1、基于單片機的鍋爐溫度控制系統的設計摘 要在對當前采暖需求情況廣泛調查的基礎上，結合工程實際需要，針對小型家用燃氣鍋爐的特點，研制開發了基于MCS-51單片機的小型家用燃氣鍋爐溫度控制系統，旨在使用燃煤鍋爐集中采暖時所遇到的鍋爐溫度不易控制，改進家庭采暖的控制方式，提高采暖的經濟性。利用 Protel99se電路設計軟件，對智能控制器的電源電路、復位電路、時鐘電路、報警電路、LCD液晶顯示電路以及控制器的核心溫度采集電路進行了設計。電源采用三端集成穩壓器W7800 (W7900)系列元件7805,交流220 v電壓轉換為單片機所需要的5V電壓；利用AT89S51作為控制器的核心器件；利用集成電路

2、溫度傳感器DS18B20測量鍋爐水溫;將測量的水溫與設定值比較，單片機另外使用LCD液晶顯示器顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值。當溫度超過設定的報警溫度值，系統會發出報警聲音，同時關閉鍋爐燃燒器。等待溫度降到下限值，這時就可以重新鍋爐燃燒器通電，繼續加溫，如此反復監控溫度。這樣就可以節約能源，提高能源的使用率。針對系統的要求和特點，在上述硬件電路及實現方法的基礎上，利用匯編語言，設計了基于單片機的鍋爐溫度控制系統。控制軟件主要包括溫度和溫度采集子程序、水位控制程序、鍵盤掃描子程序和LCD液晶顯示子程序等。通過對溫度和水位的測試，可以發現所設計的控制系統能夠滿

3、足設計要求，達到了預期的效果。關鍵詞：單片機；LCD；燃氣鍋爐；溫度控制；DS18B20Microcontroller-based design of the boiler temperature control systemABSTRACTAccording to the market demand and the characteristics of domestic heating, this paper develops MCU intelligence controller for the minor gas-fired boiler which is domestic heatin

4、g equipment on the basis of investigation of heating demand widely. The research purpose is to change the inconvenience of temperature control bring by using coal fired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.The software called Protel99se for circuit designed is used to dev

5、elop the hardware of the controller. The hardware includes the power supply circuit, the reset circuit,the clock circuit, the alarm circuit, the LCD display circuit, and the temperature collection which is the core of this controller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7900) s

6、eries component 7805 is used for the power supply. The Atmel AT89S51 chip is the core chip of the controller. The integrated temperature sensor DS18B20 is used to measure water temperature in boiler. The key circuit is used to set the alerm temperature and analog water in or out. In addition, LCD is

7、 used to display water level bound, current water level, temperature alerm value by presupposition and current temperature. When water level beyond its bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and makes boiler burner off. When water temperature is down, the

8、 system releases alerm and makes boiler burener on. The system does it again and again.So the system can save energy and improve energy utilization rate. Aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of these hardware and implement method, using assemble language, system designs b

9、oiler temperature control system design based on singlechip. This software includes temperature and water level monitor main program, temperature collection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, LCD display subprogram etc. Use practicality to validate systems depe

10、ndability and stability, and the system can operate successfully.Keywords:MCU; Liquid Crystal Display; Gas boiler; Temperature control;DS18B20目錄1 緒論.11.1課題背景及研究意義.11.2系統的總體設計思想.22 系統方案論證及工作原理.42.1 設計方案論證 .42.2 系統結構框圖 .42.2.1 主要器件的選擇 .62.2.2 鍋爐輔助器件選擇.63 硬件電路設計.83.1 主電路 .83.2 單片機選擇設計 .93.3 單片機最小系統 .11

11、3.3.1 時鐘電路設計.113.3.2 復位電路 .123.4 溫度檢測電路設計及溫度傳感器選擇.123.4.1 DS18B20 簡介.123.4.2 溫度采集電路.143.5 溫度控制電路設計 .143.6 水位控制電路 .153.6 顯示電路設計 .173.7 報警電路設計 .213.8 穩壓電源電路設計 .223.9 按鍵電路設計.224 系統軟件設計.244.1 主流程圖設計.244.2 中斷程序程序.254.3 DS18B20 溫度采集子程序設計.254.4 LCD 液晶顯示子程序設計 .27總 結.28致 謝.29參考文獻.30附 錄.31附件 A:總程序 .311 緒論1.1課

12、題背景及研究意義鍋爐是一種熱能轉換設備，由鍋和爐兩大主體和保證其安全經濟連續運行的附件，儀表附屬設備，自控和保護系統組成，水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里燃料燃燒釋放出來的能量加熱，溫度升高并產生帶壓蒸汽，由于水的沸點隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產生壓力形成熱動力（嚴格的說鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的）作為一種能源廣泛使用。鍋爐廣泛用于生產和生活之中。中小型鍋爐作為供暖設備用于提供熱水，取暖方面得到了廣泛應用。目前，取暖多采用集中供暖方式。集中供暖，一般都是按一個采暖季每平方（建筑面積）來收費的，對北方地區來說，天氣比較冷，需要供暖時間長，應該

