5基于单片机的小型开水锅炉控制系统设计.doc

目 录1 绪论12 设计要求13 方案论证13.1 温度检测设计方案13.2 水位检测设计方案24 系统结构框图35 单片机外围器件的设计35.1 元件选择及介绍45.1.1 单片机at89s5145.1.2 温度传感器ds18b2065.1.3 掉电存储器at24c02105.1.4 固态继电器ssr115.2 硬件电路具体设计与实现125.2.1 水温采集部分125.2.2 水位采集部分125.2.3 显示电路135.2.4 驱动电路145.2.5 报警电路155.2.6 键盘接口电路155.2.7 掉电存储电路166 软件设计166.1 程序流程图176.2 程序清单：见附录二177 系统总体电路图：见附录一188 结论19谢辞19参考文献19附录一：总体电路图21附录二：程序清单221 绪论在我国，传统的开水锅炉控制中多以燃煤和燃油为主，而且相当一部分还是采用人工控制或是继电接触式的控制方式，自动化程度低，调节精度差，单靠人工操作已不能适应当今高效、低耗、低劳动强度的要求，加上燃料燃烧时产生大量的废气和废渣，对环境造成了严重的污染，给人们的生产和生活也带来了巨大的危害。因此，对传统的控制系统进行改造是适应今后发展的迫切需要。随着电力工业的不断发展，人们逐渐采用电加热控制系统。本设计就是针对燃煤和燃油锅炉所存在的问题，开发了一种多功能智能的电锅炉控制系统1。单片机作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已经被广泛应用，技术也相对较成熟，它不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广。本论文设计的小型开水房锅炉自动控制中采用的就是以单片机作为控制中心，采用电力作为燃料，不仅能够使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点，还节约能源，利于环保，在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。另外该设计的控制系统还具有超温、高低水位保护、显示及报警等功能，保证锅炉正常安全的工作，实现自动化控制。2 设计要求（1）水温控制：要求系统能实现对水温的预设，当水温超出设定温度时，能够及时报警（2）水位控制：系统能够将水位控制在上限和下限之间，当水位超出该范围时，能够报警（3）按键功能：能够对水温进行预设和设置水温与实际温度的转换3 方案论证3.1 温度检测设计方案方案（1）：温度检测部分采用热电偶，经过温度变送后，对信号进行采样保持，ad转换后，然后与单片机通信进行控制。若温度检测部分采用热电偶，它需要冷端补偿电路与其配套，并且热电偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能a/d转换，外围电路复杂，占用单片机的接口多2。方案（2）：主要是以单片机作为控制器的核心，利用温度转换芯片ds18b20进行温度采集。数字化温度传感器ds18b20是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器，测量温度范围为 -55c+125c，在-10+85c范围内,精度为0.5c，现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，使系统设计更灵活、方便。同时ds18b20可使程序设定912位的分辨率，精度为0.5c。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在eeprom中，掉电后依然保存，并且性能价格也非常出色。热电偶检测温度变送器采样保持ad转换单片机 图1 方案（1）结构框图单片机ds18b20温 度 采 集 图2 方案（2）结构框图由于热电偶属于非线性器件，因此每个温度值都必须通过分度表，查表才能获得，这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到上千摄氏度，而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂，抗干扰能力不强。而数字温度传感器ds18b20，它的最高分辨率为12位，可识别0.0625摄氏度的温度3。它具有直接输出数字信号和数据处理，并且它和单片机接口只需要一位i/o口，因此由它构成的系统简单使用，综合比较温度检测方案（1）和方案（2），我们只在常温下使用，并且经济合理，因此选择了方案（2）。3.2 水位检测设计方案方案（1）：采用电感式浮球传感器对其进行水位检测。传感器液筒上的汽水管与锅炉筒相连接，使筒锅内的水位与液筒内水位互相连通。当锅筒内水位变化时，液筒内水位相应发生变化。