毕业设计论文

第1章绪论1.1课题背景及研究意义锅炉是一种热能转换设备，老式的锅炉由锅和炉两大主体和保证其安全经济持续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统构成，水在锅（锅筒）中不停被炉里燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力（严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的）作为一种能源广泛使用。锅炉广泛用于生产和生活之中[1]。老式的锅炉都使用烧煤的措施进行加热，这种方式加热不仅对空气污染严重，并且在加热时需要用人工进行燃料的运送与添加，一旦加入燃料过多，水温会升的过快导致开锅，严重时会导致锅炉爆炸，导致人身财产的损害，对于目前国内的发展来说，很少有地区对此进行改善，而本设计提出一种新型的锅炉加热与压力控制措施，真正实现无人操作，全自动加热、控温、节能环境保护，本设计摒弃老式的燃料加热措施，而使用电热的方式，这样通过微控制器可以对水温进行实时的控制，不仅节省能源，还能到达精确的温度控制，在控制系统中又加入了压力控制环节，这样整个系统就到达了全自动智能化水平。根据国内实际状况和环境保护上的考虑和规定，燃煤锅炉由于污染并且效率不高，已经逐渐被淘汰；燃油和燃气锅炉也存在着燃料供应不以便和安全性等问题。因此在人口密集的居民区、旅馆、医院和学校，电加热锅炉完全能替代燃煤、燃油、燃气锅炉[2]。1.2锅炉压力监控系统研究现实状况1.2.1国外研究发展和现实状况在国外，锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开始了，当时大都为单参数仪表控制，进入上世纪五十年代后，美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和控制的深入研究。但由于当时科技发展的局限性，对锅炉的控制重要停留在使用汽动仪表的阶段，并且大多数锅炉只是检测工艺参数，不进行自动控制。到上世纪六十年代，在发达国家，锅炉的控制重要以电动单元组合仪表检测与控制，还是以检测报警为主，控制为辅助功能。1.2.2国内研究发展和现实状况在国内，由于经济技术条件的限制，中小企业锅炉设备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简朴仪表操作的水平，80年代中后期，伴随先进的控制技术引入我国的锅炉控制，锅炉的计算机控制得到了很大的发展。至90年代，锅炉的自动化控制己成为一种热门领域，运用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的多种控制系统，己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中，并向与新建炉体配套的方向发展，许多新的控制措施，诸如最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制等自动控制的最新成果也在锅炉自动控制中得到了尝试和应用.但由于控制技术单一，或控制算法的建模往往不能反应真实的锅炉燃烧状况，导致在工程实践中并不怎么成功，不能产生很好的经济效益，挫伤了顾客在工业锅炉上用计算机进行控制的积极性。1.3锅炉的应用锅炉作为重要的动力设备，已广泛应用于化工、炼油、发电等工业生产中，同步锅炉又是工业生产及采暖供热中一次能源转换为二次能源的重要设备。从某种意义上讲，锅炉控制效果的好坏对企业的经济效益和人民的生活质量有着直接的影响。由于锅炉自身具有多输入、多输出并且各个参数之间还具有互相关联性的特点，因此对锅炉的控制一直是各国技术人员不停探索研究的一种重要课题。老式的锅炉控制系统大多采用手动操作或仪表控制，控制精度低，生产效果差。操作者与管理层之间的通信基本上采用电话联络，管理层难于及时全面理解控制现场的状况，信息不仅反馈时间长并且有遗漏，管理时效性差，企业的生产效益和经济效益低，不能满足企业的发展需要[3]。锅炉参数监控，是过程控制的经典实例。锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国既有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处在能耗高、挥霍大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，减少耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作[4]。1.4本论文重要研究内容目前，世界计算机市场上出现了专门应用于工业控制的一系列单片机产品，单片机以其价格廉价、重量轻、体积小、功耗低、功能强的特点，在工业控制的现场应用中得到越来越广泛的关注，单片机既可以完毕多种常规的控制，还可以充足运用控制理论的最新研究成果状况下结合被控对象的特性，选择愈加先进的控制措施，来获得更好的控制效果。