基于单片机锅炉温度控制系统改

1、 摘 要随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意设定报警上下限温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块

2、潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度检测；AT89C51；DS18B20AbstractWith the predevelopment of the times, the temperature of the test has affected our lives, work and research in various fields, has become a very important thing, so the desig

3、n of at temperature measurement systems s imperative.This paper describes the digital temperatures based on AT89C51 micro controller. Detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development process, focusing on the sensor hardware in the micro

4、 controller is connected, software programming, and each module processes carried out a detailed analysis oft he various parts of the circuit were introduced one by one, the system can easily achieve the temperature collection and alarm, and the alarm can be any upper and lower temperature according

5、 to need, it is very convenient to use, with high accuracy, wide range, high sensitivity, small size, low power consumption, suitable for our daily life and industrial and agricultural production temperature measurement, temperature processing module can also be used as sneak other systems, other ma

6、in system as an auxiliary expansion.DS18B20withAT89C51combinedto achieve the most simple temperature alarm system, which is simple structure, strong anti-jamming capability, suitable for in-situ temperature measurements in harsh environments, there is a wide range of applications.Key words:SCM;Tempe

7、rature detection;AT89C51;DS18B20目 录第1章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 国内外发展现状11.3 本设计所做的主要工作2第2章系统方案论证及工作原理42.1 设计方案论证42.2 系统结构框图4第3章 硬件电路设计53.1 主控电路设计63.2 温度测量电路设计7 测温芯片的选择8 温度测量电路113.3复位电路133.4 温度控制电路设计133.5 显示电路设计143.6 报警电路设计163.7 稳压电源电路设计173.8按键电路设计17第4章 系统软件设计194.1系统主流程图设计194.2中断服务程序194.3 DS18B20温度采集子程序设计

8、204.4 LCD液晶显示子程序设计21总结23致谢24参考文献25附录1 总电路图26附录2 源程序27第1章 绪论1.1 选题的目的和意义锅炉是一种热能转换设备，由锅和路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（锅筒）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。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。目前，取暖

9、多采用集中供暖方式。集中供暖，一般都是按一个采暖季每平方（建筑面积）来收费的，对北方地区来说，天气比较冷，需要供暖时间长，应该集中供暖省钱。指集中集团式供暖的一种形式。从能源利用方面讲，集中供暖一次性投资大，运行费用高，无论是否需要，暖气始终全天供热，因楼层不同而造成温度不均，若遇到供暖偏热，居民只有开窗降温，使宝贵的能源白白浪费。 这种供暖方式从原理上而言，效率较高。集中供暖的锅炉大多数是燃媒锅炉，锅炉燃烧时污染大，已经带来了严重的环境污染问题。由于这些用户采用集中取暖，给个别用户带来不便的缺陷。目前市场上家用燃气锅炉为进口，价格高，售后服务不够完善，不利于燃气锅炉的推广使用，研制燃气锅炉的

10、公司亦相对较少。因此研制开发小型家用燃气锅炉就具有现实的意义与客观的市场价值。本设计将结合小型家用燃气锅炉实际的需要，利用MCS-51系列单片机为核心器件组成温度控制系统，采用温度采集技术，通过运行和分析研究，以期正确认识和全面理解利用单片机实现温度采集技术在过程控制中的应用。1.2国内外发展现状在国外，燃气锅炉目前已得到了普遍应用。家用燃气锅炉常见的是套管式燃气锅炉、板换式燃气锅炉、冷凝式燃气锅炉。随着科技的发展以及各种客观条件的具备，生活采暖用燃气锅炉的应用也必将得到进一步的发展与推广。随着燃料不断补给，燃料充足，城市燃气管网逐步完善，燃气使用率逐步会提高。市场经济的发展与开放，国有企业享

11、受国家能源补贴的取消，住房逐渐私有化，供热管网费、采暖费全部由个人支付。会有越来越多的人放弃集中供热方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃气锅炉的使用作为集中供暖的一个很好补充或替代它必将被越来越多的人关注和选用成为趋势。根据国内实际情况和环保上的考虑和要求，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方便和安全性等问题。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。电加热锅炉采用全新加热方式，无污染，完全可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉具有许多优点，使其比其他形式的锅炉更具吸引力，其具体优点如下【1】：1、无污染。由于采用

