基于单片机的电锅炉温度控制系统

1、 编号： 毕业论文(设计)题 目 基于单片机的电锅炉温度控制系统指导教师 唐艳 学生姓名 孙晓宁 学 号 200701702019 专 业 自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二O一一年五月五日德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2011年 02月 20日院（系）机电工程系专业自动化姓 名孙晓宁学号200701702019论文（设计）题目基于单片机的电锅炉温度控制系统一、选题目的和意义在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控

2、制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有非线性、大惯性、大延迟的特点。目前国内电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性、稳定性具有重要的意义。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势近年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象

3、控制中一种重要的参数，特别是在冶金、化工、机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，选用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。 单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中

4、成为必不可少的器件。三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。针对目前国内电热锅炉控制所采用的开关式控制或人工控制而导致系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差，对电网冲击大，系统经济效益低，锅炉的使用年限低等一系列问题，设计出以AT89C51单片机为核心控制部件的电锅炉温度控制系统。电锅炉温度控制为闭环工作状态，通过分析电锅炉供暖系统对控制器的要求，对电锅炉总体方案设计如图1所示。系统以AT89C51单片机为控制中心，设了水温检测、水位检测，水温显示、水位指示，键盘电路、水泵和加热器控制、故障报警模块。本系统能够实时检测锅炉水温、水

5、位，水温检测用DS18B20传感器，水位检测利用常用的浮漂式开关，水温通过数码管显示，水位由LED灯指示，当水温超过或低于设定的温度时，驱动加热器动作；当水位达到水位上限或下限时，驱动水泵动作。系统设置了按键电路，可对锅炉初始温度进行设定。另外，系统设置了故障检测与报警电路，当系统出现故障时，发出声音报警。电锅炉水位检测水泵加热器水温检测继电器光耦单片机控制中心水温显示键盘故障报警水位指示图1系统结构框图四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。2010年12月212011年2月5号：查阅各种资料，课本等；2011年2月62月16：完成论文开题报告；2011年2月173月20：完

6、成中期检查表；2011年3月214月20：完成论文初稿；2011年4月215月1：完成论文终稿；2011年5月2以后开始准备论文答辩。五、主要参考文献（只列出最重要的56种）1 张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2004.12-67.2 孙新国.电加热常压热水锅炉及其设计J.工业锅炉，2000.62-24.3 蒋智翔，杨小昭.一种新型的电储热系统-自储能电锅炉介绍C.2004：机械工业出版社，20035 胡烨等编P：机械工业出版社，20056 赵亮，侯国锐编.单片机C语言编程与实例M.北京：人民教育出社，.指导教师意见及建议： 签名： 年月日教学单位领导小组审批意见：组长签名：

7、 年月日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业：自动化 2011年 04月10日毕业论文题目：基于单片机的电锅炉温度控制系统学生姓名孙晓宁学 号200701702019指导教师 唐艳职 称教授计划完成时间： 2011年04月30日毕业论文（设计）的进度计划：2010年12月212011年2月5号：查阅各种资料，课本等；2011年2月62月16：完成论文开题报告；2011年2月173月20：完成中期检查表；2011年3月214月20：完成论文初稿；2011年4月215月1：完成论文终稿；2011年5月2以后开始准备论文答辩。完成情况：到目前为止，已经完成论文的初稿，并已交于

8、老师审阅。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日备 注：目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc293564554 1 引言 PAGEREF _Toc293564554 h 1 HYPERLINK l _Toc293564555 1.1 选题的目的和意义 PAGEREF _Toc293564555 h 1 HYPERLINK l _Toc293564556 1.2 国内外研究现状和发展趋势 PAGEREF _Toc293564556 h 1 HYPERLINK l _Toc293564557 2 系统硬件设计 PAGEREF

9、 _Toc293564557 h 2 HYPERLINK l _Toc293564558 2.1 系统方案设计 PAGEREF _Toc293564558 h 2 HYPERLINK l _Toc293564559 2.2 控制中心 PAGEREF _Toc293564559 h 3 HYPERLINK l _Toc293564560 水温检测 PAGEREF _Toc293564560 h 3 HYPERLINK l _Toc293564561 水位检测 PAGEREF _Toc293564561 h 7 HYPERLINK l _Toc293564562 键盘电路 PAGEREF _Toc