13、集中供暖省錢。指集中集團式供暖的一種形式。從能源利用方面講，集中供暖一次性投資大，運行費用高，無論是否需要，暖氣始終全天供熱，因樓層不同而造成溫度不均，若遇到供暖偏熱，居民只有開窗降溫，使寶貴的能源白白浪費。 這種供暖方式從原理上而言，效率較高。集中供暖的鍋爐大多數是燃媒鍋爐，鍋爐燃燒時污染大，已經帶來了嚴重的環境污染問題。由于這些用戶采用集中取暖，給個別用戶帶來不便的缺陷。基于這種情況，近年來采用以天然氣，液化石油氣為燃料的中小型燃氣鍋爐具有高效、環境污染小，發熱量大甚至無污染等特點，受到普遍歡迎。尤其在國外，燃氣鍋爐目前已得到了普遍應用。家用燃氣鍋爐常見的是套管式燃氣鍋爐、板換式燃氣鍋爐、

14、冷凝式燃氣鍋爐。隨著科技的發展以及各種客觀條件的具備，生活采暖用燃氣鍋爐的應用也必將得到進一步的發展與推廣。隨著燃料不斷補給，燃料充足，城市燃氣管網逐步完善，燃氣使用率逐步會提高。市場經濟的發展與開放，國有企業享受國家能源補貼的取消，住房逐漸私有化，供熱管網費、采暖費全部由個人支付。會有越來越多的人放棄集中供熱方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃氣鍋爐的使用作為集中供暖的一個很好補充或替代它必將被越來越多的人關注和選用成為趨勢。目前市場上家用燃氣鍋爐為進口，價格高，售后服務不夠完善，不利于燃氣鍋爐的推廣使用，研制燃氣鍋爐的公司亦相對較少。因此研制開發小型家用燃氣鍋爐就具有現實的意義與客觀的市場

15、價值。本設計將結合小型家用燃氣鍋爐實際的需要，利用 MCS-51 系列單片機為核心器件組成溫度控制系統，采用溫度采集技術，通過運行和分析研究，以期正確認識和全面理解利用單片機實現溫度采集技術在過程控制中的應用。1.2 系統的總體設計思想目前，世界計算機市場上出現了專門用于工業控制的單片機系列產品，單片機以其體積小、重量輕、功耗低、價格便宜、功能強的特點，在工業控制的實踐中得到越來越廣泛的應用單片機不僅可以實現各種常規的控制，還可以根據被控對象的特性，充分利用控制理論的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以獲得更好的控制效果。目前，由于家用鍋爐屬于批量生產，而且每臺鍋爐需要一套完整的控制系統，針

16、對這些特點，尤其從產品成本角度出發，以MCS-51為核心器件組成的控制系統是比較理想的選擇。此外，MCS-51系列單片機運算能力、完備的控制功能、加上完善的外部接口電路，對中小型鍋爐控制系統完全可以勝任。在外圍芯片選取時，盡量選取典型的、易于擴展和替換的芯片和電路，并本著節約成本的思想。選用基于單總線的數字溫度傳感器DS18B20和LCD液晶顯示器。DS18B20溫度傳感器采用美國DALLAS公司生產的DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域 ；LCD液晶顯示器為平面超薄的顯示設備，它由一定數量的彩色

17、或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面配合背部燈管構成畫面。它們二者與單片機的接口比較簡單，而且編程強度不大，既保證了系統的穩定性，又縮短了系統的開發周期，節約了開發成本。系統在軟件上采取模塊化的程序結構。主程序作為控制程序，為整個系統軟件的一條主線，其它功能模塊均采用子程序調用、查詢等方式，為調試和擴充提供了方便。本系統的電源采用市場上常見的W7800(7800)系列7805電源穩壓芯片，模擬信號和數字信號分別用單獨的供電回路，以避免電源干擾。利用溫度傳感器DS18B20采集測

18、量鍋爐水溫；使用LCD液晶顯示器顯示水位的上下限值、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值。利用繼電器控制燃燒器和給水泵的加熱和給水。當鍋爐內的水的實際水溫超過報警溫度值，系統會發出報警聲音，這時接在單片機一端的繼電器動作，燃燒器斷電。此時溫度傳感器實時對鍋爐溫度檢測，當溫度降到設定值的下限時，繼電器重新通電。燃燒器電源重新接通，鍋爐繼續加熱。如此反復監控溫度。這樣對鍋爐溫度控制不僅可以節約能源，提高能源的使用率。此外，為符合實際本系統對鍋爐的水位進行實時監控，防止鍋爐干燒和鍋爐水溢出，以免造成能源浪費和水溢出引起的鍋爐爆炸嚴重后果。2 系統方案論證及工作原理2.1 設計方案論證方案一：采用