12、电加热方式，电能直接转换为热能，不需要采用燃烧的方式将化学能转换为热能，因此就不会排放出有害的气体杂质，也不会产生灰渣，很适宜环保方面的要求，更适合安放在人口十分密集的生活区，办公区。2、能量转化效率很高。电加热锅炉采用加热元件直接与水接触，加热时转换效率很高，能量转化率也很高，一般可达到95%，而最新最好的锅炉更是能达到98%以上。3、锅炉本体结构简单，安全性好。电加热锅炉本体结构非常简单，不需要布置管路，没有燃烧室，没有烟道，故而不会出现燃煤、燃气、燃油锅炉存在的爆炸和泄漏的危险。4、体积小，重量轻，占地面积小。由于本体结构简单，使得电热锅炉体积可以做的很小，简单的结构更加便于布置，占地面

13、积也就减小。5、锅炉启动、停止速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快，操作简单。由于加入元件工作由外部电气开关控制，所以锅炉启停速度快，通过控制各加热元件的开关，可以在很大范围内调节运行负荷，调节操作迅速、简单。与燃煤、燃油、燃气锅炉相比，操作运行更加方便、简单。6、可采用计算机监控，完全实现自动化。电热锅炉的温度和水位的控制都能通过计算机完成，使电热锅炉的运行完全实现自动化，最大程度的将计算机技术应用于传统的锅炉行业【2】。1.3 本设计所做的主要工作目前，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

14、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，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MCS-51为核心器件组成的控制系统是比较理想的选择。此外，MCS-51系列单片机运算能力、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DS18B20和LCD液晶显示器。DS18B20温度传感器采

15、用美国DALLAS公司生产的DS18B20可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；LCD液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

16、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W7800(7800)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DS18B20采集测量锅炉水温；使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。利用继电器控制燃烧器和给水泵的加热和给水。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

17、制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。此外，为符合实际本系统对锅炉的水位进行实时监控，防止锅炉干烧和锅炉水溢出，以免造成能源浪费和水溢出引起的锅炉爆炸严重后果。第2章 系统方案论证及工作原理2.1 设计方案论证方案一：采用AT89C51单片机、7805电源稳压芯片、热敏电阻、74HC138和1616点阵显示器，液位控制器等核心部件。另外，在硬件电路上，74HC138、1616点阵显示器与单片机接口复杂，而且它们的外围电路较多，不适合用在锅炉的嵌入式系统设计中。采用液位继电器可以简单控制锅炉液位，但增加了成本开销。方案二：采用AT89C51单片机、7805电源稳压芯片、温度传感器DS18B20和

18、液晶显示器LCD1602等核心部件。该方案采用液晶显示器来显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值，直观、接口简单而且编程强度不大。用不锈钢管制作成的装置放于水位上下限，简单。这样就可以缩短系统的开发周期，减少系统成本开销。综上分析，采用第二种方案。本系统主控单片机的全部程序都是用汇编语言来编写，采用KeiluVision3集成开发环境来开发单片机应用程序。2.2 系统结构框图锅炉温度控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行温度报警值的设定，并对锅炉的水温进行采集及处理，然后与报警值比较，当温度值大于温度上限值(报警值)时就报警，停止加热。当温度少于温度下限

19、值时，重新启动进行加热处理。以此重复对锅炉温度控制。同时为结合实际需要，本系统亦对锅炉水位进行控制。液晶显示，显示水位上限值，水位下限值以及温度报警值和实际温度值。图2-1所示是其系统结构框图。报警AT89S51继电器复位燃烧器液晶显示温度采集稳压电源按键设定图2-1 系统结构框图在工业生产中，锅炉是一种重要的动力系统。其中锅炉的温度过程控制，又是一个重要环节。本系统过程控制系统主要应用于燃气锅炉的水温控制系统。在燃气锅炉里面，天然气液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热对象。温度传感器的输出信号经调理电路处理后作为单片机系统的输入信号。本系统要采样的是锅炉的水温和锅炉的水位控制信号。 温度控