10、293564562 h 7 HYPERLINK l _Toc293564563 水温显示 PAGEREF _Toc293564563 h 8 HYPERLINK l _Toc293564564 水位指示 PAGEREF _Toc293564564 h 11 HYPERLINK l _Toc293564565 故障报警 PAGEREF _Toc293564565 h 11 HYPERLINK l _Toc293564566 2.9 水泵与加热器控制 PAGEREF _Toc293564566 h 12 HYPERLINK l _Toc293564567 3系统软件设计 PAGEREF _Toc2

11、93564567 h 13 HYPERLINK l _Toc293564568 软件设计方案 PAGEREF _Toc293564568 h 13 HYPERLINK l _Toc293564569 3.2 程序流程图 PAGEREF _Toc293564569 h 14 HYPERLINK l _Toc293564570 4 总结 PAGEREF _Toc293564570 h 15 HYPERLINK l _Toc293564571 参考文献 PAGEREF _Toc293564571 h 16 HYPERLINK l _Toc293564572 谢 辞 PAGEREF _Toc29356

12、4572 h 17 HYPERLINK l _Toc293564573 附录1 系统电路图 PAGEREF _Toc293564573 h 18 HYPERLINK l _Toc293564574 附录2 系统C程序 PAGEREF _Toc293564574 h 19基于单片机的电锅炉温度控制系统孙晓宁（德州学院机电系，山东德州 253023）摘 要：针对目前国内电热锅炉控制所采用的开关式控制或人工控制而导致系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差，对电网冲击大，系统经济效益低，锅炉的使用年限低等一系列问题，设计出设计出基于AT89C51单片机的电锅炉温度控制系统。本系统

13、能够实时检测锅炉水温、水位，水温检测用DS18B20传感器，水位检测利用常用的浮漂式开关，水温通过数码管显示，水位由LED灯指示，当水温超过或低于设定的温度时，驱动加热器动作；当水位达到水位上限或下限时，驱动水泵动作。系统设置了按键电路，可对锅炉初始温度进行设定。另外，系统设置了故障检测与报警电路，当系统出现故障时，发出声音报警。关键词：锅炉；温度控制；水位控制；故障报警；单片机1 引言1.1 选题的目的和意义 在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，

14、满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要研究电锅炉温度控制的方法。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置，具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比，还具有投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有非线性、大惯性、大延迟的特点。目前国内电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，

15、实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性、稳定性具有重要的意义。1.2 国内外研究现状和发展趋势近年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是在冶金、化工、机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类及原理不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油电等。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，选用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各

16、种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。 随着单片机性能的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件。2 系统硬件设计2.1 系统方案设计2.11 系统概要针对目前国内电热锅炉控制所采用的开关式控制或人工控制而导致系统稳定性不好，超调量大，同时对

17、外界环境变化响应慢，实时性差，对电网冲击大，系统经济效益低，锅炉的使用年限低等一系列问题，设计出以AT89C51单片机为核心控制部件的电锅炉温度控制系统。电锅炉温度控制为闭环工作状态，通过分析电锅炉供暖系统对控制器的要求，对电锅炉总体方案设计如图1所示。系统以AT89C51单片机为控制中心，设了水温检测、水位检测，水温显示、水位指示，键盘电路、水泵和加热器控制、故障报警模块。本系统能够实时检测锅炉水温、水位，水温检测用DS18B20传感器，水位检测利用常用的浮漂式开关，水温通过数码管显示，水位由LED灯指示，当水温超过或低于设定的温度时，驱动加热器动作；当水位达到水位上限或下限时，驱动水泵动作