19、AT89S51 單片機、7805 電源穩壓芯片、熱敏電阻、74HC138 和16*16 點陣顯示器，液位控制器等核心部件。該方案中單片機控制 16*16 點陣顯示器這部分程序比較復雜，編程的強度較大，容易出錯。另外，在硬件電路上，74HC138、16*16 點陣顯示器與單片機接口復雜，而且它們的外圍電路較多，不適合用在鍋爐的嵌入式系統設計中。采用液位繼電器可以簡單控制鍋爐液位，但增加了成本開銷。方案二：采用 AT89S51 單片機、7805 電源穩壓芯片、溫度傳感器 DS18B20 和液晶顯示器 LCD1602 等核心部件。該方案采用液晶顯示器來顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警

20、值和當前采集的溫度值，直觀、接口簡單而且編程強度不大。用不銹鋼管制作成的裝置放于水位上下限，簡單。這樣就可以縮短系統的開發周期，減少系統成本開銷。綜上分析，采用第二種方案。本系統主控單片機的全部程序都是用匯編語言來編寫，采用 KeiluVision3 集成開發環境來開發單片機應用程序。2.2 系統結構框圖鍋爐溫度控制系統的主控部分由單片機構成。通過按鍵電路進行溫度報警值的設定，并對鍋爐的水溫進行采集及處理，然后與報警值比較，當溫度值大于溫度上限值(報警值)時就報警，停止加熱。當溫度少于溫度下限值時，重新啟動進行加熱處理。以此重復對鍋爐溫度控制。同時為結合實際需要，本系統亦對鍋爐水位進行控制。液

21、晶顯示，顯示水位上限值，水位下限值以及溫度報警值和實際溫度值。圖2.1 所示是其系統結構框圖。AT89C51AT89C51按鍵設定按鍵設定溫度采集溫度采集穩壓電源穩壓電源復位復位液晶顯示液晶顯示繼電器繼電器燃燒器燃燒器報警報警給水泵給水泵圖 2.1 系統結構框圖在工業生產中，鍋爐是一種重要的動力系統。其中鍋爐的溫度過程控制，又是一個重要環節。本系統過程控制系統主要應用于燃氣鍋爐的水溫控制系統。在燃氣鍋爐里面，天然氣液化石油氣作為燃料，鍋爐中的水作為加熱對象。溫度傳感器的輸出信號經調理電路處理后作為單片機系統的輸入信號。本系統要采樣的是鍋爐的水溫和鍋爐的水位控制信號。 溫度控制系統的控制信號通過

22、繼電器控制燃燒器內進出氣，由三個進氣閥實現控制。燃燒器的作用是:繼電器接通燃燒器電源后，燃燒器通過其內部的光電檢測管檢測鍋爐內有無火光，若有火光則表示點火成功，不需啟動點火變壓器，否則啟動點火變壓器進行點火，同時電磁閥打開進氣，這時光電管檢測到火焰，關閉點火變壓器，系統點火成功。該中小型燃氣鍋爐所需要溫度的熱水是根據用戶需要調節的。控制系統根據溫度傳感器檢測到的溫度與溫度設定值比較，給出控制信號.若實際溫度大于報警值時，單片機實行對繼電器的電源關斷，這時燃燒器斷電，鍋爐不進行加熱處理。溫度傳感器一直檢測鍋爐內部的水溫。當溫度傳感器檢測的溫度小于用戶設定值的時候，單片機根據溫度的比較信號，重新對

23、繼電器進行通電，鍋爐重新加熱。本系統燃燒控制系統（又稱為燃燒調節系統）采用有差調節系統。有差調節時系統調節過程中被調參數值在設定的參數范圍內變動。在供熱鍋爐中常采用有差調節就能達到要求，所以系統采用有差調節系統并采用雙位控制。如圖 2.2 所示。燃燒控制（調節）系統有差調節系統無差調節系統位式控制比例控制比例積分調節(PI)比例積分微分調節（PID）雙位控制三位控制圖 2.2 燃燒控制（調節）系統2.2.1 主要器件的選擇1.選用 Atmel 公司單片機 AT89S51。2.選用 Dallas 半導體公司溫度傳感器 DS18B203.液晶顯示器 LCD16022.2.2 鍋爐輔助器件選擇 1.

24、奧林燃燒器 型號:GP-300T 功率(kg):700-4000 火焰探 測器型號:QRA-2伺服馬達型號:SQM氣閥密封檢漏器型號:VDK200/VPS504/DK2F燃燒器控制:外置重量(kg):3202.CHL 系列立式不銹鋼多級泵流量：最大 22m3/h揚程：最大 60m液體溫度：-50120環境溫度：最高+160工作壓力：1.6MPa/2.5MPa工作電壓：220V/380V 3.不銹鋼管3 硬件電路設計3.1 主電路 1.溫度控制電路 圖 3.1 溫度控制電路 2.水位控制電路圖 3.2 鍋爐加水電路 圖 3.3 水位檢測電路3.2 單片機選擇設計AT89S51 是美國 ATMEL

