单片机控制的锅炉防爆系统设计方案

1 单片机控制的锅炉防爆系统 设计方案 1、题目来源： 本题来自于生产实际。 2、研究目的和意义 锅炉是特种压力容器设备，是工业生产和居民生活广泛应用的供热装置。传统的锅 炉设备自动化水平低，安全性能差，热量利用率低，污染严重，生产成本高，司炉工工 作强度高我国现有大、中型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的 2/5，另外 还有更多的小型采暖锅炉。目前大多数锅炉仍处于能耗高、浪费大、对环境污染比较严 重的生产状态，因此，利用单片机技术提高锅炉自动化水平，对节能、环保诸方面意义 重大，符合世界高新技术的发 展潮流，是用低成本自动化技术武装传统设备的一项具有 深远意义的工作。 单片机又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支单片机是 70 年代中期发展起 来的一种大规模集成电路芯片，是集 I/O 口和中断系统于同一硅片的器件由 于单片机具有功能强，体积小，耗电少，可靠性好和价格便宜等独特优点，成为传统工 业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广阔的发展前景 。 利用单片机技术对锅炉进行自动系统改造后，锅炉的自动化水平和热量利用率大大 提高，控制更加精确安全，所需劳动力大大减少，劳动强度和劳动环 境也得到很好改善， 成本也大幅度下降 。 4、 国内外现状和发展趋势 随着技术的发展和人们对低工耗低污染的要求，国内外的工程技术人员都不断的研制开发或改进各种新型锅炉。在发达国家，大部分居民已采用电热式采暖系统。该系统控制简单，高效无污染。得到人们的普遍青睐。但在国内，由于我国电力资源比较吃紧，而我国又具有世界第一的储煤量，再加上我国人口众多，城市中居民生活比较集中。所以采用燃煤式采暖系统比较符合国情。在国内锅炉的研究领域中，一般都是由工业锅炉的研究带路。工业锅炉大多采用 制， 制成本很高，而且控制和通讯能力，反应的灵敏性方面都不如单片机。就目前现状，单片机控制的多采用 8051 单片机，该类型单片机往往需要扩展大量的外部存储器，并行 I/O 口等， 导致在软件编程中问题复杂化，提高了不稳定性。新型单片机的发展很快，各方面的功能与以前相比都得到了加强，因而采用新型单片机已是控制方面的一种趋势。 5、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路 （ 1） 主要研究内容 1 单片机的选型，内部分配及外部接线，组态软件的选择； 2 单片机组态软件软件的 应用； 3 传感器的选型，各种数据的采集和控制； 4 单片机的锅炉控制系统设计改造的软件设计。 （ 2） 重点研究的关键问题 单片机控制系统的结构以及各种传感器（温度、压强）的基本工作原理。 （ 3） 解决思路 1 搜集及了解相关的温度、压强控制系统的原理及特点，进行分析比较、科学合理的制定设计方案。介绍各种传感器基本工作原理，工作特点及其相应电路的工作原理。 2 熟悉 件，特 别是程序的开发和调试。 3 熟练掌握 片机的各项原理及应用。 （ 4） 毕业设计的思路 本系统由 片机控制，采用温度和烟雾两种传感器探测锅炉易爆处各阶段的温度和压强，经检测电路和压频转换后送 行判断，由声音和灯光输出报警信号。 系统软件方面是通过单片机的程序设计来实现温度与压强的检测与报警。 （ 5） 系统结构原理图设计 （ 1）硬件系统原理框图 片 机 8255 扩 展 芯 片 声音报警器 键盘 模 数 信 号 转 换 电 路 示器 信 号 放 大 电 路 压强传感器 温度传感器 3 图 1 硬件系统原理框图 6、 完成毕业设计（论文）所必须具 备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法 本论文主要通过 件 对 单片机控制的机车火灾报警系统 进行仿真调试 ，理论上最终实现了对 单片机控制的机车火灾报警系统 的控制 。 完成本毕业设计所需条件：计算机，辅助软件软件， 图书馆查阅相关资料以及上网查阅相关资料，与指导老师交流设计心得。 7、工作的主要阶段、进度与时间安排 第一阶段：阅读并翻译与毕业设计相关的外文资料。 （ 第二阶段：初步阅读与毕业论文相关的资料，撰写开题报告。 （ 第三阶段：课题方案的研究与论证，通过对相关资料的研究设计出一个比较合理、简洁、实用的方案。 （ 第四阶段：系统总体结构分析与设计，做实验，得到数据，设计完善的系统总体。 （ 第五阶段：修改并完善论文，撰写并打印设计说明书，准备答辩。（ 第一、二阶段，以第八学期为起点，三周内交指导老师审阅 ; 第三阶段，以交开题报告为起点，至第七学期末； 第四、五阶段，以第八 学期毕业前为期，即 2013 年五月上旬至 6 月中旬 。 8、指导教师审查意见 灯光报警器 长江大学工程技术学院毕业设计 (论文 )指导教师审查意见 学生姓名 专业班级 毕业设计 (论文 )题目 指导教师 职 称 审查日期 审查参考内容： 毕业设计 (论文 )的研究内容、研究方法及研究结果， 难度及工作量，质量和水平， 存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力， 毕业设计 (论文 )是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩 。 