热水锅炉单片机温度控制系统_

1、 毕业设计（论文） 课题：热水锅炉单片机温度控 制系统 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导老师 二零一三年六月一日摘 要 本篇论文主要对热水锅炉单片机温度控制系统进行研究，该系统能对电热水锅炉的水温、水位等信息进行控制，解决了传统燃煤锅炉安全性低，污染严重，效益不高等问题，设计经济环保，可行性很大。该设计选用Atmel 公司生产的AT89S52单片机为主控芯片，锅炉单片机温度控制系统主要包括：锅炉水温采集、锅炉水位监测、水温及水位超限报警、键盘输入、温度显示以及单片机控制六个部分。在温度采集上选用高精度数字温度传感器DS18B20温度传感器监测锅炉的实时水温 ，同时采用了LCD160

2、2小液晶作为显示模块，亮度高，清晰度好，耗能低。另外系统还增加了水温、水位超限报警模块，增加了系统的安全性能。在软件设计上，本设计采用了模块化的编程思想，软件部分主要包括：主程序，键盘子程序，温度信号处理程序及液晶显示程序等，模块化的编程让程序思路清晰，易于调试。关键词：AT89S52 ，温度控制，DS18B20，LCD1602，热水锅炉I广西大学本科生毕业设计论文Abstract This paper take the SCM boiler temperature control system as a main research object, this system can to the

3、 Electric hot water boiler temperature and water level of the full automation control.It is Economic and environmental for it solved the shortage of traditianal hot water boiler,the main weaknesses of traditianal hot boiler are poor efficiency , Severe pollution and dangerous. This system take the A

4、T89S52 SCM as main control chip which is produced by the atmel company,the paper mainly including six parts: temperature detection part, water level detection part, water level control part, Water temperature and water level overrun alarm part,Keyboard input part,Temperature display part and MCU con

5、trol part. In this paper we use the high precision digital temperature transducer as temperature detector and at the same time we choose the LCD1602 as the temperature display part which have many advantages such as highlight,Low energy consumption and so on.bisides this system is more safety becaus

6、e of the additional Water temperature and water level overrun alarm part. In the software design sides,this system followed the thought of Modular programming, contains master program , Keyboard subprogram,temperature signal processing subprogram and so on.Modular programming made the program easy t

7、o debug and Clarity . Keywords: AT89S52，temperature control，DS18B20，LCD1602，hot water boiler 目录绪 论1第一章 系统总体硬件方案设计与论证21.1 温度采集传感器的选择21.2 显示器的选择31.3 单片机的选择31.4 水位检测装置的选择41.5 系统整体设计框图51.6 典型热水锅炉模型示意图6第二章 系统硬件电路设计72.1 AT89S52单片机介绍72.2 单片机最小系统介绍92.3 温度采集：DS18B20数字温度传感器112.4 水位检测采集电路142.5 温度显示电路152.6 系统温度

8、、水位控制电路182.7 水温、水位超限报警电路192.8 稳压电源部分212.9 按键设置部分电路22第三章 系统软件设计部分243.1 系统总体软件设计思路243.2 主流程图设计框图243.3 各子程序设计流程图26第四章 系统软硬件综合调试部分294.1系统硬件调试294.2系统软件调试304.3系统软硬件联合调试30第五章 结束语31参考文献32附录 A 系统原理图33附录B 系统原理图PCB34附录C 系统实物图35附录D 源程序清单37致谢47III绪 论随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，电子产品越来越普及，特别是节能、环保效率高、智能的电子产品越来越受到人们的喜爱

9、。传统的热水锅炉都使用烧煤的方法进行加热，这种采用烧煤的方式加热不但会产生大量的污染环境的废气，而且在加热时需要用专人进行燃料的添加，一旦加入燃料过多，水温会升的过快造成开锅，严重时甚至会造成锅炉爆炸等严重事故，对人身财产产生损害。传统的烧煤锅炉不仅热效率低下，安全性能低，而且污染环境严重。相反，电热水锅炉具有以下诸多优点：（1）无污染；（2）能量转化效率很高。电加热锅炉采用加热元件直接与水接触，加热时转换效率很高，能量转化率也很高，一般可达到95%以上；（3）锅炉本体结构十分简单，安全性能好；（4）体积小，重量轻，占地面积小；（5）锅炉启动、停止速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快；（6）