25、 生產的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機，片內含 4K bytes 的可系統編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產,兼容標準 8051 指令系統及引腳。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片機芯片中，ATMEL 公司的功能強大，低價位 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。(1)AT89S51 主要功能列舉如下： 為一般控制應用的 8 位單芯片。 晶片內部具有時鐘振蕩器（傳統最高工作頻率可至 12MHz） 。 內部程式存儲器（ROM

26、 為 4KB） 。 內部數據存儲器（RAM 為 128B） 。 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 I/O 的控制。 5 個中斷向量源。 2 組獨立的 16 位定時器。 單芯片提供位邏輯運算指令。(2)AT89S51 管腳排列及系統所用引腳功能介紹。管腳排列如圖 3.4 所示,下面介紹引腳的功能。圖 3.4 AT89S51 引腳圖1.VCC:AT89S51 電源正端輸入，接+5V。2.GND:電源地端。3.XTAL1:單芯片系統時鐘的反相放大器輸入端。4.XTAL2:系統時鐘的反相放大器輸出端。 5.PORT0:（P0.0P0.7）：端口 0 是一個 8 位寬的開路漏極（Open Dr

27、ain）雙向輸出入端口。P0 在當做 I/O 用時可以推動 8 個 LS 的 TTL 負載。6.PORT2（P2.0P2.7）：端口 2 是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2 的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。7.PORT1（P1.0P1.7）：端口 1 也是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，同樣地若將端口 1 的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數據。8.PORT3（P3.0P3.7）：端口 3 也具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動

28、 4 個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數控制及外部數據存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：9.P3.0：RXD,串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷 0 輸入。P3.3：INT1，外部中斷 1 輸入。P3.4：T0，計時計數器 0 輸入。P3.5：T1，計時計數器 1 輸入。P3.6：WR：外部數據存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數據存儲器的讀取信號。3.3 單片機最小系統3.3.1 時鐘電路設計AT89S51 的時鐘可由內部產生也可以由外部產生。在這個設計中只是用了內部產生。利用芯

29、片內部振蕩電路，在 XTAL1，XTAL2（18，19 腳）的引腳上外接定時元件，內部振蕩器便能產生自激振蕩，用示波器便可觀察到 XTAL2 輸出的正弦波，定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯諧振電路，它與單片機的接法的如圖 3-5 所示。晶體可以在 1.2MHz12MHz 之間所選，電容可以在 2060pF 之間所選，通常選擇 30pF 左右，電容 C6，C7 的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調作用。在設計印制板時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。 圖 3.5 時鐘電路3.3.2 復位電路單片機上電后，在其 9 腳（RES

30、ET）出現 24 個振蕩周期以上的高電平后，單片機內部初始復位。為了確保單片機正常復位，必需使其第 9 腳上出現的高電平保持2s 以上。復位電路如圖 3.6 所示。圖 3.6 復位電路系統的復位電路是由 RC 電路組成，外加一個手動復位按鈕。剛上電時或者觸動按鈕后 C5 兩端的電壓為 0，這時 RST 為高電平，而其高電平保持時間是由 R 和C 的時間常數決定，由公式(3-1)可知，C 充電的時間常數 等于 0.22ms，遠遠大于2s，即使 RST 高電平的時間保持 2s 以上，確保了單片機正常復位。 R*C (3-1) 3.4 溫度檢測電路設計及溫度傳感器選擇3.4.1 DS18B20 簡介

31、Dallas 半導體公司的數字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。DS18B20 可以程序設定 9-12 位的分辨率，精度為 0.5 攝氏度。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。如圖 3.7 所示 DS18B20引腳排列圖 圖 3.7 DS18B20 引腳排列圖(A)DS18B20 特性：1.獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊。2.簡單的多點分布應用。3.無需外部應用。4.無需外部器件。5.可通過數據線供電。6.零待機功耗。

32、7.測溫范圍55125，以 0.5遞增。8.溫度以 8 位數字量讀出。9.溫度數字量轉換時間 200ms（典型值） 。10.用戶可定義的非易失性溫度報警設置。11.報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度的器件。12.應用包括溫度控制，工業系統，消費品，溫度計或任何熱感測系統 (B)ROM 操作品令 ：總線主機檢測到 DSl820 的存在，便可以發出 ROM 操作命令之一，這些命令如 指令 代碼 1.Read ROM(讀 ROM) 33H 2.Match ROM(匹配 ROM) 55H 3.Skip ROM(跳過 ROM) CCH 4.Search ROM(搜索 ROM) F0H 5.Alarm

33、 search(告警搜索) ECH (C)存儲器操作命令 指令 代碼 1.Write Scratchpad(寫暫存存儲器) 4EH 2.Read Scratchpad(讀暫存存儲器) BEH 3.Copy Scratchpad(復制暫存存儲器) 48H 4.Convert Temperature(溫度變換) 44H 5.Recall EPROM(重新調出) B8H 6.Read Power supply(讀電源) B4H (D)DS18B20 管腳功能表，如表 3.1 所示表 3.1 DS18B20 管腳功能表3.4.2 溫度采集電路溫度采集電路只有一個 DS18B20 溫度傳感器，它與單片機

