过程需要手工干预；四是有的芯片需要固件（定制的程序）的支持，如果不小心损坏了固件，则芯片的在系统编程功能也没有了。而 AT89S52 可通过 SPI 接口在系统串行编程。经过仔细比较，ATMEL 公司生产的 AT89s52 是一种比较理想的芯片。此芯片有如下特点： 与 8051 兼容； 内含 4KB 的 Flash 程序存 储器； 可通过 SPI 接口在系统串行编程，与 8051 兼容； 串行 编程 时有自动擦写周期，在调试大程序时可以分段下载，节约时间； 低电压下载，无需 12V 编程电压。3.4 显示模块用单片机进行数码显示应具有显示器件，显示器件是人与开水房控制系统沟通的重要媒介，目前比较常 见的显示器件有 LED 显 示模块和 LCD 显示模块。方案一：采用 LED 显示模 块在单片机系统中，通常用 LED 数码显示模块来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、性能好、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长的特点，因此使用非常广泛。LED 数码显示模 块又称七段数 码管，习惯上说是七段，实际含小数点是八段。八段 LED 显 示器由八个发 光二极管组成，其结构如 图 8 (a)所示。基中 7 个长条形的发光管排列成“ 日” 字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用。它能显示各种数字及部份英文字母。 LED 显示器有两种不同的形式：一种是八个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极 LED 显示器，其连接方式如图 8(b)所示；另一种是八个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 LED 显示器，其连接方式如图 8(c)所示。共阴和共阳结构的 LED 显 示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相 应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而 显示的各种字符。八个笔划段 h、g、f、e、d、c、b、a 对应于一个字节（八位）的 D7、D6、D5、D4、D3、D2、 D1、D0，于是用八位二 进 制码就可以表示欲显示字符的字形代 码。方案二：采用 LCD 显示模块LCD 显示模块有如下特点： 功率消耗小； 体积小； 显示质量高； 可以和单片机 AT89C51 直接接口。图 8 八段数码管结构示意图液晶显示模块以其微功耗、 “身材”匀称小巧、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗 应用系统中得到越来越广泛的应用。只是其价格稍高于 LED 显 示模块。本设计拟采用了 LCD 显示模块，但由于没有及时购买到就选用了 LED 显示模块用单片机进行数码显示应具有显示器件，显示器件是人与开水房控制系统沟通的重要媒介，目前比较 常见的显示器件有 LED 显示模块和 LCD 显示模块。3.5 按键模块三个控制按键用按钮开关来实现，如图 9 所示。 标“R”字母的按键用来使系统手动复位。标“S”字母的按键用来设定锅炉里水的温度，同时有取消报警3.6 电源模块本控制系统采用 5V 直流稳压电源供电，即 220V 电压经变压器降压，然后R S X +图 9 按键 示意图整流、滤波，最后经 7805 管稳压后给系统供电，从而实现弱电控制强电，如图 10所示。的功能。 标“+” 和“-”符号的按键分别用来增减设定温度值，步 进值为一摄氏度。标“-”符号的按 键还有恢复报警的功能。 不在设置功能时， “-”有手动与自动的切换功能。手动时，标“S”字母的按键还有加水的功能，标“+” 的按键有还热的功能。图 10 电源模块原理图4 系统的具体设计与实现单片机系统是整个开水房开水控制系统的核心，他既是整个系统工作的控制器，又是数据的处理器，具体电路如图 11(a)所示，其制板图如图 11(b)所示。4.1 温度控制模块DS18B20 有三脚 TO-92 封装和八脚 SOIC 封装两种，本设计所用的DS18B20 为 TO-92 封装。由于其输出是数字信号，且是 TTL 电平，因此，使用非常方便。 图 12 以 MCS51 系列单片机为例，画出了 DS18B20 与微处理器的典型连接。图12（a）中 DS18B20 采用寄生电源方式，其 VDD 和 GND 端均接地，图 12（b）中DS18B20 采用外接电源方式，其 VDD 端用 3V5.5V 电源供电。本设计采用寄生电源方式，由单片机的 P1.7 口与 DS18B20 组成温度检测系统，具体电路如图13 所示 5。4.2 水位控制模块发射、接收的具体电路如图 13 所示， R1、R2 均起降 压限流保护作用。四对高亮二极管和光敏三极管分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口， 实时对锅 炉里的水位进行检测。当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其 输出端口就向单片机输出低电平。由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水房控制系统就会自动 EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10U1AT89S8252jz12MC133p C233p10kR4C310uFR54.7KFWEISW-PBjian4 SW-PBjian3 SW-PBjian2 SW-PB12345swcgqCON6VCC123WDCGQCON3VCCVCC12DYYUANVCCD1D2D3R11kR21kR31kVCC123zx1234xs1 RXDTXDGNDVCCRXDTXD 1234xs2TXDVCCRXDGNDjian1 SW-PB图 11（a） 原理图 图 11(b) PCB 图报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系 统会自动关闭加水电磁阀，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此位置时，控制系统会自动接通加水电磁阀，开水加水；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，开水房控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水 电磁阀可能出故障。