1、微處理器原理與接口課程設計設計題目：單片機的鍋爐報警系統學 院：電子工程學院年 級：專 業：姓 名：學 號：指導教師： 年 月 日目錄1緒論.1 1.1背景資料.1 1.2鍋爐系統的一般結構及工作原理.1 1.3系統簡介.22設計原理及論證.3 2.1設計原理.3 2.2方案論證.33系統硬件設計.4 3.1單片機最小系統.4 3.2A/D轉換電路.5 3.3熱敏電阻電路.5 3.4顯示電路.6 3.5報警電路.84軟件設計.8 4.1主程序流程圖設計.8 4.2AD轉換及LED顯示流程圖.95相關程序.106結論.13參考文獻.141.緒論 1.1背景資料當今，環境與發展已成為人類社會面臨的

2、兩大課題，而這些問題的解決無一不與能源密切相關。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產量的三分之一。同時，鍋爐燃用的主要是中、低質煤，工業污染十分嚴重；而且鍋爐形式比較陳舊，生產效率和自動化程度低，這又進一步加重了環境污染的程度。因此，調整能源消費結構，逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強環境保護、實施可持續發展戰略的措施之一。其中油、氣燃料作為優質、高效、環保型清潔能源有著廣闊的應用前景。我國的鍋爐生產自動化程度長期以來一直都較發達國家落后許多。目前運行的各行業的鍋爐有50多萬臺，其中相當一部分還在使用常規儀表進行控制，有的甚至還處在人工加常規儀表的半自動控制狀態。這樣不僅難

3、以做到平穩操作，安全生產也沒有確定的保證，人工的勞動強度大，生產條件差。工業鍋爐現在仍然是工業生產和生活上應用廣泛的熱能動力設備，如果能順應發展將其智能化，不僅能節省人力物力，還能有效的防止事故的發生。 1.2鍋爐系統的一般結構及工作原理鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉換設備.其作用就是有效地把燃料中的化學能轉換為熱能，或再通過相應設備將熱能轉化為其它生產和生活所需的能量形式，長期以來在生產和居民生活中都起很重要的作用。鍋爐是工業過程中不可缺少的動力設備，鍋爐的任務是根據外界負荷的變化，輸送一定質量(汽壓、汽溫)和相應數量的蒸汽。它所產生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學反應、干燥等過程提供熱源，而

4、且還可以作為風機、壓縮機、泵類驅動透平的動力源。鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。“鍋”就是鍋爐的汽水系統，如圖1-1所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、過熱器5、上升管7、給水調節閥2、給水母管1及蒸汽母管6等組成。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經下降管進入鍋爐底部的下聯箱，又經爐膛四周的水冷壁進入上聯箱，隨即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收爐內火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發成蒸汽，成為汽水混合物。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進入下降管參加循環，汽則由汽包頂部的管

5、子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達到規定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。圖1-1鍋爐的汽水系統“爐”就是鍋爐的燃燒系統，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預熱器等組成。鍋爐燃料燃燒所需的空氣由送風機送入，通過空氣預熱器，在空氣預熱器中吸收煙氣熱量，成為熱空氣后，與燃料按一定的比例進入爐膛燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發生系統，產生飽和蒸汽。然后經過過熱器，形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經過負荷設備調節閥供負荷設備使用。與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還預熱鍋爐給水和空氣，最后經煙囪排入大氣。 1.3系統簡介 單片機是現當今

6、非常實用的操控系統，很多的智能化控制都可以用其實現。單片機由CPU、存儲器、輸入、輸出等部件組成，相當于一臺微型計算機。隨著技術的進步它的性能不斷提高和完善，具有體積小、速度快、功耗低、工作穩定、抗干擾能力強的特點。為了實現對鍋爐的溫度監測和報警本文介紹了一種以單片機i80c31為核心的控制模塊，ADC0809模數轉換器，并結合數碼管、報警電路為一體的鍋爐監控系統。將熱敏電阻傳感器采集到的模擬量傳給ADC0809進行模數轉換，再傳給單片機進行控制，實現溫度顯示和報警。2.設計原理及論證 2.1設計原理利用51單片機作為主控制器，將熱敏電阻組成的傳感器采集到的數據經過ADC0809進行轉換，轉換

7、后的結果發送給單片機，單片機根據接收到的數據首先進行LED顯示，然后判斷此溫度值與事先設定的鍋爐溫度上下限度的大小關系，如果低于下限黃燈亮，如果高于上限值綠燈亮，正常則無變化。整體框圖如下：LED顯示單片機溫度傳感器LED燈報警A/D 2.2方案論證單片機應用在檢測、控制領域中具有如下特點，單片機具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、運行速度快、抗干擾能力強、性價比高、可靠性高等特點，結構靈活，數據基本上都在單片機內部傳送，易于組成各種微機應用系統。它既可用于工業自動控制等場合，又可用于機電一體化產品、智能儀器、測量儀器、醫療儀器、家用電器等領域，在過程控制、計算機網絡及通訊等方面得到廣泛應用。