10、可采用计算机监控，能够完全实现自动化管理等优点。1.系统设计指标本系统要求设计一个以单片机为核心的热水锅炉单片机温度控制系统，该系统同时也能对电热水锅炉的水位进行控制，系统具体技术指标如下： 1.锅炉水温温度控制在0-85之间，能够进行连续可调，并且误差在±1之内，在温度高于设定温度上限时，系统能够发出指令启动风扇进行降温，温度低于设定温度下限时能够启动加热装置升温。 2.用LCD1602小液晶实时显示系统温度，用键盘输入锅炉温度的安全温度上下限范围； 3.水位控制保持在设定值以上，小于设定值开启补水泵，高于水位上限时，补水泵自动停止加水，同时在锅炉水位低于最低水位或者高于最高水位的

11、时候还能进行报警提醒系统可能出现故障。2. 本系统需要完成主要任务 详细分析课题任务，设计电源电路模块，键盘电路模块，单片机系统主控模块，液晶显示电路模块，执行器电路模块，声光报警电路模块等。然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并用proteus仿真软件进行调试，另外在时间、条件允许的话做好实物的制作与调试工作，完成整个系统的设计。第一章 系统总体硬件方案设计与论证1.1 温度采集传感器的选择1.1.1 采用传统模拟集成温度传感器传统集成传感器是用硅半导体工艺而制成的，因此又称为硅传感器或者是集成温度传感器，它是一个将温度传感器集成在单个芯片上、能够完成温度测量以及模拟

12、信号输出等功能的专用芯片。传统模拟集成温度传感器的主要特点是测温误差较小、功能较为单一、价格低廉等，比较适合长距离测温、控温，而且不需要非线性校准，外围电路结构简单。像AD590、LM35之类。但这些芯片的输出信号都是模拟信号，所以必须经过模数转换后才能送给单片机，使得温度测量装置的结构复杂。此外，此类测温装置的一根线上只能挂单个传感器，因而不能同时进行多点测量。即使能够实现，也需要用到复杂的算法，这样在一定程度上增加了软件的难度。1.1.2 采用智能数字温度传感器【1】智能数字温度传感器(亦称数字温度传感器)是计算机技术、微电子技术及自动测试技术的结晶。目前，已开发出一系列智能温度传感器产品

13、。智能温度传感器内部都包含信号处理器、A/D转换器、温度传感器、存储器及接口电路等。一些产品还自带中央控制器、多路选择器、RAM等。智能数字温度传感器的主要特点是能输出温度数据以及温度控制量，适配各种单片机. 代表产品有DS18B20,智能数字温度控制器配合运用各种微控制器,能够构成各种智能化温度控制系统；同时它们还可以脱离MCU单独工作,构成一个温控仪。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式智能数字温度传感器,具有3引脚TO92小体积封装形式;温度测量范围在55125之间,具有9位12位A/D转换精度,测温分辨率能达到0.0625,温度测量范围为 -55+125，在-10+85温度范围

14、内,其精度达0.5。DS18B20的精度误差为±0.2 。现场温度以“一线总线”的数字方式进行传输，这样大大提高了系统的抗干扰性能。由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一块芯片上，与单片机连接更为简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。1.2显示器的选择1.2.1 LED显示器采用传统的七段数码管LED显示器或者小型LED点阵显示屏。LED数码管显示器显示内容单一，功耗较大，而LED点阵显示屏近看点距很大，视觉效果非常不好，虽然LED显示屏的确实亮度高，维修成本低。综合利弊，LED显示器虽然价格便宜，但

15、在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。1.2.2 LCD液晶屏采用LCD1602液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。其优点主要为：1.显示质量高，色彩和亮度恒定发光，画质高且不会闪烁。2.数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。3.功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比数码管要小很多

16、，符合当前节能的宗旨。综上考虑，虽然LCD显示器的价格比数码管和点阵屏要贵，但它的室内显示效果好，显示内容丰富，是当今室内显示器的主流，所以选用LCD 作为显示器。1.3 单片机的选择1.3.1 采用凌阳单片机利用凌阳单片机有一定的好处，凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们并没有系统的学习过，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，而且其价格也要比AT89S52昂贵一些。1.3.2 采用AT89S52单片机在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其卓越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能，迅速占领了整个工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的

17、中流砥柱。51单片机的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，在测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。51单片机的典型代表是在20世纪80年代初因特尔公司研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机很快在我国得到广泛应用，成为电子系统中最普遍的选择，并在交通运输业、家用电器制造业、工业控制领域及仪器仪表等领域取得了丰硕的成果。许多厂家、电气公司竞相选用以MCS-51技术核心为主导的单片机，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS系列单片