审查意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）： _分 江大学工程技术学院毕业设计 (论文 )评阅教师评语 学生姓名 专业班级 毕业设计 (论文 )题目 评阅教师 职 称 评阅日期 评阅参考内容： 毕业设计 (论文 )的研究内容、研究方法及研究结果， 难度及工作量，质量和水平， 存在的主要问题与 不足。学生掌握基础和专 业知识的情况，解决实际问题的能力， 毕业设计 (论文 )是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩 。 评语： 评阅教师签名： 评定成绩（百分制）： _分 长江大学工程技术学院毕业设计 (论文 )答辩记录及成绩评定 学生姓名 专业班级 毕业设计 (论文 )题目 答辩时间 年 月 日 时 答辩地点 一、答辩小组组成 答辩小组组长： 成 员： 二、答辩记录摘要 答辩小组 提问（分条摘要列举） 学生 回答情况评判 三、答辩小组对学生答辩成绩的评定 （百分制） ： _分 毕业设计 (论文 )最终成绩评定 (依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计 (论文 )评分的相关规定 ) 等级 (五级制 )： _ 答辩小组组长 (签名 ) ： 秘书 (签名 )： 年 月 日 系答辩委员会主任 (签名 )： 系 (盖章 ) V 基于单片机的锅炉防爆控制系统设计 学生：周鹏，信息系 指导老师：周勇，长江大学工程技术学院 摘要 生活锅炉和工厂小型锅炉的防控设置比较简单，爆炸时有发生。为了及时发现锅炉运行过程中可能产生的爆炸隐患，避免恶性事故发生，本文探索了用于锅炉的防爆控制系统。 本文采用大容量闪存、稳定性强的 片机，利用 度传感器、力传感器对锅炉的温度、压力进行检查，设计具备多级 管理功能的锅炉防爆控制系统。通过 晶芯片对锅炉超压、超温进行提示。利用 片机设计出的锅炉防爆控制系统，功能多样、稳定性强，能有效的避免锅炉爆炸，确保锅炉的安全运行。 通过硬件软件的结合设计出的锅炉防爆控制系统能及时发现问题，及时有效地将爆炸隐患消灭在初始阶段，为保卫人类生命，财产以及资源的浪费发挥了重要的作用关键词 锅炉 防爆 传感器 on of of is in of in In to of of of CD TC of is of of of in a in to of an 言 近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，微处理器芯片的集成度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成 储器、定时器 /计数器、并行和串行接口、甚至 A/D 转换器等。人们把这种超大规模集成电路芯片称作“单片微控制器”，简称为单片机。单片机的出现，引起了仪表领域内的一场新的技术革命，以单片机为主体取代了传统的仪器仪表的常规电子线路，可以容易的将计算机技术与测量控制技术结合在一起。组成新一代的所谓“智能化仪器仪表” 。这种新型的智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器使之成为智能仪表的，而目前在仪器仪表中使用得最多的微处理器就是单片机。用单片机作为控制器，已经有许多应用领域 。 同时在传统的锅炉供热系统中，循环泵的启动和停止都由人工操作，而补水泵是由安装在回水管上的电接点压力表控制的。通过电接点压力表设定的回水管补水压力的上下限值，来控制补水泵的停止和工作。其中压力上限值应不大于管道和锅炉所承受 的最大压力，压力下限值应保证系统水不汽化。这种控制就导致了工人劳动强度大，工作环境差。就各工业部门的现实来看，除研制新型节能锅炉意外，对现在旧设备进行技术改造，提高锅炉的自动化程度也是一项重要的途径。 根据题目要求，本毕业课题是单片机控制的锅炉防爆控制系统，硬件设计模块主要由探测模块，报警模块，显示模块等组成。它的基本功能是通过探测器准确探测温度值和压力值，精确判断爆炸隐患是否启动报警。所以确定方案如下：用 接温度及压力探测模块、报警模块以及显示模块，温度探测量值传送到单片 机中，然后传送到显示模块显示，单片机作为处理器进行比较设定值的大小及压力探测器探测的电压变化模拟量和稳定探测器探测到的温度，去共同判断是否报警。 本设计用 片机实现锅炉防爆控制系统，及时准确报告锅炉情况，对系统信息进行处理，对爆炸隐患进行实时、准确、快速的控制。通过对系统硬件与软件的工程设计，掌握电子系统的设计、调试技能，掌握单片机的应用与开发技术。 绪论 第 1 页（共 32 页） 基于单片机的锅炉防爆控制系统 1 绪论 题背景及研究意义 锅炉是一种热能转换设备，由锅和炉两大主体和保证其安全经济连续运行的附件， 仪表附属设备，自控和保护系统组成，水在锅中不断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升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀收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 。锅炉广泛用于水生产和生活中。中小型锅炉作为供暖设备用于提供热水，取暖方面得到了广泛应用。传统的锅炉设备自动化水平低，安全性能差，热量利用率低，污染严重，生产成本高，司炉工工 作强度高 。 我国现有大、中型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占 我国原煤产量的 2/5，另外 还有更多的小型采暖锅炉。