目前，由于家用锅炉设备属于批量制造生产，而一整套完备的控制系统是每台锅炉所必需的，针对小型锅炉的这些特点，更结合产品的成产成本考虑，以单片机为关键器件构成的控制系统成为了最为理想的选择。同步，单片机以其完备的控制功能、优秀的运算能力、完善的外部接口电路等一系了特点，适应了中小型锅炉控制系统需要。同步在选用外围芯片时，应尽量考虑某些较为经典的、易于替代和扩展的电路和芯片，并建立在减少生产成本的前提下。传感器重要选择些基于单总线构造的ICSl220型压力传感器，使用以便，体积小，并且经济实惠。系统在软件这块重要采用模块化的程序构造。主程序作为控制程序，为整个系统软件的一条主线，其他功能模块均采用子程序调用、查询等方式，这样使得扩充和调试愈加以便。本次论文是由压力传感器检测信号，然后由放大电路放大为0～5V电信号，再由A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，最终传给单片机，当超过初始设定的上限值时，发生报警，提醒工作人员处理；当压力低于初始设定的下限时同样发生报警，提醒工作人员处理。

第2章系统总体设计2.1系统构造总框图锅炉压力控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行压力报警值的设定，并对锅炉的压力进行采集及处理，然后与报警值比较，当压力值不小于压力上限(报警)值时就报警，停止加热。当压力少于压力下限值时，发生报警，重新启动进行加热处理。以此反复对锅炉压力控制。同步为结合实际需要，本系统亦对锅炉内气压进行控制。图2-1所示是其系统构造框图。压力传感器检测压力传感器检测INA128放大电路A/D模数转换电路STC89C52单片机LCD1602显示按键报警图2-1系统构造总框图压力检测：压力检测是用压力传感器检测锅炉内的气压，然后由传感器将检测到的压力变为电信号传出来。放大电路：由于由压力传感器传出来的电信号不一定是0～5V电信号，因此这里要做一种放大电路，就是将传感器给出的电信号放大到对应的倍数，到达输出电信号对应的伏数。A/D数模转换：由于压力传感器输出的是模拟信号，而单片机中接受的是数字信号，因此这时应当做一种A/D数模转换电路，将压力传感器输出的模拟电信号转换为数字信号，然后传送到单片机。按键：这里的按键就是用来设压力上限值和下限值的。LCD1602显示：这里要的是LCD1602液晶显示屏。就是将压力传感器检测到的压力显示但液晶显示屏上。报警：本次设计采用的是蜂鸣器做报警电路，由压力传感器检测到的压力在LCD1602液晶显示屏上，当压力值超过设定的上限值时，要报警。提醒工作人员处理。当压力不不小于下限值时，蜂鸣器同样报警，提醒工作人员处理。STC89C52单片机：这里单片机是一种处理器作用。压力传感器接受到的信号传给放大器，放大器将电信号放大后传给A/D模数转换，A/D模数转换后传给单片机，单片机通过处理传给LCD1602液晶显示屏上显示出来。当超过上限值或下限值时，蜂鸣器发生报警，提醒工作人员处理。2.2本次设计方案的选择本次设计是基于单片机的锅炉压力监控系统设计，锅炉压力检测的是锅炉中气压的大小。通过压力传感器的作用给出一种电信号，然后给单片机，单片机给出一种信号，再LCD1602液晶显示屏上显示出来，当超过设定的压力值，报警提醒，提醒工作人员处理。如下有两种方案，从中选择一种比较合理的方案。方案一：数字压力传感器是一种集成A/D转换一起的压力传感器。数字压力传感器检测到一种电信号，然后传给单片机中，单片机通过处理显示在LCD1602液晶显示屏上，当超过设定的压力值时，蜂鸣器报警，提醒工作人员处理。方案二：模拟量的压力传感器器ICS1220系列检测锅炉中的压力，检测到一种电信号，传给INA128放大电路中，通过INA128放大电路放大输出0～5V的电信号，然后进入A/D模数转换，将输入的模拟信号转换为数字信号，然后再传播给单片机中，然后单片机在LCD1602显示屏中显示出压力，当压力超过设定压力值时，发生报警，提醒工作人员处理。比较这两种方案，首先在学校里学到的知识诸多都是要做A/D转换电路的，尚有诸多都是做模拟信号输出的；另一方面，考虑到方案一种数字压力传感器的价格比较贵，那些都是工业上使用的压力传感器，并且作为学生考虑到有充足的资源。而模拟量的传感器价格是比较廉价的，尚有ICS1220系列的传感器是体积比较小的，用着也非常以便。最终，选择模拟量的压力传感器的那种方案，故选择方案二。