18、机，同时增加了一些新的功能,故而在这里选用AT89S51系列单片机。1.4 水位检测装置的选择1.4.1 电容式液位测量装置 该装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。1.4.2 非接触式测量法非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。

19、特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染性强，易结晶的介质。1.4.3 电接点测量装置【2】 电接点水位计是根据汽和水的电导率不同测量水位的 ，其基本原理是在锅炉的不同位置分别放置几个电极，根据水的导电性与空气的不同来感应水位的高低，从而产生高低电平信号，进而控制单片机发出指令控制继电器分闭即控制水泵的开关达到调节水位高低的目的。综上所述，该系统并不需要准确的显示锅炉具体水位，因而不必要选择较为昂贵的超声波传感器，而电容式液位测量装置检测电路过于复杂，因而选择电接点测量法较为简便，成本较低，同时信号处理容易，能够达到系统监测锅炉水位的目的，故最终选择电接点法测水位。1.

20、5 系统整体设计框图 综合系统开题报告与调研，制定以下方案为锅炉系统的总体方框图如图1.1所示： 单 片 机 DS18B20键盘输入水位检测继电器 继电器显示电路报警电路 水 泵 加热器 图1.1 系统总体框图1.6 典型热水锅炉模型示意图第二章 系统硬件电路设计2.1 AT89S52单片机介绍AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。2.1.1 AT89S52主要功能列举 1.拥有8位CPU和在系统可编程Flash 2.内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 3. 8KB的内部程序存储器（ROM） 4.

21、 256字节的内部数据存储器（RAM） 5. 32 个独立可编程I/O口 6. 8 个中断向量源 7. 3个 十六位定时/计数器2.1.1 AT89S52主要引脚功能【3】 图2.1 AT89S52引脚图VCC：AT89S52电源正端，接+5V电压。VSS：电源地端，接地。XTAL1：该脚为系统时钟的反相放大器输入脚。XTAL2：该脚系统时钟的反相放大器输出脚，一般系统设计上在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体就可以正常动作了，另外需要在两引脚与地之间各加入20pF 左右的小电容，这样可以使整个系统更加稳定，很好的避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S52的重置引脚端，高

22、电平有效，对晶片重置的时候，只需要对此引脚电平提升至两个机器周期以上高电平，AT89S52便能完成各项系统重置动作，把内部特殊功能寄存器的内容设定成已知状态，并且把程序代码从地址0000H处开始读入并而执行程序。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）

23、及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以

24、推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括外部中断控制、串行通信、计时计数控制以及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入端。P3.1：TXD，串行通信输出端。P3.2：INT0，外部中断0输入口。P3.3：INT1，外部中断

25、1输入口。P3.4：T0，计时/计数器0输入。P3.5：T1，计时/计数器1输入。P3.6：WR：外部随机数据存储器写入信号。P3.7：RD，外部随机数据存储器读取信号。2.2单片机最小系统介绍单片机最小系统，指的是用最少的元件组成的能使单片机正常工作的系统，对本次设计使用单片机来说，最小系统包括：单片机，晶振电路以及复位电路。单片机最小系统原理图如图2.2所示。 图2.2 单片机最小系统原理图2.2.1 单片机内部时钟电路（振荡电路）【4】51单片机内部有一个用来构成振荡器的反相高增益放大器，引脚XTAL2和XTAL1分别是此放大器的输出端和输入端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体谐振器

26、或者陶瓷谐振器就能够构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲信号直接送入单片机内部的时钟电路。 外接晶振时，C1和C2的容值通常选择30pF左右，在设计PCB时，晶振和电容应尽可能安装在单片机芯片附近并且电容尽可能对称分布，以减少寄生电容的影响，保证振荡器能够稳定可靠地工作。C1和C2有微调频率作用，振荡频率范围在1.2MHz12MHz之间。 焊接晶振时需要注意：要尽量保证晶振焊脚与18、19脚的焊脚是最短且对称的，晶振的焊脚与30pF的电容位置也要求对称和最短的。因为在AT89S52最小系统中，最关键的就是要保证晶振能正常起振。偏差一点点就很容易不起振或者乱振。2.2.2 按键复位电路 复位是使