液筒内浮球根据水位高低而发生变化，水位升高时，浮球向上浮。水位下降时，浮球向下浮。连接浮球上的矽棒在电感线圈内发生位移，使电感线圈两端电感量发生相应的变化，变化的电感量写入仪表，仪表接收这一变化的液位信号，转换成与液平面相应显示信号，系统根据水位的变化信号，自动调节给水流量，使水位稳定在正常区域，以确保锅炉的安全运行。方案（2）：采用金属电极式进行水位检测。在锅炉内的不同的高度安装3根金属棒,以感知水位变化情况。其中a棒处于下限水位，c棒处于上限水位，b棒在上、下水位之间。通过接头b、c与单片机通信，再配上水位显示电路，完成水位的检测和状态显示，单片机驱动控制电路，实现自动上水。采用电感式浮球传感器对锅炉水位进行检测，检测精密，但该元件的成本太高。采用金属电极式进行水位检测，电路简单易行，成本相对小，而且该技术应用广泛。考虑综合因素，水位检测设计方案采用方案（2）4。4 系统结构框图水温数字传感器ds18b20水位传感器键盘接口电路单片机at89s51掉电存储器at24c02水温显示电路水位状态显示固态继电器水泵固态继电器报警电路加热器系统整体电路方框图如图3所示。图3 系统整体结构框图本系统主要由温度传感器、液位传感器、掉电存储、复位及时钟信号产生电路、报警电路、显示电路、开关控制电路以及at89s51组成。通过对锅炉水位和水温实时检测与采集，将锅炉的液位、温度等参数输入单片机，由单片机at89s51在内部与预先设定参数通过软件计算生成各个控制信号，从而对补水泵和锅炉内部的电加热器进行控制，再配以外部的温度显示和水位状态显示以及报警装置，进而对锅炉进行优化控制，达到了用户的要求和节能目的。操作过程如下：用户首先设定水温数值，然后系统检测锅炉中水位。如果水位正常则系统开始启动，否则产生声光报警并进行自动保护。系统正常运行以后，利用传感器ds18b20 检测出锅炉中的水温，并且实时显示出来。当水温超过设定上限，系统同样会发出报警信号并采取保护措施，控制加热器工作情况。当水温未达到设定值，立即回馈给系统，由系统自动调整加热器工作状态，使水温到达设定值，满足用户需求。5 单片机外围器件的设计5.1 元件选择及介绍5.1.1 单片机at89s51本设计采用at89s51作为中央处理单元，它是是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89s51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。 此外，at89s51设计和配置了振荡频率可为024mhz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。at89s51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。 此外，at89s51设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。at89s51的主要特性：（1）8031 cpu与mcs-51 兼容（2）4k字节可编程flash存储器(寿命：1000写/擦循环)（3）全静态工作：0hz-24khz（4）三级程序存储器保密锁定（5）128*8位内部ram（6）32条可编程i/o线（7）两个16位定时器/计数器（8）6个中断源（9）可编程串行通道（10）低功耗的闲置和掉电模式（11）片内振荡器和时钟电路at89s51的引脚结构（如图4）及各管脚说明： 图4 at89s51的引脚图vcc：供电电压 gnd：接地 p0-p3：分别是8位准双向i/o端口，但p0在作为一般的i/o端口用时，应外接上拉电阻，才能高电平输出rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间ale/prog：地址锁存允许信号端。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地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效/psen：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，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入xtal2：来自反向振荡器的输出5.1.2 温度传感器ds18b20传统的温度传感器如热电偶和铂电阻等分立元件，外围电路比较复杂，仅提供与温度相关的电压或电流。而较新型的单片集成温度传感器如ad590,也只能产生与温度呈线性关系的电流信号。上述两种传感器都必须使用电阻、运算放大器和 a/d 转换器等构成温度测量电路。当外界环境条件发生变化时元件参数也会改变,致使测量误差增加,准确度降低。 