第3章硬件电路设计3.1单片机的选择方案一：AT89C51是美国ATMEL企业生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，器件采用ATMEL企业的高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的规定很低，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，这又很好地保护我们的劳动成果。AT89C51目前的售价比8031低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增长系统的可靠性，减少系统的成本。只要程序长度不不小于4K，四个I/O口所有提供应顾客。可用5V电压编程，并且擦写时间仅需l0ms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了以便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，由于只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作[5]。方案二：STC89C52单片机的指令系统和AT89C51系列的完全兼容。AT89C51不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C52可以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。STC单片机执行指令的速度很快，大概是AT的3～30倍，因此在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最经典的例子就是那些对时序有严格规定的模块，例如IIC，DS18B20、DS1302等的时序。再者，由于执行速度的加紧，非定期器控制的精确延时也会受到一定影响，用STC时注意得加长延时，大概是AT的10～30倍。片机对工作环境的规定比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，因此当一种系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电与否正常[6]。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生可以获得的资源，通过对比本次设计规定，我选择用STC系列芯片完毕。并且学校也提供了对应的硬件操作平台，实际操作起来比较以便，故STC为更合理的选择。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash容许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有机灵的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的处理方案，如图3-1所示。STC89C52具有如下原则功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或硬件复位为止。重要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz

、三级加密程序存储器

、32个可编程I/O口线

、三个16位定期器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定期器、双数据指针、掉电标识符。如图3-1所示STC89C52单片机管脚图。图3-1STC89C52单片机图GNE(20脚):接地。VCC（40脚）:主电源+5V。XTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）:接外部晶体的另一端。在片内它是一种振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。RST（9脚）:单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处在随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）。PSEN（29脚）:当访问片外程序存储器时，该端口输出负脉冲信号作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中会生效两次。另首先，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不会出现。PSEN端口能驱动8个LSTTL负载。可以根据PSEN、ALE和XTAL2三个输出端口与否有信号输出，来判断80C51与否处在工作状态。ALE/PROG（30脚）:当访问片外程序存储器时，该端口输出负脉冲信号作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中会生效两次。另首先，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不会出现。ALE/PROG端同样可驱动8个LSTTL负载。EA/VPP（31脚）:当EA端口输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超过4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA端口输入低电平时，CPU只访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，该引脚用于施加编程电压VPP。