8、A/D轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。A/D轉換后，輸出的數字信號可以有8位、10位、12位和16位等。以上兩個方面就可以看出設計的方案的主要部分理論是可以實現的，并且根據現在的熱門發展方向用單片機制作有很多的優勢和便利，所用到的ADC0809也是極其普遍常用的模塊，由于本設計并不需要太高的精度，不必使用位數更高的AD來進行設計。3.系統硬件設計3.1單片機最小系統該設計中除了熱敏電阻電路其余電路均由實驗臺提供

9、，實驗臺上提供了51單片機的最小系統并做了相關設定。1）、微處理器：i80c31，它的P1口、P3口皆對用戶開放，供用戶使用。2）、時鐘頻率：6.0MHz3）、存儲器：程序存儲器與數據存儲器統一編址，最多可達64k，板載ROM(監控程序27C256)12k；RAM1(程序存儲器6264)8k供用戶下載實驗程序，可擴展達32k；RAM2(數據存儲器6264)8k供用戶程序使用，可擴展達32k。(RAM程序存儲器與數據存儲器不可同時擴至32k，具體與廠家聯系)。（見圖1-1：存儲器組織圖）。在程序存儲器中，0000H-2FFFH為監控程序存儲器區，用戶不可用，4000H-5FFFH為用戶實驗程序存

10、儲區，供用戶下載實驗程序。數據存儲器的范圍為：6000H-7FFFH，供用戶實驗程序使用。注意：因用戶實驗程序區位于4000H-5FFFH，用戶在編寫實驗程序時要注意，程序的起始地址應為4000H，所用的中斷入口地址均應在原地址的基礎上，加上4000H。例如：外部中斷0的原中斷入口為0003H，用戶實驗程序的外部中斷0的中斷程序入口為4003H。中斷名稱 8051原中斷程序入口 用戶實驗程序響應程序入口外中斷0 0003H 4003H定時器0中斷 000BH 400BH外中斷1 0013H 4013H定時器1中斷 001BH 401BH串行口中斷 0023H 4023H表1-1：用戶中斷程序入

11、口表利用這些提供的基本硬件電路就可以進行相關的設計。 3.2 A/D轉換電路電路原理：八路八位A/D實驗電路由一片ADC0809，一片74LS04，一片74LS32組成，該電路中，ADIN0ADIN7是ADC0809的模擬量輸入插孔，CS0809是0809的AD啟動和片選的輸入插孔，EOC是0809轉換結束標志，高電平表示轉換結束。齊納二極管LM336-5提供5V的參考電源，ADC0809的參考電壓，數據總線輸出，通道控制線均已接好。由于本設計只需要一個模擬輸入量，規定運用IN0口，在設計時將片選信號CS0809接CS0口，轉換結束標志位EOC接INT0，然后通過編程進行控制，下圖為實驗臺AD

12、0809模數轉換部分。 3.3熱敏電阻電路熱敏電阻為一種阻值隨溫度變化的電阻，按其變化關系可分為兩類：正溫度系數（簡稱PTC）和負溫度系數（簡稱NTC）。PTC元件的阻值隨溫度的上升而上升，NTC元件的阻值隨溫度的上升而下降。本模塊中使用的為NTC型熱敏電阻,在常溫(25)下其阻值為10K。通過熱敏電阻的電阻隨著溫度變化的特點，再通過公式計算可以得出電壓和溫度變化的關系，再將得到的電壓值送給AD轉換為八位二進制數，再通過公式轉換為溫度值給顯示電路顯示。其電路如下：圖中J1、J2、J3分別對應于模塊上的V1、Vzero、Vout插孔，R3對應與ZERO電位器，用于偏置電壓調節；R9對應于GAIN

13、電位器，用于增益調節。使用時，可先將電路增益調節為1，具體做法如下：調節ZERO電位器，使Vzero為0V，用萬用表分別測量V1、VOUT端電壓，調節GAIN電位器，使V1=Vzero，此時電路增益為1。這樣輸出的電壓就可以直接帶入計算公式算出相應溫度。 3.4顯示電路單片機應用系統最常用的顯示器是LED（發光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數字、字符及系統的狀態，它們的驅動電路簡單、易于實現且價格低廉，因此，得到廣泛應用。常用的LED顯示器有LED狀態顯示器（俗稱發光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數碼管）和LED十六段顯示器。發光二極管可顯示兩種狀態，用于系統狀態顯

14、示；數碼管用于數字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。由于本系統中沒有顯示字符，故而選擇數碼管就可以滿足要求了。本系統選用數碼管來顯示鍋爐的運行是否正常。數碼管靜態顯示是指數碼管顯示某一字符時，相應的發光二極管恒定導通或恒定截止。這種顯示方式的各位數碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。動態顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數碼管的段選線相應并聯在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線