本系统采用的是美国dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器ds18b20，它可以把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理，采用单线接口，仅需一根口线与mcu相连，无需外围元件。其突出优点是:将被测温度直接转换成数字信号输出。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都比ds1820有所改进。在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面，有无可比拟的优越性。ds18b20的主要特点：（）采用单总线方式，仅需一根信号线与cpu连接即可传送串行数据，且不需要外部元件（）每个芯片都有惟一编码，多个ds18b20芯片可以并联在一根总线上，故可实现多点测温（）测温范围为-55125，分辨率为12位（）测温结果的数字量位数为912位，并可编程选择（）可用数据线供电，也可用外部电源 ds18b20的结构：图5 ds18b20外形ds18b20采用脚pr-35封装（或脚soic封装），其中脚pr-35封装的ds18b20，其外形象一个三极管，管脚排列如图5所示。图中，gnd为地；dq为数据输入输出端(即单线总线)，为漏极开路输出，常态下呈高电平；vdd为外部电路端，电源电压为v，不用时应接地。ds18b20的内部结构如图6所示，主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光rom、高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值的th和tl触发器、存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等七部分。其中rom由64位二进制数字组成，它由生产厂家光刻而成，共分为8个字节，字节0的内容是该产品的厂家代号28h，字节16的内容是48位器件序列号，字节7是rom前56位校验码。每个ds18b20的64位序列号均不相同，它可以看作是该ds18b20的地址序列码。rom的作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样，就可以在一根总线上挂接多个ds18b20。图6 ds18b20内部结构（）寄生电源寄生电源由二极管vd1、vd2和寄生电容c组成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时，vdd端接地，器件从单线总线上获取电源。在ds线呈低电平时，改由c上的电压继续向器件供电。该寄生电源有两个优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少正常电源时也能读rom。若采用外部电源vdd，则通过vd2向器件供电。（）温度测量原理ds18b20测量温度时使用特有的温度测量技术。其测量电路框图如图7所示。ds18b20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。当计数门打开时，ds18b20对f0计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以被偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位被码形式读出，表1给出了温度和数字量的关系。（）64位激光rom64位rom的结构图如图8，开始8位是产品类型的编号（ds1820为10h），接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的crc校验码，这也是多个ds1820可以采用一线进行通信的原因。主机操作rom的命令有五种，如表2所示。图7 ds18b20测温原理表1 温度和输出数字的对应关系温度/数字输出（二进制数）数字输出（十六进制）+1250000 0111 1001 0000b07d0h+250000 0001 1001 0001b0191h+0.50000 0000 0000 1000b0008h00000 0000 0000 0000b0000h-0.51111 1111 1111 1000bfff8h-251111 1110 0111 0000bfe70h-551111 1100 1001 0000bfc90h图8 64位rom的结构图表2 存储器操作命令指 令说 明读rom（33h）读ds1820的序列号匹配rom（55h）继读完64位序列号的一个命令，用于多个ds1820时定位跳过rom（cch）此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有ds1820搜rom（f0h）识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备报警搜索（ech）仅温度越限的器件对此命令作出响应（）高速暂存器它由便笺式ram和非易失性电擦写 eeram组成，后者用于存储th、tl值。