34、的接口比較簡單，如圖 3.8 所示。只要給傳感器 5V 的供電并把它的單總線接到單片機的 P 口就可以了。 圖 3.8 溫度采集電路引腳序號引 腳 名 稱功 能1GND接地2DQ數據輸入/輸出腳3VDD接 5V 電源3.5 溫度控制電路設計 本系統采用繼電器進行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當 P 口輸出高電平時，經反相驅動器 7406 變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進而是 Q3 導通，因而繼電器的線圈通電,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與單片機的接口如圖 3.9 所示。1.當 P1.7 輸出高電平時，燃燒器通電，燃燒器對鍋爐加熱，進行加熱處理。2.當 P1.7 輸

35、出低電平時，燃燒器斷電，燃燒器對鍋爐加熱，不進行加熱處理。 圖3.9 溫度控制電路3.6 水位控制電路鍋爐在正常加溫工作情況下，同時對鍋爐液位檢測。當鍋爐的水位滿足條件時開始工作。本系統設計利用普通水的導電性質采用不繡鋼管作為測量液位的器件，放于鍋爐上下限的金屬棒是否正在導電的情況判斷鍋爐的水位是不是在上下限范圍之間，單片機通過采集的水位變化的信號，發出對給水泵控制的命令，控制鍋爐內水位符合條件。 圖 3.10 水位檢測電路如圖3.10水位檢測電路所示，金屬棒1放于水位上限位置，金屬棒2放于水位下限位置，金屬棒3放于水位以下比較遠點的位置。其中金屬棒1和金屬棒2用限流電阻分別與單片機相連接，金

36、屬棒3接+5v的電源。單片機不斷的檢測單片機端口p1.2和p1.3的電平情況。(1)當P1.2高電平和P1.3高電平時，即實際水位在水位上限以上的位置，這時系統發出報警命令,系統停止工作。(2)當P1.2高電平和P1.3低電平時，即實際水位在水位上限和水位下限之間的位置，單片機不進行處理，即保持給水泵的狀態不變。(3)當P1.2低電平和P1.3低電平時，即實際水位在下限以下的位置，這時系統控制給水泵工作，鍋爐開始加水，并報警。圖3.11 水位控制電路當鍋爐水位處與水位下限值的時，單片機P1.4口輸出一個高電平，繼電器接通，此時給水泵通電，給水泵開始工作給鍋爐加水。3.6 顯示電路設計圖 3.1

37、2 為 LCD1602 引腳分配圖。其引腳說明見表 3.2。LCD1602 是具有 4 位/8 位并口可選接口方式的液晶顯示模塊，它能同時顯示兩行字符，每行有 16 個字符。字符以 5*7 點陣形式顯示。其字符中共有 160 種字符。人選指令有 11 條（清屏、返回、輸入方式設置、顯示開關控制、移位、功能設置、CGRAM 地址設置、DDRAM 地址設置、讀忙信號及地址高數器、寫數據、讀數據） ，內部有 80 字節的 RAM，8 位數據接口，另外三根控制總線用于完成對寫和讀數據或指令時序控制。由該模塊構成的液晶顯示方案與 LED 點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多。 3

38、.12 LCD1602 引腳分配圖(1)LCD1602 引腳說明表 3.2 LCD1602 引腳說明管腳號符號功能1 VCC電源地（GND）2VDD電源電壓（+5V）3VL寄存器選擇輸入端，輸入 MPU 選擇模塊內部寄存器類型信號；RS=0，當 MPU 進行寫模塊操作，指向指令寄存器；當 MPU 進行模塊操作，指向地址計數器；RS=1，無論 MPU 讀操作還是寫操作，均指向數據寄存器4RS讀寫控制輸入端，輸入 MPU 選擇讀/寫模塊操作信號；R/W=0 讀操作；R/W=1 寫操作讀寫控制輸入端，輸入 MPU 選擇讀/寫模塊操作信號；5 R/WR/W=0 讀操作；R/W=1 寫操作6E讀操作時，

39、高電平有效；寫操作時，下降沿有效7DB0數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB38DB1數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB39DB2數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位3 表 3-2 LCD1602 引腳說明續表方式通訊時，不使用 DBODB10DB3數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB311DB4數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB312DB5數據輸入/輸出口，MP

40、U 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB313DB6數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB315DB7數據輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數據傳送通道 4 位方式通訊時，不使用 DBODB3 16BL+ BL-背光正端+5V 背光的負端 0V(2)LCD1602結構塊圖。如圖3.13所示為LCD1602結構塊圖，指明了LCD1602內部結構模塊。圖3.13 LCD1602結構塊圖本系統采用LCD1602作為顯示模塊，它可以方便的和單片機接口，其主要功能是顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫

41、度值。其中VDD接5V電源用于顯示LCD液晶顯示芯片的工作,VL串接阻值1.8K歐姆為了調節LCD液晶顯示芯片字符的亮度，當阻值越大時，LCD液晶顯示越模糊。用滑動變阻器能更好的調節LCD液晶字符顯示的亮度，合適于鍋爐的水位于水溫的觀察。BL+接5V電源是調節顯示顯示LCD液晶顯示芯片是顯示背光的亮度。LCD液晶顯示電路如圖3.14所示。 圖3.14 LCD液晶顯示電路3.7 報警電路設計本系統采用蜂鳴器進行報警,并用兩個LED指示燈表示工作狀態，紅燈亮綠燈滅表示報警;紅燈滅綠燈亮表示正常工作。該部分電路與單片機的接口如圖3.15所示。 圖3.15 報警電路電路由限流電阻R1、三極管Q1、兩個

42、二極管和蜂鳴器組成。這個電路并不是一般的放大電路，三極管不是工作在放大狀態，而是工作在飽和狀態和截止狀態。當基極為低電平時，晶體管處于飽和狀態，飽和電壓為UCES=0. 3V，此時，蜂鳴器鳴叫。當基極為高電平時，晶體管截止，相當于開路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴叫。3.8 穩壓電源電路設計78 系列三端穩壓器是最長見的集成穩壓器件。具有過熱，過流，調整管安全工作區保護功能。性能優良，可靠性搞。同時又由于器件只有三個引腳，所以使用簡單方便，價格低廉，應用廣泛。穩壓電源電路如圖 3.16 所示，從 J1 輸入 912V 的直流電，打上開關，經 C1和 C2 濾波后，加到 7805 穩壓塊的輸入端，

43、再從其輸出端輸出穩定的+5V 的電壓。因為在本設計中，電路中均采用低功耗的器件，所以穩壓塊并不需要加散熱片。此外，由電阻 R2 和發光二極管 D4 組成電源指示電路具有上電指示作用。圖 3.16 穩壓電源電路3.9 按鍵電路設計本系統為符合實際要求，進入系統之前首先對溫度報警值的設置。本系統有三個按鍵分別為 K1,K2,K3.如圖 3.17 所示。(1) K1 設置鍋爐溫度報警值的溫度值增加按鍵。K1 每按下一次，溫度報警值顯示加比上一次值增加一度。(2) K2 設置鍋爐溫度報警值的溫度值減少按鍵。K1 每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值減少一度。 (3) K3 溫度報警值確定值。圖 3.1

44、7 按鍵電路設計4 系統軟件設計本章講述的系統軟件設計包括鍋爐溫度控制的單片機程序設計以及構成系統的各部分子程序設計。4.1 主流程圖設計鍋爐溫度控制系統的單片機程序設計主流程圖如圖 4.1 所示。本系統進入執行時先對鍋爐水位進行與設定的水位上下限進行判斷，然后按條件不同處理結果。當鍋爐水位滿足條件的時候再對鍋爐的水溫采樣監控，并進行相應的處理。圖 4.1 軟件主流程4.2 中斷程序程序中斷服務程序序K1 是否按下加 1 并示K2 是否按下減 1 并顯示K3 是否按下返回是是是否否否圖 4.2 中斷服務程序4.3 DS18B20 溫度采集子程序設計DS18B20有嚴格的協議來確保其數據的完整性

45、。協議包括幾種單線信號類型：復位脈沖，存在脈沖，寫0、寫1、讀0、讀1。所有這些信號類型除存在脈沖外，其它的信號均由總線主機產生。開始與SD18B20進行任何通信。都要對其進行初始化，在接收到復位脈沖后，再對SD18B20進行正確的ROM命令和存貯器操作命令。在總線主機初始化過程，主機通過拉高單總線，以產生復位脈沖。接著，在主機釋放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，接著產生延時，接著通過拉低總線，以產生存在脈沖。DS18B20溫度采集子程序流程圖如圖4.3所示。開始檢測DS18B02是否存在跳過 EOM 匹配是發出溫度轉換 命令跳過 ROM

46、匹配發出溫度讀取命令保存采集的溫度結束否圖4.3 DS18B20溫度采集子程序流程圖4.4 LCD 液晶顯示子程序設計本系統采用是 16*2 的 LCD1602，單片機對其初始化，然后將需要顯示的字符在 LCD 存儲的地址和要求在 LCD 顯示的地址送出，再檢測 LCD 是否處在忙碌不能接收命令或數據的狀態，檢測到 LCD 空閑時就可以寫數據顯示了。LCD 液晶顯示子流程圖如圖 4.4 所示，具體實現過程請查閱附錄 LCD 液晶顯示子程序。開始LCD 液晶顯示模塊初始化將需要的顯示信息和 LCD 的地址送出檢測 LCD是否忙碌寫數據顯示結束否是圖 4.4 LCD 液晶顯示子流程圖總 結本設計通