27、CPU和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种： 图2.3 上电复位和按键手动复位原理图2.3 温度采集：DS18B20数字温度传感器2.3.1 DS18B20简介【5】 本系统采用的是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测度数，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。该传感器不仅硬件接口简单而且价格低廉，灵敏度高，体积小，具有耐磨耐碰，使用方便等优点。 DS18B20特性如下：1.全数字温度转换及输出。2.先进的单总线数

28、据通信。3.最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。4.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。5.检测温度范围为55°C +125°C (67°F +257°F) 2.3.2 DS18B20外形及引脚说明 GND：地DQ：单线运用的数据输入/输出引脚VD：可选的电源引脚2.3.3 DS18B20接线原理图 图2.4 DS18B20接线原理图2.3.4 DS18B20时序图【6】初始化时序如下图： 图2.5 DS18B20初始化时序DS18B20读写时序：图2.6 DS18B20读写时序2.4 水位检测采集电路 水位检测电路的目的是产生有效的输入信号

29、，该系统的水位检测采集模块仿真时采用两个单刀双掷开关S0，S1分别模拟热水锅炉的低水位和高水位电极的状态，当水淹没水位电极的时候意味着开关接到高电平，当水脱离水位电极的时候意味着开关接到低电平。考虑到水位电极采集到的信号非常的微弱，故在实际电路设计过程中需要加入一个三极管作为信号放大电路，以便单片机能够准确的检测到水位的信号，防止水位误判。水位检测电路仿真原理图如下： 图2.7 水位检测电路仿真原理图 2.5 温度显示电路2.5.1 LCD1602接口电路 LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数

30、字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。由于本设计需要显示的内容不是很多，只要对温度进行实时显示即可，故选用LCD1602液晶屏进行显示。显示接口电路图如图2.2所示。 图2.8 显示接口电路图2.5.2 LCD1602简介【8】 LCD1602主要参数：液晶显示容量:16×2个字符芯片稳定工作电压:4.55.5V芯片工作电流:2.0mA(5.0V)液晶模块最佳工作电压:5.0V液晶字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm LCD1602主要管脚介绍： 1602采用标准16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地，接GND。第2脚

31、：VCC接5V即电源正极。第3脚：V0为液晶对比度调整控制端，接5V时对比度最弱，接GND时对比度最高（对比度太高时液晶会产生“鬼影”，真正使用时可以通过在电源与地之间一个10K的电位器调整液晶对比度）。第4脚：RS为寄存器选择端，低电平时选择指令寄存器、高电平时选择数据寄存器。第5脚：RW为读写信号端，低电平时执行写操作、高电平时执行读操作，。第6脚：E(或EN)端为使能端,高电平读取信息，负跳变执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端口。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 LCD1602显示地址表 1602显示地址表12345678910111213141

32、51600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH2.6 系统温度、水位控制电路2.6.1 锅炉温度控制部分电路 在热水锅炉温控部分，选用AT89S52单片机为中央处理器，通过DS18B20温度传感器进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，然后驱动固态继电器的通断，控制加热器的通断，实现对温度的控制。水温控制部分原理图如下： 图2.9 水温控制原理图 2.6.2 水位控制部分电路 本设计不仅能够实时检测监控热水锅炉的实时

33、水位，当锅炉水位偏高或者偏低的时候，系统还能够通过水位电极感应水位的变化继而通过三极管来控制继电器的通断，从而控制加水水泵的开启或者关闭。当水位偏低时，单片机发出指令通过控制单片机IO口电平的高低使继电器导通从而使加水水泵开启；当水位偏高时超过上限水位时，单片机通过控制继电器使水泵停止加水，从而使水位保持在安全水位之内。水位控制电路如下： 图2.10 水位控制电路2.7 水温、水位超限报警电路2.7.1 水温报警部分电路 本系统能够通过DS18B20进行实时温度检测，单片机通过将采集到的温度实时信号与温度设定的上下限进行比较。当温度探头检测到的温度高于最高温度或者低于最低温度时，单片机P2.7

34、口输出低电平，温度声光报警模块开始响应，提示温度超过上下限，温度声光报警电路如下： 图2.11 温度声光报警电路 2.7.2 水位报警部分电路 水位报警器是指通过机械式或磁感应的方法来进行水位的报警，可以声光报警器等或者磁性报警同时控制水泵等设备的启动或停止，方法有多种，根据选用不同的产品而不同。1.过电极式水位开关进行报警电极式水位开关原理是运用电子探头检测水位，再由专用水位检测芯片对检测到的微弱电信号进行处理,当被测液体水位到达动作点时，电子探头输出高或低电平信号，配合运用水位控制器，使继电器输出开关信号,或者直接供电给报警器报警，实现对液位的报警功能。电极式水位开关不需浮球和干簧管,外部