目前大多数锅炉仍处于能耗高、浪费大、对环境污染比较严 重的生产状态，因此，利用单片机技术提高锅炉自动化水平，对节能、环保诸方面意义 重大，符合世界高新技术的发展潮流，是用低成本自动化技术武装传统设备的一项具有 深远意义的工作。 单片机又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支单片机是 70 年代中期发展起 来的一种大规模集成电路芯片，是集 I/O 口和中断系统于同一硅片的器件 。 由于单片机具有功能强，体积小，耗电少，可靠性好和价格便宜等独特优点， 成为传统工 业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广阔的发展前景 3。 利用单片机技术对锅炉进行自动系统改造后，锅炉的自动化水平和热量利用率大大提高，控制更加精确安全，所需劳动力大大减少，劳动强度和劳动环境也得到很好改善， 成本也大幅度下降。 统的总体设计思想 目前，世界计算机市场上出现了专门用于工业控制的单片机系列产品，单片机以其体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、功能强的特点，在工业控制的实践中得到越来越广泛的应用单片机不仅可以实现各种常规的控制，还可以根据被控对象的特性，基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 2 页（共 32 页） 充分利用控制理 论的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以获得更好的控制效果。目前，由于家用锅炉属于批量生产，而且每台锅炉需要一套完整的控制系统，针对这些特点，尤其从产品成本角度出发，以 核心器件组成的控制系统是比较理想的选择。此外， 列单片机运算能力、完备的控制功能、加上完善的外部接口电路，对中小型锅炉控制系统完全可以胜任。在外围芯片选取时，尽量选取典型的、易于扩展和替换的芯片和电路，并本着节约成本的思想。选用基于单总线的数字温度传感器 力传感器 和 晶显示器。 度传感器采用美国 司生产的 组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域 ； 力传感器具有抗震动、稳定性好、准确度高、耐高压，使用于狭小空间工业设备测温和控制 ； 晶显示器为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合 背部灯管构成画面。它们二者与单片机的接口比较简单，而且编程强度不大，既保证了系统的稳定性，又缩短了系统的开发周期，节约了开发成本。 系统在软件上采取模块化的程序结构。主程序作为控制程序，为整个系统软件的一条主线，其它功能模块均采用子程序调用、查询等方式，为调试和扩充提供了方便。 本系统的电源采用市场上常见的 800)系列 7805 电源稳压芯片，模拟信号和数字信号分别用单独的供电回路，以避免电源干扰。利用温度传感器 用 晶显示器显示预先设定的温度、压力报警值和当 前采集的温度、压力值。利用继电器控制燃烧器的加热。当锅炉内的水的实际水温超过报警温度值，系统会发出报警声音，这时接在单片机一端的继电器动作，燃烧器断电。此时温度传感器实时对锅炉温度检测，当温度降到设定值的下限时，继电器重新通电。燃烧器电源重新接通，锅炉继续加热。如此反复监控温度。这样对锅炉温度控制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。 锅炉防爆设计方案 第 3 页（共 32 页） 2 锅炉防爆设计方案 统结构框图 图 1 系统结构框图 控制器方案选择 模拟量 经输入通道处理后要送到微机控制电路进行信号的分析处理，得到控制信号驱动执行机构，例如进行及时的声光报警功能，选用一款好的微机成为本设计的重点，因为微机电路本身的性能有时候决定整个设计的成败。 案一 采用 8 位单片机， 片机是在美国 司 于 20 世纪 80 年代的产品，它在单一的芯片内集成了并行 I/O 口、异步串行口、 16 位定时器 /计数器、中断系统、以及其他一些功能。此单片机是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 微处理器 6。该器件采 用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 片 机 8255 扩 展 芯 片 声音报警器 键盘 模 数 信 号 转 换 电 路 示器 信 号 放 大 电 路 压力传感器 温度传感器 继电器 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 4 页（共 32 页） 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器。 很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 案二 采用可编程逻辑器件 行数据分析及控制， 有高可靠性和强抗干扰能力，丰富的 I/O 接口模块，为了适应各种工业控制的需要，除了一些小型 外，采用模块式的结构，灵活性好。系统安装及维修方便。 案决策 二者均可达到本设计想 要的功能，但从性价比上讲， 片机价格低廉，而 般用在大型的控制系统中，价格不低廉，故不采用。因此，本设计选择方案一。 度传感器的选择 案一 采用温度传感器 成温度测量，并将温度测量值直接通过单总线电路输出到 片机处理，不需要 A/D 转换电路。 