47、過單片機的控制，實現了鍋爐溫度控制的基本功能，利用繼電器控制燃燒器的工作，并且對鍋爐水位進行控制，并通過顯示屏顯示出水溫水位的狀態信息，確保了能夠在正常范圍下工作。系統中以 AT89S51 芯片作為控制芯片，采用一線總線的溫度傳感器 DS18B20，用 LCD1602 液晶顯示模塊顯示水溫水位的狀態信息，這些都得使硬件電路變得簡單，性能得到提高。而且有蜂鳴器進行報警，使得本設計在應用上更加安全。在本次設計中，我不但鞏固了基礎知識，而且鍛煉了自己的學習能力，通過查閱資料，了解了大量課堂上學不到的東西，為以后的工作和學習打下了夯實的基礎，但遺憾的是本設計并未通過了實物模擬，在實際應用上肯定存在著不

48、少缺欠。希望以后能做出實物，發現設計上的缺欠，并加以改進，完善本系統的設計。致 謝經過 2 個多月的努力，本設計終于完成了，在完成之際我要真摯的感謝吳文波老師，是吳老師一直以來給予本設計的巨大幫助，使本設計才得以順利完成。同時也非常感謝電信學院的每一位老師，是他們傳授本人專業知識。師恩深重，無以為報，特在此向老師們致以本人最崇高的敬意和最衷心的感謝！本設計的完成也離不開同學的幫助，感謝他們對我的設計提出的寶貴意見。本設計參考了大量的文獻資料，向各學術界的前輩們致敬！同時在此還要感謝答辯組的老師，感謝他們在百忙之中評閱本人的設計。 參考文獻1 潘永雄,張曉薊.新編單片機原理與應用M.西安:西安電

49、子科技大學出版社,2002.2燃油燃氣鍋爐房設計手冊編寫組.燃油燃氣鍋爐房設計手冊M.北京:機械工業出版社，1998.3 張仁青，李彥，朱傳堂等，燃油、燃煤氣、燃煤鍋爐房的對比和展望J.江蘇暖通空調制冷,1998,3:7-11.4 YLZK-C42 型全自動常壓油爐電腦控制器使用說明書M.南京二南京仁泰鍋爐白控設備有限公司.5 陳兆煊，陳偉權.燃油、燃氣常壓熱水爐國內外發展應用概況分析和建議J.工業鍋爐，1998,3:71-74.6 李之光等常壓熱水鍋爐及其供暖系統M.北京:機械工業出版社，1992.7 李曉光，鹿道智，于惠君等.小型然油燃氣鍋爐M大連:大連理工大學出版社，1999.8 何立民

50、.單片機應用技術選編M.北京:北京航空航大大學出版社，2000.9 胡漢才.單片機原理及其接口技術M.北京:清華大學出版社，1996.10 胡建，劉玉賓，朱煥立.單片機與接口技術M.北京:機械工業出版社，2004.11 高鋒.單片微機應用系統設計及實用技術M.北京:機械工業出版社，2004.12 肖玲妮，袁增貴，Protel 99 SE 印刷電路板設計教程M.北京:清華大學出版社，2003.13陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術M.北京：高等教育出版社.14 高才蘋.新型供熱鍋爐手冊M.上海:上海交通大學出版社，2002.15 超欽新，惠世恩.燃油 燃氣鍋爐M.西安:西安交通大學出版社,1999.1

51、6 Jams M. Sihigtrolh. Understanding Small MicrocontrollerM. PTR PrenticeHall, 1993,112-123.17 Motorola, Microcontroller Setectro Guide. QuarterM.2001,4:146-157.18K.J.Astrom. T.Hagglund, The future of PID control,Control Engineering Practice 9 M(2001)1163-117519Ljung L, System Identification Users Gu

52、ide, MadiWorks,IncM. 1997 附 錄附件 A:總程序TEMP_ZH DATA 24H ;實時溫度值存放單元 TEMPL DATA 25H ;溫度存放低八位 TEMPH DATA 26H ;溫度存放高八位 TEMPHC DATA 29H ;存放百位數和十位數BCD TEMPLC DATA 2AH ;存放個位數和小數BCD BOILER_SW EQU P1.2 ;給水泵開關 WATER_SW_H EQU P1.7 ;燃燒器開關 K1 EQU P24 ;報警溫度值溫度增加 K2 EQU P2.5 ;報警溫度值減少 K3 EQU P2.6;設定報警溫度確定鍵 GREEN EQU

53、P1.0 ;綠燈為正常工作指示燈 RED EQU P1.1 ;紅燈為報警指示燈 TEMP_AL EQU 21H ;溫度報警值存放單元 TEMP_AL1 EQU 31H ;存放報警溫度值的個位 TEMP_AL2 EQU 32H ;存放報警溫度值的十位 WATER_AL1 EQU 33H ;當前水位的個位數存放單元 WATER_AL2 EQU 34H ;當前水位的十位數存放單元 WATER_LEVEL EQU 22H ;當前水位存放單元 WATER EQU 28H ;當前水位存放單元 SPK EQU P3.7 ;蜂鳴器引腳定義 LCD_X EQU 2FH ;LCD 地址變量 LCD_RS EQU