35、无机械动作,耐污耐用,而且不怕漂浮物影响，能够任意角度安装,竖向安装有一定的防波浪功能,这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。它有两种报警方式:超低水位报警和超高水位报警。2.通过浮球开关进行水位报警。 这种浮球有塑料/不锈钢，通过内部带有环形磁铁浮球随时水位的上下浮动来吸引杆子内部带有干簧管的磁簧开关，发出开关报警信号，可耐高温、耐酸碱腐蚀、广泛应用到水处理、化工、家用电器、机器设备、电子行业。本系统最终选择了电极式水位开关进行报警，水位报警部分电路如下： 图2.12 水位报警部分电路2.8 稳压电源部分考虑到不管是单片机正常运作所需电压，还是系统的大部分硬件工作电压都为+5伏，故选用+5伏稳

36、压电源作为系统的供电电源。所以我们采用7805做稳压器，使用简单的5V稳压电路连接，稳压电源部分原理图如下： 图2.13 稳压电源部分原理图该稳压电源为最常用的稳压电源，其中D1为二极管IN4007，作为保护二极管使用，当输入电源反接时，可以阻止反向电源的输入，达到保护电源电路的目的，电容C1C4为滤波电容，使输入电源更加稳定，LM7805为稳压芯片，能将输入的适配器直流电源稳压为5V直流电源输出，该芯片为线性稳压芯片，可以在输入928V直流电压的情况下稳定出5V直流电，当电压过大时需要为LM7805加上散热片。开关S1为电源总开关，D7为电源指示灯，J1为电源适配器接口。应该选择输出电压为8

37、-20V之间的电源适配器。在8V以上，不要大于20V，小于8V可能输出小于5V，不稳定。大于20V，7805发热量大，容易烧。因此9V到12V的电源适配器最为合适，既能保证能够输出稳定的5V电源，也能使稳压管不至于因为过度发热而烧坏。2.9 按键设置部分电路 日常生活中我们常用的键盘部分一般分为两种类型：独立式按键键盘与行列式按键键盘；像我们常用的电脑键盘、家用计算器键盘都属于行列式键盘，行列式键盘的主要优点就是占用单片机的I/O口较少，而且连接电路简单；而独立式按键每一个按键需要占用一个独立的I/O口，常常使用于按键较少的硬件电路中， 行列式（也称矩阵式）键盘通常运用在按键数目多的场合，它由

38、行扫描控制线和列扫描控制线组成，按键位于行、列的交叉点上，很明显，在按键数目较多的场合，行列键盘要比独立键盘节省很多的I/O口线。由于本系统所需要的按键并不是很多，只需要对温度上下限进行设置而已。只要三个按键即可达到预期效果，其中一个按键用于进入温度设置界面，另外两个按键分别用于温度加和温度减，当一次按下S2按键时默认进入温度上限设置，连续两次按下S2时进入温度下限设置，第三次按下S2时恢复正常的温度显示界面。综上所述，我们选用三个独立按键即可实现热水锅炉的按键设定上下限功能了。按键部分电路原理图如下： 图2.14 按键部分电路原理图 第三章 系统软件设计部分3.1 系统总体软件设计思路 软件

39、设计部分主要是根据系统硬件设计程序，实际上就是对系统的管理程序和控制程序进行设计。考虑到整个系统软件设计比较繁杂，为了编写、调试、修改和增删的方便，系统软件的遵循了采用模块化的编程思想，即将整个控制软件划分成多个独立的小模块，这样的设计思想便于程序的调试，增加了程序的可读性降低了难度，同时便于软件的维护工作。本软件设计部分使用的编程语言为C语言，该语言比汇编语言在运算上要简单，而且可移植性强，缺点是程序运行的效率没有汇编高，软件开发环境为Keil uVision4，该软件为单片机使用的编程软件，其功能十分强大，操作界面相对简单，在经过编写、修改编译通过后最终运用仿真软件Proteus进行了整体