要特性 如下： 用户可自设定报警上下限温度值； （ 1） 不需要外部组件，可实现对 55 +125 范围内的温度测量； （ 2） 10 +85 测量温度的误差在 ； （ 3） 实际报警器的分辨率可单独设定； （ 4） 保存在 ，即使断电也能够保存； （ 5） 独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。 锅炉防爆设计方案 第 5 页（共 32 页） 案二 采用 度传感器完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由 A/D 转换器 换成数字信号送到 片机中。 能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行 非线性校准。外围电路简单。 策方案 温度的采集是整个系统的重点之一，在众多的环境监测中， 于成本低而用得较多，但后续电路复杂，输出模拟信号较弱，需要进行放大后再通过 A/D 转换电路得到温度值，不仅复杂，而且提高了系统的功耗，降低了整个系统的性能。所以，本系统采用可编程单总线数字式温度传感器 行温度采集。 力传感器的选择 案一 采用 力传感器完成压力测量，经由 A/D 转换器转换成数字信号送到片机中。 要特性 如下： （ 1）在 0 的温度下误差不超过 （ 2）温度补偿是 +125 ； （ 3）偏置稳定性 方案二 采用 产的 字压力传感器进行压力检测， 字压力传感器可将压力测量量经过单总线输入到单片机中进行处理，不需要 A/D 转换。 （ 1）直接数字量输出，无信号传输损失，无信号采集误差。 （ 2） 5 3 0 V D C 激励， 供电电压波动对测量零影响。 （ 3）几乎无零漂、高稳定性、高分辨率。 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 6 页（共 32 页） 策方案 对于二者来说， 力传感器 比 可以达到设计的要求，但是对于 说，价格要高出许多。因此采用方案一。 ，安置于 A/D 转换电路，温度和压力改变引起的信号传递在通过信号调理电路将其与 行链接，这样就形成了完整的模拟信号数字信号之间的转换，并输入单片机。 案二 采用美国 司的 1l 通道 12 位 A/D 转换器 采用 2 位开关电容逐次逼近型 模数转换器，采用 信方式可以节省单片机 I/O 资源，便于系统的扩展。 A/D 转换的基准源采用 V 芯片，它能提供精准的 5V 参考电压。 策方案 由于本文要求实现一般步骤的 A/D 转换功能，选择 8 位 8 通道的 可。 示电路选择 案一 显示单元主要由 码管及显示驱动单元组成。显示电路采用 8 位 字显示，显示内容主要包括当前温度及压力。 案二 采用 晶显示器显示锅炉当前的温度和压力。显示电路采用液晶显示模块，体积小，功耗低， 操作方便。使用液晶显示模块，可以对模式选择位写入命令，从而调节 工作模式，分时进行命令和数据写入。 锅炉防爆设计方案 第 7 页（共 32 页） 策方案 从操作简洁性和方便性来讲， 晶显示器要比数码显示器有优势，数码显示器组成的显示电路需要接很多外围设备，引脚越多，越容易出故障，故这里选择用晶显示器。有两种液晶显示器，一种是 行显示；一种是 可以用于显示曲线；因为本系统需要显示的数据不是很多，只需显示传感器数据，故选用 晶显示器即可。 终方案决策 经过上述分析选 择，最终确定各模块方案如下： （ 1） 微控制器选用 （ 2） 采用可编程单总线数字式温度传感器 行温度采集； （ 3） 采用 力传感器进行压力探测； （ 4） 选择 8 位 8 通道的 行模数转换； （ 5） 采用 晶显示器显示传感器探测信号； 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 8 页（共 32 页） 3 硬件电路设计 片机模块 该锅炉防爆系统是以 89片机为核心器件，此单片机模块的工作原理是：加载相应程序的 片机把水位和测温模块传来的数据加以处理，送 示屏显 示。 片机简介 美国 产的低功耗，高性能 单片机。它集 可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中，可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 1. 要功能列表 9如下： (1) 为一般控制应用的 8 位单芯片。 (2) 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12 (3) 内部程序存储器（ 4 。 (4) 内部数据存储器（ 12 B） 。 (5) 32 调双向输入输出钱，且每条均可以单独做 I/O 的控制。 (6) 5 个中断向量源。 (7) 2 组独立的 16 位定时器。 (8) 单芯片提供位逻辑运算指令。 2. 脚排列及系统所用管脚介绍。管脚排列如图 2 所示，下面介绍引脚的功能。 图 2 脚排列图 硬件电路设计 第 9 页（共 32 页） （ 1） 40）： 5V。 （ 2） 20）：接地。 （ 3） （ 39 32）： 为 8 位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收 8 个电流。 （ 4） （ 1 8）： 是从内部提供上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收和输出 4 个 电流。 （ 5） （ 21 28）： 为 内部上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收和输出 4 个 电流。 （ 6） （ 10 17）： 是 8 个带内部上拉电阻器的双向 I/O 口，可接收和输出 4 个 电流， 也可作为 特殊功能口。 （ 7） 9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持 脚 2 个机器周期的高电平时间。 （ 8） 30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 频率 为振荡器频率的 1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过 1个 冲。 （ 9） 29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期 2 次 效，但在访问外部数据存储器时，这 2 次有效的 号将不出现。 （ 10） 31）：当 持低电平时，外部程序存储器地址为（ 0000H 管是否有内部程序存储器。 程期间，此引脚也用于施加 12 （ 11） 19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （ 12） 18）：来自反向振荡器的输出。 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 10 页（共 32 页） 片机最小系统 钟电路 单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他是由一个晶振和两个瓷片电容组成的， 别接单片机的 振和瓷片电容是没有正负的，两个瓷片电容相连的那端一定要接地。如图 3。 X T A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427A T 8 9 C 5 1 p p Y S T A 时钟电路 位电路 给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）使程序从头开始行；一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，同过按钮接通低电平给系统复位，这时如果手按着一直不放，系统将一直复位，不能正常工作。如图 4。 硬件电路设计 第 11 页（共 32 页） X T A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427A T 8 9 C 5 1 复位电路 度检测电路设计 介 导体公司的数字化温度传感器 世界上第一片支持 “一线总线 ”接口的温度传感器 10。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络 ，为测量系统的构建引入全新概念。 以程序设定 9的分辨率，精度为 氏度。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 ，掉电后依然保存。如图 5 所示 脚排列图 图 5 脚图 性： 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 12 页（共 32 页） （ 1） 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。 （ 2） 简单的多点分布应用。 （ 3） 无需外部应用。 （ 4） 无需外部器件。 （ 5） 可通过数据线供电。 （ 6） 零待机功耗。 （ 7） 测温范围 55 125 ，以 递增。 （ 8） 温度以 8 位数字量读出。 （ 9） 温度数字量转换时间 200型值）。 （ 10） 用户可 定义的非易失性温度报警设置。 （ 11） 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件 。 脚功能表，如表 1 所示 表 1 脚功能表 度采集电路 温度采集电路只有一个 度传感器，它与单片机的接口比较简单，如图所示。只要给传感器 5V 的供电并把它的单总线接到单片机的 P 口就可以了。当收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就 以 16 位带符号拓展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的 0,1 字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以 。如图 6。 引脚序号 引脚名称 功 能 1 地 2 据输入 /输出脚 3 5V 电源 硬件电路设计 第 13 页（共 32 页） 2 7 . 0 8 B 2 0V C 温度采集电路 力检测电路设计 介 列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在 0 温度下误差不超过 温度补偿是 +125 11。 封装图、引 脚分布图分别如图 7 所示 。 封装图 引脚分布图 图 7 封装、引脚分布图 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 14 页（共 32 页） 气压传感器 引脚说明如下表 2： 表 2 引脚说明 力采集电路 压力传感器测量锅炉中的压力经由 A/D 转换器转换成数字信号后输送给单片机，单片机将其与预设 压力对比，如果比预设的压力大则开始报警。