输入/输出引脚：1.P0.0—P0.7(32脚—39脚)：P0口是一种漏极开路的8位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。P0口有三个功能：外部扩充存储器时，当作地址总线（A1～A7）；不扩充时，可做一般I/O口使用，但内部没有上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。2.P1.0—P1.7（1脚—8脚）：P1口是一种带内部上接电阻的准双向I/O口。P1的每一位能驱动4个LS型TTL负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器（地址90H）写入全1，此时P1引脚由内部上接电阻接成高电平。P1.0和P1.1多了T/C2的复用。3.P2.0—P2.7（21脚—26脚）：P2口是一种带内部上接电阻的8位准双向I/O口。P2口每一位能驱动4个LS型TTL负载。P2口有两个功能：扩充外部存储器时，当作地址总线（A8~A15）使用。做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。4.P3.0—P3.7（10脚—17脚）：P3口是一种带内部上接电阻的8位准双向I/O口。P3口每一位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其他I/O口有较大区别，每个引脚还具有专门功能,除了作为I/O口使用外（内部有上拉电阻），尚有某些特殊功能，由特殊寄存器来设置。如表3-1所示。表3-1P3口的第二功能表接口第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(计时器0外部输入)P3.5T1(计时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)3.2单片机最小系统单片机最小应用系统，指的是用至少的元件构成的单片机并且可以正常工作的系统，对本次设计使用单片机来说，最小系统一般应当包括：单片机，晶振电路以及复位电路。如图3-2所示。图3-2单片机最小系统图3.2.1晶振电路设计晶振值取12MHz(由于可以精确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场所)。如下图3-3所示。图3-3晶振电路图晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度。例如12M晶振。单片机工作速度就是每秒12M。单片机内部也有晶振，接外部晶振可以获得更稳定的频率。由于晶振与单片机的脚XTAL1和脚XTAL2构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不但愿存在的其他频率的波),这个波对电路的影响不大,但会减少电路的时钟振荡器的稳定性。为了电路的稳定性起见,ATME企业只是提议在晶振的两引脚处接入两个10pf～50pf的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响,因此晶振所配的电容在10pf～50pf之间都可以的。因此图中C2和C3电容为22pF，是有起振作用和削减偕波对电路的稳定性的影响。3.2.2复位电路设计单片机上电后，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。为了保证单片机正常复位，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3-4所示。图3-4复位电路图复位电路通电时，电容C1两端相称于短路，RESET引脚上为高电平，然后电源通过电阻R1对电容C1充电，RESET端电压慢慢下降，降到一定电压值如下，即为低电平，单片机开始正常工作。图中的电阻R1起到一种限流作用。当按下复位按键的时候，为了防止电路中的电流过大，烧坏电路，因此加一种电阻R1，这样有限制电流过大的作用。而电容C1是对电路进行滤噪和去耦，减少电源电压波动的干扰和电路自身产生的噪声对电路其他部分的影响。3.3放大电路设计INA128是低功耗高精度的通用仪表放大器它们通用的3运放3-opamp设计和体积小巧使其应用范围广泛反馈电流Current-feedback输入电路虽然在高增益条件下(G=100时200kHz)也可提供较宽的带宽，单个外部电阻可实现从1至10000的任一增益选择INA128提供工业原则的增益等式gainequation。INA128用激光进行修正微调具有非常低的偏置电压(50mV)温度漂移0.5μV/℃和高共模克制在G=100时120dB其电源电压低至±2.25V且静态电流只有700uA是电池供电系统的。理想选择内部输入保护能经受±40V电压而无损坏，INA128的封装为8引脚塑料DIP和SO-8表面衬底封装规定温度范围为-40℃至+85℃，尚有对应的双配置INA128[7]。INA128特性如下：1.低偏置电压最大50μV；2.