数据选写入ram，经校验后再传给eeram。便笺式eam点9个字节，包括温度信息（第1、2字节）、th和tl值（3、4字节）、计数寄存器（7、8字节）、crc（第9字节）等，第5、6字节不用。暂存器的命令共6条，见表3所列。表3 ds18b20的存储控制命令指 令说 明温度转换（44h）启动在线ds1820做温度a/d转换读数据（beh）从高速暂存器读9bits温度值和crc值写数据（4eh）将数据写入高速暂存器的第2和第3字节中复制（48h）将高速暂存器中第2和第3字节复制到eeram读eeram（b8h）将eeram内容写入高速暂存器中第2和第3字读电源供电方式（b4h）了解ds1820的供电方式在正常测温情况下，ds1820的测温分辨力为0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用ds1820提供的读暂存器指令（beh）读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（lsb），得到所测实际温度的整数部分tz，然后现用beh指令取计数器1的计数剩余值cs和每度计数值cd。考虑到ds1820测量温度的整数部分以0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度ts可用下式计算：ts=（tz-0.25）+(cd-cs)/cd （1）（）crc的产生在64位rom的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（crc）。主机根据rom的前56位来计算crc值，并和存入ds1820中的crc值作比较，以判断主机收到的rom数据是否正确。crc的函数表达式为：crc=x8+x5+x3+1。此外，ds1820尚需依上式为暂存器中的数据来产生一个8位crc送给主机，以确保暂存器数据传送无误。ds18b20的工作时序根据ds18b20的通信协议，用主机控制ds18b20以完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ds18b20进行复位，复位成功后发送一条rom指令，最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。每一步操作必须严格按照时序规定进行。ds18b20的工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。（1）初始化时序ds18b20的初始化时序图如图9所示。（）写时序ds18b20的写时序图如图10所示。（）读时序ds18b20的写时序图如图11所示。图9 ds18b20的初始化时序图图10 ds18b20的写时序图图11 ds18b20的读时序图ds18b20的工作流程无论是进行单点还是多点温度检测，在系统安装及工作前，应将主机逐个与ds18b20挂接,读取其序列号，其工作过程为由主机与ds18b20联接的位1/o口发“0”电平480p 。复位ds18b20，待ds18b20发回响应脉冲后，主机由位1/o线再发读rom命令代码33h，然后依此发一个负脉冲(15 p)，并接着读取ds18b20序号值的一位。同样方法读取序号值的56位。对于带有多个ds18b20传感器，用以实现多点温度测量的系统，分三步完成全过程工作：（）系统通过重复操作，搜索出在线各个ds18b20序列号（）启动所有在线ds18b20作温度/数字转换（）逐个读出在线ds18b20转换后的温度数据5.1.3 掉电存储器at24c02当程序因受到干扰而弹飞到一个临时构成的死循环中时,系统将安全瘫痪 。本系统采用at24c02芯片构成watchdog 。掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的温度值。at24c02是atmel公司生产的2kb电可擦除存储芯片，是8位电可擦除prom，由2568位存储器构成，并具有两线串行接口。遵循i2c总线协议与单片机通讯，电压最低可以到2.5v，额定电流为1ma，静态电流10ua(5.5v)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的dip封装，使用方便。系统在上电过程、瞬间电压降压或存在瞬间干扰脉时,watchdog 电路都能正确地给出复位脉冲信号,使系统恢复正常的运行图12 at24c02的引脚结构状态，保证了锅炉的正常运转。