54、P2.0 ;數據/指令寄存器選擇輸入端 LCD_RW EQU P2.1 ;讀寫控制輸入端 LCD_EN EQU P2.2 ;使能信號輸入端 FLAG1 EQU 2FH.7 ;DS18B20是否存在標記 FLAG EQU 2FH.6 ;報警標記 DATE_LINE1 EQU P3.3 ;通道1DS18B20數據口;= ORG 0000H JMP MAIN;跳到主程序入口MAIN: MOV SP,#60H;設置堆棧 MOV A,#00H MOV R0,#20H ;將 20H-2FH 單元清零 MOV R1,#10HCLEAR: MOV R0,A INC R0 DJNZ R1,CLEAR MOV W

55、ATER,#50 MOV TEMP_AL,#23 CALL SET_LCD;對 LCD 做初始化設置及測試,并寫自定義數據入CGRAM CALL TEMP_SET;顯示設定溫度報警值的信息 MOV A,#0C9H;設定溫度攝示度標記的顯示位置 CALL TEMP_BJ ;顯示溫度攝示度的標記 LCALL DIS_TEMP;顯示初始化的報警溫度MAIN1: MOV 20H,#0 LCALL KEY;調用按鍵掃描程序 JNB 20H.0,DEC_TEMPADD_TEMP: INC TEMP_AL;報警濕度值加1 LCALL DIS_TEMP;顯示改變后的報警溫度 AJMP MAIN1DEC_TEM

56、P: JNB 20H.1,CONFIRM DEC TEMP_AL;報警濕度值減1 LCALL DIS_TEMP;顯示改變后的報警溫度 AJMP MAIN1CONFIRM: JNB 20H.2,MAIN1 ;如果沒按任何鍵就返回MAIN1繼續掃描 ;SETB SPK; LCALL DIS_TEMP1 CALL MENU_OK1;LCD顯示溫度采集和水位控制信息 LCALL DIS_TEMP1 ;顯示已設定的溫度報警值 MOV A,#0CEH;當前溫度攝示度標記的顯示位置 CALL TEMP_BJ ;顯示當前溫度攝示度的標記 ;SETB SPK; SETB RED ;CLR GREEN LJMP

57、START;=DIS_TEMP: MOV A,TEMP_AL ;顯示改變后的報警溫度 MOV B,#10 DIV AB MOV TEMP_AL2,A;保存溫度報警值的十位數 MOV LCD_X,#7 ;設置位置 CALL SHOW_DIG2;顯示報警溫度值的十位 INC LCD_X MOV A,TEMP_AL MOV B,#10 DIV AB MOV A,B ;個位 MOV TEMP_AL1,A;保存溫度報警值的個位數 CALL SHOW_DIG2;顯示報警溫度值的個位 RET;=DIS_WATER: MOV A,WATER;顯示當前水位的值 MOV B,#10 DIV AB MOV WATE

58、R_AL2,A;保存溫度報警值的十位數 MOV LCD_X,#7 ;設置位置 CALL SHOW_DIG1;顯示報警溫度值的十位 INC LCD_X MOV A,WATER MOV B,#10 DIV AB MOV A,B ;個位 MOV WATER_AL1,A;保存溫度報警值的個位數 CALL SHOW_DIG1;顯示報警溫度值的個位 RET;=;=DIS_TEMP1: MOV A,TEMP_AL ;顯示已設定的溫度報警值 MOV B,#10 DIV AB MOV TEMP_AL2,A;保存溫度報警值的十位數 MOV LCD_X,#3 ;設置位置 CALL SHOW_DIG2;顯示報警溫度值

59、的十位 INC LCD_X MOV A,TEMP_AL MOV B,#10 DIV AB MOV A,B ;個位 MOV TEMP_AL1,A;保存溫度報警值的個位數 CALL SHOW_DIG2;顯示報警溫度值的個位 RET;=START: CALL RE_18B20_1;檢測通道1的DS18B20是否存在,并設置12位精確度 CALL RESET1 ;18B20復位子程序,檢測18B20是否存在 JNB FLAG1,START11 ;如果DS1820不存在則跳START11; CALL MENU_OK1;如果存在則顯示OK; MOV A,#0CEH; CALL TEMP_BJ ;顯示溫度攝

60、示度的標記 JMP START21START11: CALL MENU_ERROR1;如果不存在則顯示ERROR MOV A,#0CBH CALL TEMP_BJ ;顯示溫度攝示度的標記 JMP STARTSTART21:;檢查到有溫度傳感器后的處理 CALL RESET1;18B20復位子程序,再次檢測18B20是否存在 JNB FLAG1,START11 ;DS1820不存在則轉到START11報錯 MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 CALL WRITE1 MOV A,#44H ; 發出溫度轉換命令 CALL WRITE1 CALL RESET1 MOV A,#0CCH ; 跳過