20、制系统的控制信号通过继电器控制燃烧器内进出气，由三个进气阀实现控制。燃烧器的作用是:继电器接通燃烧器电源后，燃烧器通过其内部的光电检测管检测锅炉内有无火光，若有火光则表示点火成功，不需启动点火变压器，否则启动点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气，这时光电管检测到火焰，关闭点火变压器，系统点火成功。该中小型燃气锅炉所需要温度的热水是根据用户需要调节的。控制系统根据温度传感器检测到的温度与温度设定值比较，给出控制信号.若实际温度大于报警值时，单片机实行对继电器的电源关断，这时燃烧器断电，锅炉不进行加热处理。温度传感器一直检测锅炉内部的水温。当温度传感器检测的温度小于用户设定值的时候，单片机根据温

21、度的比较信号，重新对继电器进行通电，锅炉重新加热。第3章 硬件电路设计3.1 主控电路设计AT89S51是美国ATMEL生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也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，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机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、 AT89S51主要功能列举如下：(1) 为一般控制应用的8位单芯片。(2

22、) 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）。(3) 内部程式存储器（ROM为4KB）。(4) 内部数据存储器（RAM为128B）。(5) 32条双向输入输出线，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、 AT89S51管脚排列及系统所用引脚功能介绍。管脚排列如图3-1所示：下面介绍引脚的功能。 图3-1 AT89S51引脚图1、VCC:AT89S51 电源正端输入，接+5V。2、GND:电源地端。3、XTAL1:单芯片系统时钟的反相放大器输入端。4、XTAL2:系统时钟的反相放大器输出端。

23、5、PORT0:（P0.0-P0.7）：端口0是一个8位宽的开路漏极（Open Drain）双向输出入端口。P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。6、PORT2（P2.0-P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。7、PORT1（P1.0-P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。8、PORT3（P3.0-P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，

24、其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：9、P3.0：RXD,串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。AT89S51的时钟可由内部产生也可以由外部产生。在这个设计中只是用了内部产生。利用芯片内部振荡电路，在XTAL1，XTAL2（18，19

25、脚）的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡，用示波器便可观察到XTAL2输出的正弦波，定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路，它与单片机的接法的如图3-2所示。晶体可以在1.2MHz-12MHz之间所选，电容可以在20-60pF之间所选，通常选择30pF左右，电容C6，C7的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。在设计印制板时，晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，保证振荡器可靠工作，一般采用瓷片电容。图3-2 单片机最小系统3.2 温度测量电路设计DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统的热敏电阻相比

26、，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可根据实际需求来编程实现9-12位数字值的读数方式【3】。 测温芯片的选择图3-3 DS18B20封装形式和引脚功能如图3-3所示，DS18B20的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。DQ：数据输入/输出脚，与TTL电平兼容。VDD：可接电源，也可接地。因为每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时VDD接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则VDD接+5V，多用一根导线，但测量速度较快。图3-4 DS18B20内部结构图图3-4中出示了DS18B20

27、 的主要内部部件，下面对DS18B20内部部分进行简单的描述【4】：1、64位ROM。64位ROM是由厂家使用激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标识号，如表3-1所示：表3-1 64位ROM标识8位循环冗余检验48位序列号8位分类编号（10H）MSB LSBMSB LSBMSB LSB第1个8位表示产品分类编号，DS18B20的分类号为10H；接着为48位序列号。它是一个大于2811012的十进制编码，作为该芯片的唯一标示代码；最后8位为前56位的CRC循环冗余校验码，由于每个芯片的64位ROM代码不同，因此在单总线上能够并接多个DS18B20进行多点温度实习检验。2、温度传感器

28、。温度传感器是DS18B20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量通过软件编程可将-55-125范围内的温度值按9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率为0.0625。芯片出厂时默认为12位的转换精度。当接收到温度转换命令（44H）后，开始转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器RAM的第0，1字节中，二进制数的前5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测得的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1

29、，测得的数值需要取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。3、高速缓存器。DS18B20内部的高速缓存器包括一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除的EEPROM。非易失性可点擦除EEPROM用来存放高温触发器TH、低温触发器TL和配置寄存器中的信息。4、配置寄存器。配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第5个字节，该字节定义如表3-2所示：表3-2 匹配寄存器TMR0R111111TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动；R