18、。系统设置了按键电路，可对锅炉初始温度进行设定。另外，系统设置了故障检测与报警电路，当系统出现故障时，发出声音报警。2 系统框图电锅炉水位检测水泵加热器水温检测继电器光耦单片机控制中心水温显示键盘故障报警水位指示图1 系统结构框图 控制中心 AT89C51单片机本设计本着实用性和适用性的要求，选择AT89C51单片机作为控制中心。（1）AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的具有低电压，高性能CMOS 的8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单

19、个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51内部有128*8位内部RAM，两个16位定时器/计数器，5个中断源，32可编程I/O线及串行通道。AT89C51有片内振荡器和时钟电路，具有低功耗的闲置和掉电模式，在空闲方式下，CPU停止工作，但允许内部RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，能保存RAM的内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件工作。还具有三级程序存储器锁定，全静态工作频率0Hz-24Hz，数据保留时间可长达10年。（2）管脚说明图2 AT89C51引脚图各引脚功能说明如下：VC

20、C： 电源；GND： 地；P0 口：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在对Flash编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2 口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收

21、或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在对Flash编程和程序校难期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表1所示。表1 AT89C51引脚第二功能引脚号第二功能RXD（串行输入）T

22、XD（串行输出）INT0（外部中断0）INT0（外部中断0）T0（定时器0外部输入）T1（定时器1外部输入）WR（外部数据存储器写选通）RD（外部数据存储器读选通）RST： 复位输入，晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S51/

23、LV51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/VPP：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存端的状态。当端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把

24、此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 单片机最小系统（1）复位电路设计复位使单片机处于起始状态，并从该起始状态开始运行。AT89C51的RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期以上高电平，则可使单片机复位。由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。为了便于本设计运行调试，复位电路采用按键复位方式。按键复位电路如图3所示。图3 复位电路（2）时钟电路设计时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。AT89C51内部

25、有一个反相振荡放大器，XTAL1和 XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。本设计采用的晶振频率为12MHZ。其时钟电路如图4所示。图4 时钟电路（3）单片机最小系统复位电路时钟电路 RST Vcc GNDXTAL1XTAL2AT89C51电源电路图5 AT89C51最小工作系统 系统电源 电源电路负责提供5V、+12V直流电源，主要用到了集成稳压块7805和7812。设计电源电路如图 所示图6 系统电源电路图检测DS18B20是一种单端通信的数字式温度传感器，这就大大减小了温度测量电路的复杂程度，我们将单片机的一条I/O分配给温度传感器，即可完成温度采集的的硬件需求。单片机通过对温

26、度传感器的初始化，发出温度转换命令，写入和读出数据的命令来实现温度值的测量。而模拟式的温度传感器由于数据采集部分需要A/D转换，还需要设计相应的放大电路，电路设计较为复杂，并且在可靠性和抗干扰能力上都不如数字式温度传感器，所以最终选择数字式传感器DS18B20进行温度测量。2 DS18B20传感器 （1）DS18B20的测温原理DS18B20测温原理如图7所示：图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系

27、数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中。图7 DS18B20测温原理图（2）DS18B20的引脚功能图8 底视图引脚功能如下表所示： 表2 DS18B20的引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND接地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地，也可以向器件提供电源（3）分辨率R1和R0决定温度转换的精度位数，用来设置分辨率如表3所示，默认为12位，分辨率为。6，7，8字节保留未用

28、，为全逻辑1，第9字节是冗余检验字节。表3 配置存储器与分辨率关系R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/ms009011010113751112750温度算法(分辨率为)： (1)当SSSSS=11111b，D=-1;当SSSSS=00000b，D=1； (2)当D=1时，温度值T=(高字节256+低字节)； (3)当D=-1时，温度值T=-(256-高字节)256-低字节。（4）DS18B20的工作时序DS18B20的工作时序主要包括：初始化时序、写时序、读时序。a.初始化时序 初始化时序见图9主机总线在t0时刻发送一个最短为480s的低电平复位脉冲信号，接着在t1时刻释放总线并进入接收