at24c02的引脚结构如图12所示，其管脚功能如表4所示。名 称功能gnd接地端sda串行地址/数据i/o端scl串行时钟端wp写保护输入端vcc+2.5v到5.5v电源端nc无内部链表4 at24c02的管脚功能5.1.4 固态继电器ssr 固态继电器英文名称为solid state relay，简称ssr，它是一种性能优越的新型无触点电子开关器件。其输入端要求很小的控制电流，输出回路采用双向可控硅或大功率晶体管接通或断开负载电流。输入与输出之间采用光电耦合，通断无可动接触部件，因此工作可靠，具有开关速度快，无噪声、寿命长、体积小等特点。图13 moc3063的内部原理图该电路采用的ssr的型号是moc3063,其内部电路原理图如图13。该电路由输入恒流控制电路、光电耦合隔离电路和输出功率开关电路三部分走成。该类型的固态继电器的输出功率开关由两只双向可控硅并联担任，负载电流可高达90a。输入控制电压可在3v32v间的范围变化5.2 硬件电路具体设计与实现5.2.1 水温采集部分水温采集部分主要由数字温度传感器ds18b20、at89s51和上拉电阻组成，其工作电路如图14所示。ds18b20采用外部5 v电源供电，数据端dq与单片机at89s51的p3.4连接，ds18b20与单片机at89s51的通信见温度采集程序。图14 水温采集电路5.2.2 水位采集部分水位控制部分如图15，图中虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下,应保持水位在虚线范围之内。为此在锅炉内的不同的高度安装3根金属棒,以感知水位变化情况。其中a棒处于下限水位,c棒处于上限水位,b棒在上、下水位之间。a棒接+5v电源,b棒、c棒各通过一个电阻与地相连5。锅炉由电机带动水泵供水,单片机控制之目的：供水时,水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，b、c棒连通+5v。因此b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵工作，不给锅炉供水；当水位降到下限时，b、c棒都不能不能与a棒导电，因此b、c两端均为0状态，这时应启动电机带到水泵工作，给锅炉供水；当水位处于上下限之间时，b棒与a棒导通，因c棒不能与a棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时无论是电机已在带动水泵给锅炉加水，水位在不断上升，或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降，都应继续维持原有的工作状态。工作原理功能表如表5示。b p2.0c p2.1图15 水位控制原理图c (p2.1)b (p2.0)操作00电机运转01维持原状10故障报警11电机停转表5 水位控制工作原理功能表5.2.3 显示电路显示电路（1）：水温显示电路图如图16。由于在实际中，at89s51的串行口rxd和txd为一个全双工串行通信口，但工作在方式0下可作同步移位寄存器，其数据由rxd（p3.0）串行输出或输入；而同步移位时钟由txd（p3.1）端串行输出，作为外接部件的同步信号。在同步时钟作用下，实现同串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合，利用串行口加芯片74hc164就可构成一个扩展的并行输出口。在这种方式下，收/发的数据为8位，低位在前，无起始位、奇偶校验位及停止位，波特率是固定的。图16 水温显示电路74hc164是串行输入、并行输出移位寄存器，其引脚功能如下：q0q7：并行输出端，分别接led显示各引脚a、b：串行输入端，接入at89s51的rxd端clr：清除端，本设计中接高电平clk：时钟脉冲输入端，接入at89s51的txd端数据显示采用共阳数码管，其共阳端接高电平，三个二极管起到限流作用。显示电路（2）：水位显示水位显示如图17，单片机p2.4,p2.5,p2.6,p2.7的输出脚上分别接有故障、低水位、正常水位、高水位四个水位状态指示灯，当水位传感器检测到锅炉内部水位情况时，对应单片机的某一输出口输出低电平，与之相连的状态指示灯被点亮，便于人们观察当前水位状态。图17 水位状态显示电路5.2.4 驱动电路电路如图18示。在输出控制电路中,单片机的p2.2、p2.3通过固态继电器ssr分别接水泵和电加热器。根据水位和水温检测的情况，按照系统的控制要求使p2.2或p2.3输出低电平，控制水泵或电加热器的通电状态，实现自动控制过程，完成锅炉的自动上水和自动加温功能。图18 水温控制驱动电路水位控制驱动电路与图18相似，也是通过ssr接水泵，不同的是单片机的p2.2口接ssr的输入端，工作原理同上。 