40、仿真测试，系统的基本功能都能正常实现。3.2 主流程图设计框图 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。本锅炉温度控制系统程序设计主流程图下图所示： 图3.1 设计主流程图 3.3 各子程序设计流程图3.3.1 液晶显示模块流程图如下 开始 LCD初始化 LCD是否忙单片机向LCD写命令单片机向LCD写数据 显示数据 结束否是图3.2 液晶显示模块流程图 3.3.2 读温度值模块流程图DS18B20初始化延时启动温度转换开始跳过读序列号DS18B20初始化跳过读序列号数据转换处理读取温

41、度值高低位返回图3.3 读温度值模块流程图 3.3.3 判断模块流程图判断模块程序主要完成对热水锅炉的水位与温度进行报警与调节的控制，其中水温其报警的方式为声光报警，水位报警方式为灯光报警，水位高于高水位时候红灯亮，水位低于低水位的时候绿灯亮。在水温超过设定温度的上限时，系统通过继电器控制降温风扇启动。同理，当锅炉水温低于设定的温度下限的时候，会时加热器启动开始加热升温。水位的控制主要是通过控制加水水泵的通断进行调控的，水位超过设定上限停止加水，水位低于设定水位下限时水泵开启加水。其流程图如图3.4所示。否N是否超出水位上限红灯熄灭水泵停止红灯亮是否低于水位上限绿灯熄灭水泵开启绿灯亮风扇开启停

42、止声光报警是Y否低于温度下限停止声光报警加热开启声光报警超出温度上限开 始声光报警返 回图3.4 判断模块流程图是3.3.4 键盘温度设定模块流程图此模块跟判断模块流程图类似，需要接受按键输入，分别调节温度值上下限等功能，键盘温度设定块流程图如下：延时消抖温度超出设定值了吗？声光报警开始显示设定温度值否加键按下吗？是功能键按下？是确认按下吗？否否是延时消抖是返回判断退出界面？否取消报警否是上调设定值确认按下吗？减键按下吗？否否是延时消抖确认按下吗？否下调设定值是 是第四章 系统软硬件综合调试部分任何单片机设计系统开发过程，都少不了一个重要的调试过程，通常系统的调试过程占整个系统开发过程的三分之

43、二以上，足见调试过程的重要性与困难。系统调试通常包括硬件调试、软件调试及软硬件联合调试，这是系统设计的是一个很重要的步骤。但是硬件调试过程和软件调试过程并不能完全独立分开，因为许多硬件错误都是在软件调试过程中被发现和改正的。系统调试的一般方法是先排除明显的硬件错误，再进行软硬件结合起来综合联调。首先应该对电路按模块调试，各模块逐个调试成功后再进行联合调试。4.1 系统硬件调试 系统硬件调试是整个系统调试的基础也是最重要的部分，只有在系统硬件调试通过排除硬件错误后才能进行后续的联合调试，硬件调试过程是个繁杂的过程，因而必须有一个清晰且明确的调试思路才能有效的发现硬件错误并加以纠正。硬件调试的主要

44、方法有以下几种：4.1.1 排除系统的逻辑故障这类系统故障往往是由于在设计和加工PCB板的过程中工艺性错误所造成的。主要故障包括错线、开路、短路灯。排除此类故障的的方法是首先将加工的电路板与原理图认真对照，看走线是否与原理图一致。特别要注意的是电源系统的检查，以防止电源与地短路和电源正负极性反接等故障，必要时可以利用数字万用表的短路测试功能，该功能能够有效的检测出线路的开路，短路，元器件的虚焊等问题，可以有效地缩短排错时间，因而加快效率。4.1.2 排除元器件失效故障造成元器件失效故障的原因主要有两个：一个是元器件买回来的时候就已坏了；其次由于安装错误或者由于焊接温度过高，造成器件烧坏。可以通

45、过检查元器件与设计要求的型号和安装是否一致，特别是对于一些元件封装不确定的元件一定要勤于查询此类元器件的PDF资料，确保所画元件封装与实物的管脚是一致的，否则极易造成元器件烧坏的现象发生。在确保安装无误后，用元件替换的方法排除此类错误。4.2系统软件调试本设计的软件部分比较繁琐，在编写程序的过程中采用了模块化的方法进行程序编写，因而要对各个子程序分别进行调试。在调试子程序过程中,一定要符合入口和出口条件,调试方法手段可以选择单步运行方式和断点运行方式,通过检查系统的CPU现场、 RAM的内容情况及IO口的输出状态,检测程序运行结果是否与设计要求相符合。通过调试检查，可以发现程序中的死循环、机器