29、状态，DSl8B20在检测到总线的上升沿之后，等待15s60s，接着在t2时刻发出低脉冲(60s240s)，如图中虚线所示，18B20响应之后又恢复为高电平，t2t4称为18B20的响应时间，最少为480s。图9 初始化时序b.写时序 当主机总线t0时刻从高拉至低电平时，就产生写时序，见图10，从t0时刻开始15s之内应将所需写的位送到总线上，DSl8B20在t0后15s60s间对总线采样。若为低电平，写入的位是0；若为高电平，写入的位是1。连续写2位间的时序应大于1s。图10 写时序c.读时序 见图11主机总线t0时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平1s之后在t1时刻将总线拉高，产生读时序

30、，读时序在t1时刻后t2时刻前有效。t2距t0为15s，也就是说，t2时刻前主机必须完成读位，并在t0后的60s120s内释放总线。图11 读时序（5）温度采集过程DS18B20初始化发跳过ROM命令发DS18B20温度转换命令DS18B20初始化结束发跳过ROM命令发读取温度命令 图12 温度采集过程图2.33 水温检测电路根据DS18B20的特性，本设计中测温应用电路如下：图13 水温检测电路水位检测锅炉的水位也是控制器控制的重点，尤其是当锅炉缺水时，若不及时切断电源，会损坏加热器甚至发生事故。本系统选用浮球式开关作为水位检测，检测电路如下：图14 水位检测电路当锅炉内水位高于水位上限或低

31、于水位下限时，检测电路动作，将信号传给单片机处理。经单片机处理后控制水泵的开启或关闭。键盘电路键盘的工作方式有：查询方式（编程扫描，定时扫描方式）、中断扫描方式。独立式按键接口就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。优点就是电路配置灵活，软件结构简单；缺点就是每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。本设计中由于所用键盘不多，所以采用独立式键盘就能够满足设计要求。本设计采

32、用了软件去抖动的方法。设计中设置了水温调整，能够通过按键实现温度的设定。连接方法如下，减温键、加温键、显示设定温度键分别接单片机P2.3、 P2.2、 P3.2。当按下S3时，进入温度设定，便可进行温度值的设定。图15 键盘控制电路水温显示1 LED数码管单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD。前者价廉，配置灵活，与单片机接口方便；后者可进行图形显示，但接口复杂，成本较高。结合本设计的特点，在这里系统的显示采用发光二极管作为显示器件。LED显示器有共阴极和共阳极两种，如图16所示。发光二极管的阳极连在一起称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极

33、显示器。一位显示器由八个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字形“8”的各个笔划（段）a-g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压是，该段笔划即点亮；不加电压则该段二极管不亮。图16 数码管如果要显示某个字形，则应使此字形的相应段点亮，也即送一个不同的电平组合代表的数据来控制LED的显示字形，此数据称为字符的段码。如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。可求得数码管字型编码如表4所示。表4 共阴极数码管编码符号编码符号编码03FH87FH106H96FH25BHA77H34FHB7CH466HC39H56DHD5EH67DHE79H

34、707HF71H2 74HC573锁存器74HC573为高性能硅门 CMOS器，器件的输入是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，能和 LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。 （1）主要特性 a.输出能直接接到CMOS，NMOS和 TTL接口上 b.操作电压范围：2.0V6.0V c.低输入电流：1.0uA d.CMOS器件的高噪声抵抗特性（2）管脚说明图17 74HC573引脚图Vcc：电源正；GND：接地；D0D7：数据输入；Q0Q7：数据输出；：输出使能，低电平有效；LE

35、：锁存控制端，LE为高电平时，Q端数据随D端数据变化，而当LE为低电平时，Q端数据将保持LE端变化为低电平之前的数据状态。（3）功能表表5 74HC573功能表输入 输出LEDQLHHHLHLLLLX不变HXXZ注：X：不用关心；Z：高阻抗。3 水温显示电路连接本设计中，选用3位数码管显示温度。采用的是数码管动态显示的方式，即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼的视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时显示。具体连接方法如下：（）使能端直接接地，LE（C）锁存控制端接DULA（P2.7），数码管LED1、LED2、LED3的位选端分别接单片机的WE1（）、WE2（）