4.3 显示模块在单片机应用系统中，LED 显示模块显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小。可以提供单独锁存的 I/O 接口电路很多，串并转换电路 74LS164 最为常用。MCS-51 单片机串行口方式 1 为移位寄存器方式，外接三片 74LS164 作为三位 LED 显示器的静 态显示接口，把 AT89S8252 的 RXD 作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74LS164 为 TTL 单向位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中 A、B（第 1、2 脚）为串图 12 DS18B20 的典型连接R?4K7+5GND +5+5+5DS18B20upp1.0+5GNDupp1.0DS18B20行数据输入端，两个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。CLK（第 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD 端。每一个 时钟信号的上升沿加到 CLK 端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8 位二进制数全部移入 74LS164 中。（第 9 脚）为复位端，当 =0 时，移位寄存器各位复 0，只有当 =1 时，时钟脉冲才起作用。Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 并行输出端分别接 LED 显示模块的e、d、c、dp、b、a、f、g 各段对应的引脚上。三片 7LS164 首尾相串，而 时钟端则接在一起， 这样 ，当 输入 8 个脉冲时，从单片机 RXD 端输出的数据就进入到了第一片 74LS164 中了，而当第二个 8 个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片 74LS164，而新的数据 则进入了第一片74LS164，这样，当第三个 8 个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了第三片74LS164 中，其他数据依次出现在第一、二、三片 74LS164 中。在第一个脉冲到来时，除了第一片 74LS164 中接收数据外，其他两片也在接收数据，因为它们的时钟端都是被接在一起的，可是数据还没有送到其他各片呢，它们在接收什么数据呢？其实所谓数据不过是一种说法而已，实际就是电平的高低，当第一个脉冲到来时，第一片 164 固然是从单片机接收数据了，而其它各片也接到前一片的Q7 上，而 Q7 是一根电线，在数字 电路中它只可能有两种状 态：低电平或高电平，也就是“0”或“1”。所以它的下一片 74LS164 也相当于是在接收数据。只是接收的全部是 0 或 1 而已。显示电路由共阳数码管和 74LS164 组成 ，采用静态显示方式显示测量温度，具体电路如图 14 所示。图 13 水位信号采集电路A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U174ALS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U274ALS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U374ALS1641234xs1VCCa bfcg deDPY1 2 4 5 6 7 9c d e dp b a f10gdpvcc3vcc8DS1a bfcg deDPY1 2 4 5 6 7 9c d e dp b a f10gdpvcc3vcc8DS2a bfcg deDPY1 2 4 5 6 7 9c d e dp b a f10gdpvcc3vcc8DS3VCCVCCD1DIODED2DIODED3DIODE4.4 执行模块开水房控制系统执行机构通过继电器来控制加热电热丝和水泵来实现水位和水温的自动控制，具体电 路如图 15 所示。图 14(a) 原理图图 14(b) PCB 图5 软件设计5.1 系统总软件流程图系统软件流程图如图 16 所示。5.2 温度测量部分5.2.1 温度部分主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读 出并处理DS18B20 的测量温度值，温度 测量每 1S 进行一次。其程序流程图见图 17（附录一）。5.2.2 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的9 字节，在 读出时需进行CRC 校 验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 18 所示（附录一）。5.2.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程式序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750 ms，在本程序设计中采用 1S 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图 19 所示（附录一）。