低温度漂移最大0.5μV/℃；3.低输入偏置电流最大5nA；4.高共模抵制CMR最小120dB；5.输入保护至±40V；6.宽电源电压范围±2.25至±18V；7.低静态电流700μA； 8.8引脚塑料DIP和SO-8封装。INA128放大电路如下图3-5所示。图3-5INA128放大电路图1、8脚跨接的电阻就是用来调整放大倍率，4、7脚需提供正负相等的工作电压，2、3脚输入要放大的电压，并从6脚输出放大的电压值。5脚则是参照基准，假如接地，则6脚的输出即为与地之间的相对电压。图中2、3管脚是输入电压管脚就是接ICS1220系列压力传感器输出的电压，1、8管脚接电阻R2为50千欧，这是一种放大倍数（也就是增益）。而INA128的4、7管脚接两个电容C4和C5都是为0.1uF,这是对电路中电压的稳定，尚有对芯片INA128有保护作用。而6管脚就要接到A/D转换电路上，起到一种输出放大的电压值。3.4A/D转换电路设计PCF8591是一种单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，容许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传播[8]。

PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大转化速率由I2C总线的最大速率决定。PCF8591特性如下：单独供电；PCF8591的操作电压范围2.5V～6V；低待机电流；通过I2C总线串行输入/输出；PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址；PCF8591的采样率由I2C总线速率决定；4个模拟输入可编程为单端型或差分输入；自动增量频道选择；PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD；PCF8591内置跟踪保持电路；8-bit逐次迫近A/D转换器；通过1路模拟输出实现DAC增益。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换。A/D转换为逐次比较型。引脚图如下图3-6所示。图3-6PCF8591引脚图AIN0～AIN3：模拟信号输入端。A0～A3：引脚地址端。VDD、VSS：电源端(2.5～6V)。SDA、SCL：I2C总线的数据线、时钟线。OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地。AGND：模拟信号接地。AOUT：D/A转换输出端。VREF：基准电源端。PCF8591采用经典的I2C总线接口器件寻址措施，即总线地址由器件地址、引脚地址和方向位构成。飞利蒲企业规定A/D器件地址为1001。引脚地址为A2A1A0，其值由顾客选择，因此I2C系统中最多可接23=8个具有I2C总线接口的A/D器件。地址的最终一位为方向位R，当主控器对A/D器件进行读操作时为1，进行写操作时为0。总线操作时，由器件地址、引脚地址和方向位构成的从地址为主控器发送的第一字节。因此PCF8951的A/D转换电路如下图3-7所示。图3-7PCF8951A/D转换电路图PCF8951的A/D转换电路中，是由PCF8951芯片中的数据线SDA和时钟线SCL与所选的单片机连接的，他们分别接到单片机的P2.1、P2.0引脚上。而图中的电位器可以不用连接，这只是一种调整芯片的。在PCF8951中控制字节用于实现器件的多种功能，如模拟信号由哪几种通道输入等。控制字节寄存在控制寄存器中。总线操作时为主控器发送的第二字节。其格式如下所示：其中：D1、D0两位是A/D通道编号：00通道0，01通道1，10通道2，11通道3D2自动增益选择（有效位为1），D5、D4模拟量输入选择：00为四路单数入、01为三路差分输入、10为单端与差分派合输入、11为模拟输出容许有效。当系统为A/D转换时，模拟输出容许为0。模拟量输入选择位取值由输入方式决定：四路单端输入时取00，三路差分输入时取01，单端与差分输入时取10，二路差分输入时取11。最低两位时通道编号位，当对0通道的模拟信号进行A/D转换时取00，当对1通道的模拟信号进行A/D转换时取01，当对2通道的模拟信号进行A/D转换时取10，当对3通道的模拟信号进行A/D转换时取11。在进行数据操作时，首先是主控器发出起始信号，然后发出读寻址字节，被控器做出应答后，主控器从被控器读出第一种数据字节，主控器发出应答，主控器从被控器读出第二个数据字节，主控器发出应答,一直到主控器从被控器中读出第n个数据字节，主控器发出非应答信号，最终主控器发出停止信号。1.器件地址一般都使用的0X90，，就是把a1～a3都接地了。2.D2自动增益选择（有效位为1）设定1的时候，可以持续读出四个数据，就是四个通道的数据。3.启动ad转换的时候，紧接着读出来的数据，不是目前的数据而是前一次保留的数据，因此可以根据需要来选择是不是抛掉。4.持续读数据（0x04）的时候你可以首先把第一种数据抛掉，然后持续读出来5个数据就可以了，数据背面的4个就是需要的数据。