5.2.5 报警电路报警电路如图19 ，主要由蜂鸣器、三极管9015驱动电路。系统开始时复位电路首先将p1.4置1，保证不产生误动作，当ds18b20采集的温度超过或者低于用户设定的温度或者水位达到上/下限制水位时，系统将自动的将p1.4口清零，将信号送至驱动电路使得蜂鸣器开始发声工作。当用户做出正确调整操作之后继续监视变化是否超限。图19 报警电路5.2.6 键盘接口电路按键电路（1）：单片机的复位及时钟信号产生电路本电路主要由12m晶振、30pf的瓷片电容、电阻、开关组成，电路如图2.16所示。 12m晶振和30pf的瓷片电容构成稳定的自激振荡器，产生时钟信号。上电自动复位电路则由22uf电容和1k电阻构成。加电瞬间电容通过充电实现正脉冲，用以复位。手动复位则由开关和电阻组成。按下开关之后就产生一个正脉冲，就可以实现复位。本电路采用的是二者的组合。图20 复位及时钟信号产生电路按键电路（2）：温度设置的开关控制电路该控制电路由4个开关组成，其电路如图21所示。4个开关分别用于调整温度的上下限值，以及控制温度的输出。其中s1为多功能键，第一次按下用于显示采集的温度，第二次按下则进行温度的上限调整，第三次按下进行温度的下限调整，第四次按下则进行采集温度的显示构成循环。s2可以进行移位调整，第一次显示个位，第二次显示十位。s3用于增加一个数，按下一次在原基础之上加1，这个值在0-9-0之间变化。s4用于减少一个数，按下一次在原基础之上减1，这个值在9-0-9之间变化。图21 开关控制电路 5.2.7 掉电存储电路掉电存储电路如图2.2所示。图中两电阻是上拉电阻，其作用是减少at24c02的静态功耗，由于at24c02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线scl（移位脉冲）和sda（数据/地址）与单片机传送数据。当开机时首先将存在at24c02中的上下限温度值保存在他们相应的单元之中，当进行按键操作之后，确认操作完毕之后将调整过的上下限值再送至at24c02，将原来的数据覆盖。图22 掉电存储电路6 软件设计6.1 程序流程图程序流程图是编写系统程序的基础，只有搞清程序流程图的控制过程，才能编写符合控制流程的系统程序，结合外围电路的设计，完成控制要求。下面是流程图的介绍，包括主程序流程图和子程序流程图。子程序流程图主要有水位控制流程图和水温控制流程图。开 始初 始 化读掉电存储判断报警？键？报 警水位驱动控制报 警水温检测水温驱动控制判断报警？警？nyyyn水位检测判断按键？按键子程序图23 主程序流程图n6.为检查水位状态作准备延时故障报警停止水泵p2.0=0？开启水泵yynynp2.1=1？p2.1=0？停止水泵等待检修n开始图24 水位控制流程图2 程序清单：见附录二y为检查水位状态作准备延时故障报警停止水泵p2.0=0？开启水泵ynynp2.1=1？p2.1=0？停止水泵等待检修n开始图24 水位控制流程图图25 水温控制流程图开 始初 始 化读掉电存储读 温 度读 数 据 处 理控制加热器判断按键？判断报警？报 警按键子程序ynny7 系统总体电路图：见附录一8 结论本设计介绍了基于单片机的小型开水锅炉的应用，采用单片机89s51作为控制器，使系统既能满足精度要求，又能兼顾顾客的价格需要。该系统主要实现了对水温和水位的两路控制，采用数字温度传感器和金属电极式水位检测使系统硬件大为简化，系统动作准确，提高了资源的利用率，大有推广应用的价值。由于该系统是针对无压热水锅炉的设计，但如果是有压热水锅炉, 其压力控制部分也是至关重要的。压力控制可采用机械重位式控制而无需电子线路来控制。另外, 使用其他类型传感器例如流量传感器, 只需加可控硅的模式扩展电路, 这样就能实现对其他参数(流量)的控制。由于该系统工作的场合不确定，干扰信号也不一样，在干扰较强时，系统工作不够稳定，在以后的研究中应从系统的抗干扰方面努力，使系统实现无人值守工作，减小操作人员劳动强度，节约人力资源。谢辞对于这次毕业论文的撰写,最需要感谢的是我的指导老师刘老师。他在整个毕业设计过程中都给了我充分的帮助与支持，他不仅耐心地帮我指出论文中的不足之处，而且还对论文的改进提出了宝贵的建议，是在他对我自始自终的指导下，我的论文设计才得以顺利完成。在次借论文完成之际，表示由衷的感谢与敬意！这次论文的完成，还要感谢大学几年各科老师的教导，是他们在这五年来对我的培养，使我学到了基础知识，只有在这些知识的基础上，我才能使自己的毕业设计顺利完成；感谢我大学五年来所有帮助我关心我的老师和同学，谢谢他们所付出的辛勤劳动和帮助！参考文献1魏庆涛.单片机在炉温控制中的应用j.现代电子技术，2006，7，119-1202李小玲.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用j .