15、（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態方式顯示時，各數碼管分時輪流選通，要使其穩定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管，并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一位數碼管，并送出相應的段碼，依此規律循環，即可使各位數碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。采用動態顯示方式比較節省I/O口，硬件電路也較靜態顯示方式簡單，但其亮度不如靜態顯示方式，而且在顯示位數較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。黃燈報警Y各個模塊初始化LED顯示紅燈報警AD信號采集處理NAD值是否越上界Y主

16、程序的設計從初始化各個模塊開始，然后通過AD0809完成對信號的采集與處理，將模擬信號變為數字信號以后，所采集的信號輸入單片機，通過單片機判斷所采集的數據和預設的數據相比較，看是否所采集的數據超過了預設的數據，若超出預設數據，則程序直接跳入報警電路，若沒有越界則在數碼管上循環顯示。4.2 AD轉換及LED顯示流程圖開始從R1,R2,R3中取轉換結果，前半字節分別送50，52，54H，后半字節送52,53,55H單元啟動通道0通道號00送R4關中斷開中斷寫顯示緩沖器RAM命令字等待啟動通道1顯示單元首址50H送R0通道號01送R4從顯碼表中取相應的段顯碼段顯碼輸出開中斷等待R0指向下一個顯示單元

17、啟動通道2R7計數值減一，等于0？通道02送R4延時開中斷 等待通過以上的程序流程圖設計AD轉換程序，可以將電壓值轉換為二進制數，在實際操作中發現AD采樣會因為干擾而產生誤差導致溫度產生誤差，可以通過多次采樣來判斷到底是干擾還是正確值。最終可以在數碼管上看到測量溫度。4. 相關程序根據所學知識設計中相應的程序利用匯編語言編寫。AD0809IN0 EQU 0CFA0H ;ADC0809的CS信號，選中IN0CON8279EQU 0CFE9H ;8279控制口地址DATA8279 EQU 0CFE8H ;8279數據口地址ORG 0000HLJMP START0ORG 0100HSTART0:MO

18、V DPTR,#CON8279 ;8279命令口地址MOV A,#0D1H ;清顯示命令字MOVX DPTR,AWAIT: MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAITSTART: MOV DPTR,#AD0809IN0 ;啟動通道0MOVX DPTR,AMOV R6,#0FFHLOOP1: DJNZ R6,LOOP1 ;等待轉換結果MOVX A,DPTRMOV R1,AL0: MOV A,R1SUBB A,#54HJNC L1MOV R2,#0AHMOV R3,#03BHMOV R4,#19HMOV 50H,#01H ;10攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#00HLCALL

19、JIALCALL CLLJMP LOOPL1:MOV A,R1SUBB A,#6FHJNC L2MOV R2,#09HMOV R3,#054HMOV R4,#19HMOV 50H,#02HMOV 51H,#00HMOV R7,#01HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL2:MOV A,R1SUBB A,#7DHJNCL3MOV R2,#05HMOV R3,#06FHMOV R4,#0DHMOV 50H,#02H ;25攝氏度MOV 51H,#05HMOV R7,#02HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL3:MOV A,R1SUBB A,#8AHJNC L4

20、MOV R2,#05HMOV R3,#7DHMOV R4,#0EHMOV 50H,#03H ;30攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#02HLCALL JIAMOV A,50H ;如果是20幾度要加5攝氏度SUBB A,#03HJNC TECLR CMOV A,51HADD A,#05HMOV 51H,ATE:LCALL CLLJMP LOOPL4:MOV A,R1SUBB A,#0A3HMOV R2,#0AHMOV R3,#8AHMOV R4,#19HMOV 50H,#04H ;40攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#03HLCALL JIALCALL CLLJMP LO

21、OPLOOP: MOV DPTR,#CON8279 ;寫顯示RAM命令字 MOV A,#90H ;選中LEDMOVX DPTR,AMOV R0,#50H ;存放轉換結果地址初值送R0MOV R1,#02H ;保證50，51H中數據都顯示MOV DPTR,#DATA8279 ;8279數據口地址DL0: MOV A,R0ACALL TABLE ;轉換為顯碼MOVX DPTR,A ;送顯碼輸出INC R0DJNZ R1,DL0LCALL DEL1LJMP STARTDEL1: MOV R6,#255 ;延時一段時間使顯示穩定DEL2: MOV R5,#255DEL3: DJNZ R5,DEL3DJ

22、NZ R6,DEL2RET CL:MOV A,50H ;報警程序MOV R0,#51HSWAP AORL A,R0 ;將模擬量高低位結合C0: CJNE A,#16,C1LCALL CHAJMP CENDLC1:DEC AJNZ C0SETB P1.1 ;小于10攝氏度CLR P1.0CENDL: NOP RETCH: MOV A,50HMOV R0,#51HSWAP AORL A,R0C2: CJNE A,#48,C3SETB P1.0 ;大于30攝氏度AJMP CENDHC3:DEC ACJNE A,#0AH,C2CLR P1.0 ;正常范圍CENDH: CLR P1.1RETJIA:CLR C ;模擬量轉換為溫度值MOV A,R1SUBB A,R3MOV B,R2MUL ABMOV B,R4DIV ABMOV 52