5.可以进行DA转换（0x40），转化男的时候满值255标示5V，0标示0V。6.数据符合I2C通讯模式。3.5按键电路设计按键在单片机应用系统中是一种很关键的部件，它能实现向单片机系统输入数据、发送命令等功能，是人工干预单片机的重要手段。按键键控制有矩阵式和独立式两中。这次设计的按键是独立式的，两个按键的一种脚分别接到正5V电源上，此外两个脚分别接到单片机的P1.1、P1.2引脚上。按键电路如下图3-8所示。图3-8按键电路图对于键的识别，可以采用程序扫描的措施。考虑到本设计实际需要的按键较少，因此选择采用独立式按键接口电路。它是将每个独立按键按一对一的方式直接接到单片机的I/O口上，通过程序扫描查询方式实现与单片机系统交互的。在程序查询方式下，通过I/O端口读入按键状态，当有按键按下时，对应的I/O端口变为低电平，这样通过读I/O口的状态判断与否有按键按下。而图中这两个按键是设锅炉压力上限和下限的，设计这个电路可以使下面的报警电路打下基础[9]。3.6报警电路在压力的检测过程中报警电路是必不可少的，而在电路设计中就要一种蜂鸣器一种管脚接地，其他一种管脚与单片机连接这样就可以实现，下图中蜂鸣器一种脚接地，另一种脚接到单片机的P1.3引脚上。如下图3-9所示。图3-9报警电路图在锅炉压力检测中，我们设定一种上限值，一种下限值，当压力传感器检测到锅炉内的压力不小于上限，然后通过放大电路，放大为0～5V电压信号，再通过A/D转换将模拟信号转换为数字信号传到单片机中，然后由单片机将信号给蜂鸣器，蜂鸣器这时候就响，然后报警，这样就提醒工作人员要对锅炉压力进行处理了。反之，当压力低于下限值时，会做同样的处理。3.7压力传感器检测设计压力传感器芯片的性能受温度的影响非常大，重要体现为零点和敏捷度随温度变化而发生漂移。1220型是通过温度赔偿的硅压阻式压力传感器，采用双列直插封装构造，合用规定成本低，性能优越，长期稳定性好的应用领域。通过激光修正的电阻实现了0～50℃的温度赔偿，还提供一种激光修正的电阻用于调整差动放大器的增益来校正传感器的压力敏捷度变化，使具有良好的互换性，互换性误差仅为±1％。从0～2psi至0～100psi量程范围内均有表压，差压和绝压产品[10]。ICSl220系列具有如下长处：1.放大、校准和温度赔偿；2.多级压力非线性修正；3.直接输出经放大校准的模拟信号；4.输出与输入电压成正比；5.温补范围为0～70℃，满足绝大部分顾客的需求；6.有表压、差压和绝压配置，有微压和低压等量程。ICSl220传感器性能参数如下表3-2所示：表3-2ICS1220传感器性能参数表参数最小值经典值最大值单位满量程输出49.55050.5mV零点输出-22mV非线性-0.1±0.050.1％Span迟滞-0.5±0.010.05％Span输入输出电阻250044006000Ω量程温度误差-0.5±0.30.5％Span零点温度误差-0.5±0.10.5％Span零点热迟滞±0.1％Span供电电压1.235V响应时间1.0ms输出噪音1.0μVp-p长期稳定性±0.1％Span过载压力3XRated赔偿温度050℃工作温度-40+125℃贮存温度-50+150℃重量3grams应变片可以将应变转换为电阻的变化，为了显示于记录应变的大小，还要将电阻的变化再转换为电压或电流的变化，因此需要有专用的测量电路，一般采用直流电桥和交流电桥。压力传感器的电路如图3-10所示。图3-10ICS1220系列传感器接线图压力传感器在检测压力时，要接外加电路，这里压力传感器的1、3脚分别是信号输出管脚，它们分别接到放大器INA128的2(IN-)、3(IN+)脚上，2、6脚接地脚，4、5脚是供电脚接到正五伏电压上供电。由于应变片的电桥电路的输出信号一般比较微弱，因此目前大部分电阻应变式传感器的电桥输出端与直流放大器相连电桥的输出电压于应变成线性关系。若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为输出电压为两者之差，若不一样步，则输出电压为两者之和。若相对两桥臂的极性一直，输出电压为两者之和，反之则为两者之差。电桥供电电压U越高，输出电压Uo越大[11]。3.8电源电路设计本次设计中应用的多种模块都需要电源的供电，因此这里做一种USB供电的电路设计。在USB供电的电路中，电压从VCCin进入然后通过一种电阻和一种LED灯回到接地。这里电阻选择的是1K的电阻，这只是一种保护作用，尚有假如要以便断开，这里可以加入一种自锁开关，不过这里设计不加，只需要插供电的端口就可以直接亮了，并且，只要各个模块需要供电的地方往这个USB供电电路中一插就可以实现各个模块的供电了。尚有设计一种USB供电电路的好处防止各个模块供电的比较多，届时候插在供电端比较麻烦，得需要诸多的插座才能满足，因此要设计一种USB供电电路。这里的电阻是保护LED灯的作用，防止那个LED灯被烧坏。如下图3-11所示。图3-11电源电路图3.9LCD液晶显示电路设计液晶显示屏LCD（LiquidCrystalDisplay）广泛应用于微型计算机系统中，与LED相比，具有功率低，抗干扰能力强，体积小，价格低廉等长处。