30、1和R0用来设置分辨率；其余5位均固定为1。DS18B20分辨率的设置如表3-3所示：表3-3 DS18B20分辨率的设置R1R0分辨率最大转换时间 /ms009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5个ROM 操作命令之一：1、读ROM；2、匹配ROM；3、搜索ROM；4、跳过ROM；5、报警搜索。这些命令对每个器件的激光ROM 部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么

31、型号的器件。成功执行完一条ROM 操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6 条存储器和控制操作指令中的任一条。一条控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量。测量结果放在DS18B20的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH 和TL 各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH 和TL 进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。 DS18B20可以采用外部电源供电和寄生电源供电两种模

32、式。外部电源供电模式是将DS18B20的GND直接接地，DQ与但单总线相连作为信号线，VDD与外部电源正极相连。如图3-5所示：图3-5 DS18B20外部接线方式图中DS18B20的DQ端口通过接入一个4.7K的上拉电阻到VCC，从而实现外部电源供电方式。寄生电源供电模式如图3-6所示：从图中可知，DS18B20的GND和VDD均直接接地，DQ与单总线相连，单片机其中一个I/O口与DS18B20的DQ端相连。图3-6 DS18B20寄生电源供电方式 温度测量电路DS18B20的测温原理如图3-7所示, 其主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度存储器等功能部件组成。图3-7 DS1

33、8B20的测温原理DS1820 是这样测温【5】用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨率。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。

34、因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。图3-8 温度检测模块DS18B20内部对此计算的结果可提供0.5的分辨率。温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出，表3-4给出了温度值和输出数据的关系。数据通过单线接口以串行方式传输。DS18B20测温范围-55-125，以0.5递增。表3-4 温度数据关系温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+0.500000000 000000010001000000000 000000000000-0.51111

35、1111 11111111FFFF-2511111111 11001110FFCE-5511111111 10010010FF92S18B20遵循单总线协议，每次测温时都必须有4个过程【6】1、初始化；2、传送ROM 操作命令；3、传送ROM操作命令；4、数据交换；read ROM（读ROM）.命令代码为33H，允许主设备读出DS18B20的64位二进制ROM代码。该命令只适用于总线上存在单个DS18B20.Match ROM（匹配ROM）。命令代码为55H，若总线上有多个从设备时，适用该命令可选中某一指定的DS18B20，即只有和64位二进制ROM代码完全匹配的DS18B20才能响应其操作。

36、Skip ROM(跳过ROM)。命令代码为CCH，在启动所有DS18B20转换之前或系统只有一个DS18B20时，该命令将允许主设备不提供64位二进制ROM代码就适用存储器操作命令。Search ROM(搜索ROM)。命令代码为F0H,当系统初次启动时，主设备可能不知纵向上有多少个从设备或者它们的ROM代码，适用该命令可确定系统中的从设备个数及其RON代码。Alarm ROM（报警搜索ROM）。命令代码为ECH，该命令用于鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度值。Write scratchpad(写暂存器)。命令代码为4EH，允许主设备向DS18B20的暂存器写入两个字节的数据，其中第一个字节

37、写入TH中，第二个字节写入TL中。可以在任何时刻发出复位命令终止数据的写入。Read scratchpad(读暂存器)。命令代码为BEH，允许主设备读取暂存器中的内容。从第一个字节开始直到读完第九个字节CRC读完。也可以在任何时刻发出复位命令中止数据的读取操作。Copy scratchpad(复制暂存器)。命令代码为48H。若主机在该命令之后又发出读操作，而DS18B20又忙于将暂存器中的内容复制到EEPROM时，DS18B20就会输出一个“0”,若复制结束，则DS18B20输出一个“1”。Convert T(温度转换)。命令代码为44H，启动一次温度转换，若主机在该命令之后又发出其它操作，而