36、、WE3（），电路图如下：图18 水温显示电路连接水位指示 本系统中设计了高水位、低水位和正常水位指示功能。当锅炉内水位达到水位上限时，高水位LED灯亮；当水位达到下限时，低水位LED灯亮；当水位处于正常范围时，正常水位指示LED灯亮。具体连接如下：高水位LED接单片机的P1.2，低水位LED接P1.1，正常水位LED接P1.0。图19 水位指示电路故障报警本系统中设计了故障报警电路，当系统出现故障时，单片机控制蜂鸣器进行报警，指示工作人员进行系统维护。电路连接如下，蜂鸣器控制端接单片机的FM（）。图20 故障报警2.9 水泵与加热器控制2.91 光耦耦合器亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电源

37、电路中常用的器件。耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离

38、元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 2.92 继电器 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1437546.htm t _blank 电磁式继电器一般由铁芯、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/344256.htm t _blank 线圈、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1115167.htm t _blank 衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在 HYPERLINK :/

39、baike.baidu /view/132529.htm t _blank 电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（ HYPERLINK :/baike.baidu /view/2098799.htm t _blank 常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（ HYPERLINK :/baike.baidu /view/2098800.htm t _blank 常闭触点）释放。这样吸合、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/22211.htm t _blank

40、 释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分： HYPERLINK :/baike.baidu /view/2228371.htm t _blank 继电器线圈未通电时处于断开 HYPERLINK :/baike.baidu /view/705553.htm t _blank 状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。2.93 水泵与加热器控制电路在本设计中，用来为锅炉供水。加热器的作用是加热锅炉内的水。由于开关量信号易受脉冲干扰，同时考虑到水泵和加热器的工作电压是交流220V，因此采用光电隔离，然后使继电器动作，由继

41、电器驱动电磁阀和喷淋泵工作。控制水泵；P1.6控制加热器。图21 水泵驱动电路图22 加热器驱动电路3系统软件设计系统软件在程序设计时采用了模块化设计方法，将控制器所要完成的功能分别编写和调试，所有模块调试成功以后，将各个模块连接，构成单片机软件系统。整个系统由 3 部分组成：系统主程序、各功能子程序、中断程序。系统主程序负责任务调度，子程序实现系统各个子功能，中断程序负责处理系统的中断事件。主程序流程图如图23 所示。主程序在完成系统初始化后，顺序执行各子模块程序，而中断发生时，系统执行中断服务程序，处理完毕后程序回到中断发生前的状态，主程序继续执行。系统上电或复位后，进入控制系统主程序。主

42、程序是软件设计的中枢环节，是整个程序架构的关键所在，从中也体现了程序设计模块化的思想。在主程序中完成系统的初始化、按键处理、显示处理、运行状态分析、控制算法处理等功能。 程序流程图系统初始化开始是否有故障?报警水位是否低?水泵进水YNNY有键按下?温度设定子程序YN温度采集子程序水位检测水位指示温度显示水温低于设定?加热器加热YN返回停止加热停止进水N图23 程序流程图4 总结本文根据电锅炉对控制系统的要求研制了以AT89C51单片机为核心部件的电锅炉温度控制系统，实现了温度和液位的采集、显示与控制，温度设置、故障报警等各种功能。在进行硬件电路设计的同时，设计了相应软件。该电锅炉温度控制系统达

43、到了调节时间短、稳态误差小等预期要求。解决了目前国内电热锅炉控制所采用的开关式控制或人工控制而导致的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差，对电网冲击大，系统经济效益低，锅炉的使用年限低等一系列问题。本系统可以再做适当的改进，使系统的功能更加完善，性能更高，使用更加方便，可以增加锅炉内气压和水压的检测和实时显示，另外考虑到温度控制器工作环境潮湿，为了保证使用者安全，应增加漏电检测功能。参考文献1 张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2004.137-156.2 赵佩华.单片机接口技术及应用M.北京：机械工业出版社，2002.120-193.3 胡烨Prote