图 15 （a）执行部分原理图图 15(b) PCB 图R810k12345shuiwei12345wenduR1010kR910kLS1d1DIODED2DIODEd1NPN123shuiCON3123wendu1CON3GNDVCCQ2NPNQ3NPN12345J1CON5VCCGND5.3 显示部分单片机对三个数码管传送数据并进行显示，其软件流程图如图 20 所示（附录一）。程序初始化调温度转化子程序读存储温度数据调温度显示子程序调温度转化子程序调按键扫描子程序调水位检测子程序调扫警子程序调延时子程序图 16系统软件流程图6 结束语本文介绍了单片机在小型开水房系统中的应用，采用数字温度传感器和光敏三极管使系统硬件大为简化，系统动作准确，提高了资源的利用率，大有推广应用的价值。由于系统工作的场合不确定，干扰信号也不一样，在干扰较强时，系 统工作不够稳定，在以后的研究中 应从系统的抗干扰方面努力，使系统实现无人值守工作，也可以节约人力资源。谢辞在本系统设计过程中，要特别感谢指导老师刘法治在设计时耐心的指导并在系统整体设计方面给予的很多宝贵的意见和建议。另外，在设计过程中还得到了李国厚老师和邵锋老师以及其它同学的帮助，在此表示忠心的感谢。参考文献1 魏庆涛.单 片机在炉温控制中的应用J，现代电子技术， 2006，7， 119-1202 李小玲.传 感器与检测技术在机电一体化系统中的应用J .现代电子技术，2006，1，121-1223 金伟正.单线 数字温度传感器的原理及用M.电子工业出版社，20004 张洪润，张亚凡.传感技术与应用教程M.清华大学出版社， 20055 李光飞，楼然苗 .单片机课程设计实例指导M.北京航空航天大学出版社，20046 刘星平.基于 PLC 及其网络的智能炉温控制系统J.电气应用 ，2006.3 20-227 松井邦彦 日著，梁瑞林 译.传感器实用电路设计制作M .科学出版社，20058 李 明，徐向 东.用容错技术提高锅炉控制系统的可靠性J.清华大学学报，1999，(39)3，88-919 王永平，陈建华.基于 S7200PLC 的高性能电热锅炉控制系统J.仪表技术与传感器，2002，(3)26-2810 吴春旺，陈 霞.锅炉汽包水位调节控制系统设计J.电工技术，2006，3，71-7211 杨 智,明丽萍,吕雪艳.21 世纪燃气锅炉在中国的发展前景J.锅炉制造，2001，712 宋书中，葛 玻.通用型工业过程控制器及在温控中的应用J. 电气自动验化，2000，6， 34-36附录：中英文文献翻译名称可编程控制技术在船用锅炉控制系统中的应用附录一YNNY发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校验移入温度缓存器结束9 字节完？CRC 校验正确图 18 读出温度子程序流程图图 17 DS18B20 温度部分主程序流程图调用显示子程序YNYN初始化1S 到？初次上电？读出温度值温度计算处理显示资料刷新发温度转换开始命令发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令结束图 19温度转换命令子程序流程图读取 DS18B20采集的温度进行数码转换送至个位数码管 I/O 口送至十位数码管送至百位数码管调延时子程序图 20 数码管显示软件流程图P0.4 是否为“1”？是 是是 是是是否有报警？取消报警P0.5 是否为“1”？P0.6 是否为“1”？P0.7 是否为“1”？增加设定值 减小设定值手 动 自动切换是否否 否图 21 水位检测流程图附录二程序： S1OK EQU 5FHTEMPUTER EQU 39HTEMPH EQU 5EHTEMPL EQU 5DHMS50 EQU 5CHSIGN EQU 5BHS1 BIT P1.0S2 BIT P1.1S3 BIT P1.2S4 BIT P1.3ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP TOITORG 0030HMAIN: MOV SP, #60HMOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HSETB ET0SETB TR0SETB EAMOV TEMPH, #35MOV TEMPL, #25MOV TEMPUTER, #30 ;温度最始值MOV S1OK, #00HMOV SIGN, #00HMOV 38H, #00HMOV 37H, #00HMOV 36H, #00HACALL DISPACALL T1S; 主程序START:ACALL ZHIXINGJB S1, NET1ACALL T12MSJB S1, NET1JNB S1, $INC SIGNMOV A, SIGNCJNE A, #1, TIAOACALL TIAOTLTIAO:CJNE A, #2, NET1MOV SIGN, #0ACALL TIAOTH;*NET1: MOV A, S1OKCJNE A, #1, STARTMOV A, TEMPUTERCJNE A, TEMPH, N1 ;比较温度N1: JNC N2CJNE A, TEMPL, NN2NN2: JNC w1 ;*setb p2.1CLR P2.3 ;加温MOV A, TEMPLCLR CSUBB A, #5 ;报警下限CJNE A, TEMPUTER, WW1WW1: JC ALEM ; *CLR P2.1CLR P2.3SJMP W1;*N2: SETB P2.3SETB P2.1MOV A,TEMPHCLR CADD A,#5CJNE A,TEMPUTER ,WWW1WWW1: JNC ALEMCLR P2.1SJMP W1w1: ACALL WENDUACALL DISPMOV S1OK, #00HAJMP STARTALEM: SETB P2.1MOV 36H, #0AHMOV 37H, #0AHMOV 38H, #0AHACALL DISPACALL T12MSACALL T12MSACALL T12MSACALL T12MSACALL DISPLCALL WENDULCALL DIS