此外，LCD在大小和形状上愈加灵活，接口简朴，不仅可以显示数字、字符，并且可以显示文字和图形。字符和数字的简朴显示，不能满足图形曲线和文字显示的规定。点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示多种图形、曲线及文字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、分区开窗口、反转、闪烁等功能，用途十分广泛。目前，伴随液晶技术的突破，液晶显示屏的质量有了很大的提高，品种也在不停推陈出新，不仅有多种规模的黑白液晶显示屏，尚有绚丽多彩的彩色液晶显示屏。在点阵式液晶显示屏中，把控制驱动电路与液晶点阵集成在一起，构成一种显示模组，可与八位微处理器接口直接连接，不仅使用以便，并且价格也比较廉价[12]。3.9.1LCD1602的引脚及接线1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位构成，每个点阵字符位都可以显示一种字符，每位之间有一种点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正由于如此因此它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。LCD1602(如下图3-12所示)分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，与否带背光在应用中并无差异[13]。LCD1602的重要技术参数：1.显示容量:16×2个字符；2.芯片工作电压:4.5～5.5V；3.工作电流:2.0mA(5.0V)；4.模块最佳工作电压:5.0V；5.字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。图3-12LCD1602接线图LCD1602液晶显示屏的接法是1、3、16脚接地；2、15角接正5V电源；剩余的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14脚分别接到单片机的P2.4、P2.5、P2.6、P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7引脚上。其实LCD1602显示屏的3管脚是接一种调光滑动变阻器的，不过这里选择接地就是对比度最高。1602字符型LCD一般有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全同样。LCD1602引脚接口如下：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示屏对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一种10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令[14]。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.9.2LCD1602的指令阐明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表3-3所示。表3-31602控制指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（阐明：1为高电平、0为低电平）。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字与否左移或者右移。高电平表达有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表达开显示，低电平表达关显示C：控制光标的开与关，高电平表达有光标，低电平表达无光标B：控制光标与否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表达忙，此时模块不能接受命令或者数据，假如为低电平表达不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。3.9.3LCD1602的RAM地址映射及原则字库表液晶显示是一种慢显示屏件，因此在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表达不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符[15]。如下图3-13是1602的内部显示地址。图3-13LCD1602内部显示地址图模块的忙标志为低电平，表达不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3-13是1602的内部显示地址。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块与否处在忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不一样的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一种字符均有一种固定的代码，例如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