现代电子技术，2006，1，121-1223金伟正.单线数字温度传感器的原理及用m.电子工业出版社，20004张洪润，张亚凡.传感技术与应用教程m.清华大学出版社，20055李光飞，楼然苗.单片机课程设计实例指导m.北京航空航天大学出版社，20046刘星平.基于plc及其网络的智能炉温控制系统j.电气应用，2006.3 20-227松井邦彦日著，梁瑞林 译.传感器实用电路设计制作m .科学出版社，20058李 明，徐向东.用容错技术提高锅炉控制系统的可靠性j.清华大学学报，1999，(39)3，88-919王永平，陈建华.基于s7200plc的高性能电热锅炉控制系统j.仪表技术与传感器，2002，(3)26-2810吴春旺，陈 霞.锅炉汽包水位调节控制系统设计j.电工技术，2006，3，71-7211杨智,明丽萍,吕雪艳.21世纪燃气锅炉在中国的发展前景j.锅炉制造，2001，712宋书中，葛 玻.通用型工业过程控制器及在温控中的应用j.电气自动验化，2000，6，34-3613袁希光等.传感器技术手册m.北京国防工业出版社,198614张洪润，张亚凡.传感技术与应用教程m.清华大学出版社，200515宏晶科技.stc单片机用户参考资料中文版. /datasheet/stc/stc-ad-pdf/stc89c51rc-rd+_guide-chinese.pdf，2007-11-0716南京傲屹电子有限公司.at命令手册,eb/ol.,2009-2-20附录一：总体电路图附录二：程序清单 org 0000hdsw bit p2.0gsw bit p2.1 zh bit p1.0 sd bit p1.1 ss bit p1.2 xj bit p1.3 bj bit p1.4 qd bit p3.4 scl bit p3.2 sda bit p3.3 temp_1 equ 29h ;温度的低8位 temp_2 equ 28h温度的高8位 ten equ 30h ;整数十位 num equ 31h ;整数个位 dot equ 32h ;小数单元 flag bit 10h ;是否检测到ds18b20标志位 zfbz bit 11h sxgw equ 25h ;上线个位 sxsw equ 24h ;上线十位 xxgw equ 23h ;下线个位 xxsw equ 22h ;下线十位 mov 27h,#0ffh mov 26h,#0feh mov r6,#0 mov r4,#0 mov r5,#0 mov sxgw,#00h mov sxsw,#00h mov xxgw,#00h mov xxsw,#00h setb bj clr 50h clr 51h clr 52hmain: mov a,p2 jnb acc.0,one ;dsw=0则转jb acc.1,two ;gsw=1则转clr p2.6 ;正常水位显示ajmp wdcj ;进入水温控制back: acall ys10sajmp mainone: jnb acc.1,threeclr p2.4 ;故障灯亮setb p2.2 ;停水泵four: sjmp four ;等待检修three: clr p2.5 ;低水位显示 clr p2.2 ;启动水泵lcall bjbj;低水位报警ajmp backtwo: setb p2.2 ；停水泵clr p2.7 ;高水位显示lcall bjbj ;高水位报警ajmp backlcall read_1820 lcall sjcl_1820 mov r1,#22h mov r2,#0a1h mov r4,#00 mov r7,#04 lcall eepr lcall bjbj lcall key ajmp mainkey: jb zh,biaohao1 lcall ys10ms jb zh,biaohao1 jnb zh,$ inc r6 jb 51h,biaohao4 jb 52h,bz2 jnb 50h,biaohao1bz3: lcall sxgwss ajmp biaohao2bz2: lcall xxgwss ajmp biaohao3biaohao1: cjne r6,#1,biaohao2 setb 50h lcall read_1820 lcall sjcl_1820 lcall display lcall bjbj lcall ys10msbiaohao2: cjne r6,#2,biaohao3 setb 52h jnb sd,key_2 cjne r4,#0,biaohao12 ajmp k_1biaohao3: cjne r6,#3,biaohao4 setb 51h jnb sd,biaohao10 cjne r5,#0,biaohao8 ajmp k_2biaohao4: cjne r6,#4,key clr 51h clr 52h mov r6,#