如图 8。 图 8 压力采集电路 引脚序号 引脚名称 功 能 1 压输出脚 2 地端 3 片工作电压 456 空引脚 用于内部连接，悬空不使用 硬件电路设计 第 15 页（共 32 页） ，因此，必须进行模拟到数字的转换才能交由单片机处理。本设计中选用 为数据转换。 目前广泛使用的逐位逼近型 8 位单片 A/D 转换芯片，片内含 8 路模拟开关，可允许 8 路模拟量输入。主要有 3 部分组成：模拟输入选择部分、转换器部分、输出部分 12。 8 引脚为双列直插式封装， 要信号引脚功能说明如下图 9： 图 9 脚排列 （ 1） （ 2） （ 3） 转换启动。 （ 4） A、 B、 道端口选择线。 （ 5） 求外接时钟频率为 常使用频率为 500时钟信号。 （ 6） 转换结束。 （ 7） （ 8） ，输出转换得到的数据。 （ 9） V 电源。 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 16 页（共 32 页） （ 10） 用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为 +5V 单片机连接主要涉及两个问题。一是 8 路模拟信号通道的选择，二十 A/D 转换完成后转换数据的传送。转换数据的传送有定时传送方式、查询方式、中断方式这三种方式。 A、 B、 C 的值与被选择的通道之间的关系 13如下图 10 所示： 图 10 A、 B、 C 被选通道之间的关系 示电路设计 图 11 为 脚分配图。其引脚说明见表 3 具有 4 位 /8 位并口可选接口方式的液晶显示模块，它能同时显示两行字符，每行 有 16 个字符。字符以 5*7 点阵形式显示。其字符中共有 160 种字符。人选指令有 11 条（清屏、返回、输入方式设置、显示开关控制、移位、功能设置、址设置、 址设置、读忙信号及地址高数器、写数据、读数据），内部有 80 字节的 8 位数据接口，另外三根控制总线用于完成对写和读数据或指令时序控制。由该模块构成的液晶显示方案与 阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。 硬件电路设计 第 17 页（共 32 页） 图 11 脚图 1、 脚说明 14 表 3 脚说明 管脚号 符号 功能 1) 源地（ 2) 源电压（ +5V） 3) 存器选择输入端，输入 择模块内部寄存器类型信号； ，当 行写模块操作，指向指令寄存器；当 行模块操作，指向地址计数器； ，无论操作还是写操作，均指向数据寄存器 4) 写控制输入端，输入 择读 /写模块操作信号；R/W=0 读操作； R/W=1 写操作 5) R/W 读写控制输入端，输入 择读 /写模块操作信号； R/W=0 读操作； R/W=1 写操作 6) E 读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效 7) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 ) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 于单片机的锅炉防爆控制系统 第 18 页（共 32 页） 9) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 0) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 1) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方 式通讯时，不使用 2) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 3) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 4) 据输入 /输出口， 模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 5) 背光正端 +5V 16) 光负端 0V 2、 图 12所示为 明了 图 12 构块图 本系统采用 为显示模块，其主要功能是显示预先设定的温度、压力报警值和当前采集的温度值和压力值。 晶显示电路如 图 13 所示 。 硬件电路设计 第 19 页（共 32 页） 图 13 显示电路 警电路设计 图 14 报警电路 外部电源供电方式是 佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。 本设计采用软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出。当所测温度（压力）超过获高于所预设的温度（压力）时， 相应拉高电平，报警输出。（也可以将蜂鸣器换成 压电源电路设计 内核共电为 5V，而此锅炉防爆系统的测温度和压力模块以及 基于单片机的锅炉防爆控制系统 第 20 页（共 32 页） 盘模块的共电电压都可为 5V，所以通过此电源模块后，将外部输入电压转换成 5保障锅炉防爆系统的正常运行。如图 15 图 15 稳压电源电路 键电路设计 设计中采用了独立式的键盘； 独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根 I/根 I/O 口线上的按键工作状态不会影响其它 I/O 口线的工作状态。因此，通过检测 I/O 口线的电平状态，即可判断键盘上哪个