第4章系统软件设计4.1系统总流程图的设计由于模块化程序的设计，通过调用程序即可实现所用功能，写程序时，调用程序前即系统运行首要先对系统进行初始化。然后对按键进行扫描，对按键事件做出对应的反应。接下来看接受数据，然后数据处理，再判断压力值与否超过设定的压力值，要与否还得返回按键值那从新操作，假如超过设定压力值，这时蜂鸣器报警。接着返回来循环。根据所画的原理图(如附录1所示)设计出如下程序流程图。主程序流程图如图4-1所示。开始开始系统初始化取按键值按键值处理数据处理否是与否超过压力设定值？接受数据蜂鸣器报警图4-1主程序流程图4.2压力检测程序流程图设计如图4-2为压力检测主程序流程图，单片机先初始化，启动放大电路和A/D转换，等待传感器接受的检测数据，单片机计算与否接受完毕，如是等待放大电路和A/D转换，如否返回继续等待接受。放大电路和A/D接受与否完毕，如是计算符合报警条件否，如否则返回。报警检测如是则启动报警，如否则显示成果。最终返回。单片机初始化单片机初始化启动放大电路和A/D转换等待接受检测数据接受完毕？等待信号放大和A/D转换信号放大和A/D转换完毕？符合报警条件？输出成果启动报警是否是否是否返回图4-2信号检测流程图4.3外部中断程序流程图如图4-3所示为外部中断子程序流程图，首先要设定外部中段入口，然后关闭外部中断，下一步单片机读取压力值，输出成果，然后外部开中断，最终返回。外部中断入外部中断入关外部中断输出成果读取压力值开外部中断返回图4-3外部中断流程图

第5章系统分析与调试5.1程序编写的思绪该系统重要是由压力传感器给一种信号，然后将这个信号处理后，转给放大器中，通过放大后的电压值，再传给A/D转换电路中，通过A/D转换后传给单片机中，而单片机给LCD1602液晶显示屏中，在LCD1602中我们要定义如下子函数：LCD1602液晶写命令子函数、LCD1602液晶写数据子函数、LCD1602液晶初始化子函数。而最终超过压力上限值时，给与报警。程序清单如附录2所示。5.2程序开发和烧录本设计是在KeilC环境下开发的，KeilC软件支持C语言的编程及调试，运用以便，是做C语言毕业设计者的首选。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简朴的学习和理解KeilC后，我们便可在此环境下开始了对带录音功能的电子琴的设计工作。在编译完KeilC后，再运用STC_ISP_V480软件烧录到开发板上，实现实物与程序的连接。KeilC程序运行如图5-1所示。图5-1KeilC运行图在编译完KeilC后，再运用STC_ISP_V480软件烧录到开发板上，实现实物与程序的连接。在烧录前要对STC_ISP_V480进行某些必要的设置。第一步：设置MCUType为STC89C52RC；第二步：打开编写好并编译的程序文献，它是以.hex为后缀的文献；第三步：选择对应的COM端口，（可在我的电脑的设备管理处查看COM选项）；第四步：点击Download下载，等提醒。请给MCU上电时，打开开发板上的开关，它就自行烧录了。如下图5-2所示。图5-2程序烧录运行图在完毕对程序的调试及烧录之后，还需要对其进行演示，把开发板与电脑连上，设置好对应的接口，完毕供电及下载。按下按键在设定上限值和设定好下限值，然后在锅炉中检测压力值，当检测到压力时，将信号传给放大器，放大器将电压值放大为0～5V，然后启动A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，这时将这个信号传给单片机，然后单片机通过处理给液晶显示屏，将这个压力值显示在液晶显示屏上，要是超过设定的上限值，单片机会给一种信号给报警电路，报警电路接受后就发生报警，这时提醒工作人员要对锅炉内的压力进行处理了。就是到达这种效果以告诫这次毕业设计的成功。5.3系统的调试和分析本设计的程序采用的是C程序设计，C语言的明显特点是用二进制来编写程序,程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此之间互相独立。这种构造化方式可使程序层次清晰,

便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供应顾客的,这些函数可以便的调用,并具有多种循环、条件语句控制程序流向,从而使程序完全构造化。虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，容许程序编写者有较大的自由度。系统调试包括硬件调试和软件调试，并且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序，只有通过联合调试，才能验证其对的性；软硬件的配人状况以及