44、l 99 SE原理图与PCB设计教程M.北京：机械工业出版社，2005.10-50.4 何立民.单片机实验与实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.13-30.5 戴佳，苗龙，：中国电力出版社，2005.2-36.6 M.北京:科学出版社,2004.51-62.7 常健生.检测与转换技术M.北京:机械工业出版社,2003.21-48.8 王忠飞,胥芳.MCS-51 单片机原理及嵌入式系统应用M.第4版.西安:西安电子科技大学出版社,2007.23-80.9 赵亮，侯国锐.单片机C语言编程与实例M.北京：人民教育出社，2003.71-95.10：清华大学出版社，2005.56-139

45、.Temperature Control System for Electric Boiler Based on SCMSun Xiaoning(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University,Dezhou Shandong,253023)Abstract:At present, switch control and manual control are adopted in electric boiler control system in China.These control ways resul

46、t in bad stability and big overshoot of the system.At the same time, since the systems response to the environment change is slow,it has a bad real time capability. And more, it has other defects such as huge shock to the electrical net, low economic value, short boiler service life.This thesis stud

47、ied out temperature control system for electric boiler which is based on AT89C51 Chip Microcomputer. The system is able to measure water temperature and water level in real time. The DS18B20 transducer is used to measure water temperature,and float switch is used to d, LED digitron displays give out

48、 the function of temperature,LED lights give instructions according to the value of water level.When the temperature rose last set temperature or temperature dropped to the next set, heater will action.If water level reach to the minimum or maximum, water pump will be stopped or started. Keyboard co

49、ntrol circuit is also seted in system,and it can be used to change temperature.In addition,the system has fault detection and alarm circuit.When errors come out, audible alarm will be given.Key Words: Boiler ,Temperature Control ,Water Level Control , Fault Alarming ,SCM谢 辞 在唐老师的悉心指导下，我顺利完成了本论文。老师自始

50、至终关心督促毕业设计的进程和进度，帮助解决了设计中遇到的问题，并指出了正确的课题研究方向，使我在毕设计过程中少走了很多弯路。在此要对唐老师表示诚挚的感谢。我也要感谢我的父母，他们是我多年来坚持不懈完成学业的精神支柱和力量源泉。另外，感谢学校给予我们这样的机会，在课题设计过程中，学到了各种芯片知识、电路图绘制、元件焊接、还有C语言编程知识，使我在即将离校的最后一段时间里，增强了实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢，愿母校越来越好！附录1 系统电路图附录2 系统C程序#include #define uchar unsigned char #define uint

51、 unsigned int uchar code table= /共阴极LED显示代码0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; sbit led_low=P10; /声明各引脚sbit led_nm=P11;sbit led_high=P12;sbit FM=P13;sbit ds=P14;sbit heat=P15;sbit pump=P16;sbit sw_sx=P20; sbit sw_xx=P21;sbit jia=P22;sbit j

52、ian=P23;sbit we3=P24;sbit we2=P25;sbit we1=P26;sbit dula=P27;sbit tz=P32;uint temp;float f_temp;void delay(uint z) /延时z毫秒子函数 uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delays(uint a) /延时a秒子程序uchar j; uint i,k; for(i=a;a0;a-) for(j=110;j0;j-) for(k=1000;k0;k-);void dsreset(void) /18B20复位，初始化函数 uint

53、 i; ds=0; i=103; while(i0) i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;bit tempreadbit(void) /读1位函数 uint i; bit dat; ds=0;i+; /i+ 起延时作用 ds=1;i+;i+; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tempread(void) /读1个字节 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return(dat

54、);void tempwritebyte(uchar dat) /向18B20写一个字节数据 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /写 1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else ds=0; /写 0 i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /DS18B20 开始获取温度并转换 dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0 xcc); / 写跳过读ROM指令 tempwritebyte(0 x44); / 写温度转换指令uint get_temp() /读取寄存器中存储的温度数据 uchar a,b; dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0 xcc); tempwritebyte(0 xbe); a=tempread(); /读低8位 b=tempread(); /读高8位