46、码错误以及转移地址的错误。同时,还可以发现系统中存在的硬件故障、算法错误和硬件错误等，在软件调试过程中不断调整用户系统的软件和硬件设计，从而完成每个程序模块的调试。4.3系统软硬件联合调试在完成硬件调试和软件调试后，另外一个重要的步骤就是软硬件联合调试。经过软件、硬件调试后，系统的一些明显故障已被排除，但这并不能保证整个系统在运行中就能够正常运行，实现预期的功能，所以软硬件联合调试是非常重要的，需要十分丰富的调试经验，要根据系统的运行结果，能够找出故障部位，这样才能保证我们调试的准确性。本次设计所运用的下载烧录软件是STC-ISP-V4.80(串口)下载器，任何一个系统的最终得以批量生产都离不

47、开反复无数次的调试的结果。第五章 结束语 在该毕业设计中，重难点在于DS18B20的使用，即对它的时序控制、初始化以及字节读写方法，任何一个环节出错或是时序控制不到位的话就不能得到正确的数据。但是只要学会了其正确的使用方法，它带来的便利是热电偶不能比拟的，DS18B20不仅有更高的精度而且不需要A/D转换模块，因而可以简化系统的硬件电路。 在硬件设计中让我懂得了许多，理论上的可行的方案做成实物时也会出现许许多多的问题，如在这次设计过程中，PCB制作过程中由于制板设备的限制导致了电路板上有一些细微的开路，肉眼几乎不能看得出来，所以手边准备一个万用表是非常必要的，用万用表的短路档可以非常便捷的测出

48、线路的短路与开路。另外由于焊接技术的限制就出现了几次虚焊，而造成了整块板不工作，同时对于那种不是很确定的元件封装，一定要自己亲自用万用表测量其封装管脚然后自己画封装，在这次课程设计中就出现了由于开关封装错误而导致开关不能起作用的情况，通过这次课程设计，让我对硬件设计过程中从画好PCB到印制、腐蚀电路板到最终焊接、调试硬件电路的流程有了更深的了解，对单片机系统的硬件调试方法有了更深的掌握。软件设计中，把程序按功能分模块的话能提高编程效率，把问题一一解决，同时画流程图能帮助理清思路，使问题简单化。写程序的时候添加注释确是非常必要的，不然隔一段时间后，想要再改进的话就比较困难了，因为即使是自己写的程

49、序也变得很难读了。在做键盘消抖时，延时的时间比较重要，一般为10ms左右比较好，延时太短的话会导致按键太过灵敏，按一下就使数字跳变几次；而延时过长的话则可能使按键按下了却没有响应，在外部定义初始化一个延时函数的入口参量能很方便地调整延时时间，以达到比较好的延时效果。总的来说，自己从这次独立设计中收获了许多知识与经验，经过许许多多日日夜夜的调试，当看到自己做出的实物时难免让我欣喜万分，虽然这个并不是一个十分难的课题，但是那种为了成功毕业设计而熬夜调试的经历将会成为我人生当中的一大财富。 参考文献1 沙占友. 智能化传感器原理与应用M. 北 京：电子工业出版社，2004.2 阎石.数字电子技术基础

50、M.北京：高等教育出版社.1998.P49-P51.3 于军，隋韧锋.基于单片机STC89C52温度控制系统的设计J.吉林化工学院学报，2012（11）第29卷，第11期.4李朝青.单片机原理与接口技术M.北京：北京航天航空大学出版社, 2005.5 陶冶，袁永超，罗平.基于DS18B20的单片机温度测量系统J.农机化研究，2007（10）第10期.6 张军.智能温度传感器DS18B20及其应用J.仪表技术，2010（04）.7 于海生.微型计算机控制技术M.清华大学出版社.1999.84-86.8 赵亮.跟我学51单片机（七）LCD1602液晶显示模块J.电子制作.2011（07）.9 彭伟

51、.单片机C语言程序设计100例M.北京：电子工业出版社，2009.610 周月霞，孙传友.DS18B20的硬件连接及软件编程J.传感器世界.2001（12）11附录D 源程序清单#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define LCD_DATA P0#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit buzzer = P27;sbit hot = P26;sbit cold = P25;sbit gaoshuiwei =P10;sbit dishuiwei =P11;sbit mada =P35;sbit lvdeng= P24;sbit landeng = P23;sbit k1=P12;sbit k2=P14;sbit k3=P16;sbit RS