38、DS18B20又忙于温度转换，DS18B20就会输出一个“0”，若转换结束，则DS18B20输出一个“1”。Recall E2(拷回暂存器)。命令代码为B8H。将温度报警触发器TH和TL中的字节从EEPROM中拷回到暂存器中。该操作是在DS18B20上电时自动执行，若执行该命令后又发出读操作，DS18B20会输出温度转换忙标识：0为忙，1完成。Read power supply(读电源使用模式)。命令代码为B4H。主设备将该命令发给DS18B20后发出读操作，DS18B20会返回它的电源使用模式：0为寄生电源，1为外部电源。表3-5 DS18B20温度转换时间表R1R0温度位数最大转换时间00

39、9位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1012位750ms3.3复位电路单片机上电后，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。为了确保单片机正常复位，必需使其第9脚上出现的高电平保持2s以上。复位电路如图 3-9 所示：图3-9 复位电路系统的复位电路是由RC电路组成，外加一个手动复位按钮。刚上电时或者触动按钮后C5两端的电压为0，这时RST为高电平，而其高电平保持时间是由R和C的时间常数决定，由公式(3-1)可知，C充电的时间常数等于0.22ms，远远大于2s，即使RST高电平的时间保持2s以上，确保了单片机正常复位。 =RC (3

40、.1) 3.4 温度控制电路设计 本系统采用继电器进行对燃烧器工作方式控制，从而锅炉控制温度。当P口输出高电平时，经反相驱动器7406变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而是Q3导通，因而继电器的线圈通电,接通锅炉燃烧器。本部分电路与单片机的接口如图3-10所示。1、当P1.7输出高电平时，燃烧器通电，燃烧器对锅炉加热，进行加热处理。2、当P1.7输出低电平时，燃烧器断电，燃烧器对锅炉加热，不进行加热处理。图3-10 温度控制电路3.5 显示电路设计图3-11为LCD1602引脚分配图。其引脚说明见表3-2。图3-11 LCD1602引脚分配图LCD1602是具有4位/8位并

41、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57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、CGRAM地址设置、DDRAM地址设置、读忙信号及地址高数器、写数据、读数据），内部有80字节的RAM，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LED点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。(1) LCD1602引脚说明表3-6 LCD1602引脚说明管脚号符号功能1VCC电源地（GND）2VDD电源电压（+5V）3VL寄存器选

42、择输入端，输入MPU选择模块内部寄存器类型信号；RS=0，当MPU进行写模块操作，指向指令寄存器；当MPU进行模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU读操作还是写操作，均指向数据寄存器4RS读写控制输入端，输入MPU选择读/写模块操作信号；R/W=0 读操作；R/W=1 写操作5R/W读写控制输入端，输入MPU选择读/写模块操作信号；R/W=0 读操作；R/W=1 写操作6E读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效7DB0数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB38DB1数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBO

43、DB39DB2数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位3表3-2 LCD1602引脚说明续表方式通讯时，不使用DBODB10DB3数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB311DB4数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB312DB5数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB313DB6数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB314DB7数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB315DB

44、7数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道4位方式通讯时，不使用DBODB316BL+BL- 背光正端+5V 背光的负端0V(2) LCD1602结构块图。如图3-12所示为LCD1602结构块图，指明了LCD1602内部结构模块。图3-12 LCD1602结构块本系统采用LCD1602作为显示模块，它可以方便的和单片机接口，其主要功能是显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。其中VDD接5V电源用于显示LCD液晶显示芯片的工作,VL串接阻值1.8K欧姆为了调节LCD液晶显示芯片字符的亮度，当阻值越大时，LCD液晶显示越模糊。用滑动变阻器能更好的调节LCD

45、液晶字符显示的亮度，合适于锅炉的水位于水温的观察。BL+接5V电源是调节显示显示LCD液晶显示芯片是显示背光的亮度。LCD液晶显示电路如图3-12所示。图3-13 LCD液晶显示电路3.6 报警电路设计本系统采用蜂鸣器进行报警,并用两个LED指示灯表示工作状态，红灯亮绿灯灭表示报警;红灯灭绿灯亮表示正常工作。该部分电路与单片机的接口如图3-14所示。图3-14 报警电路电路由限流电阻R1、三极管Q1、两个二极管和蜂鸣器组成。这个电路并不是一般的放大电路，三极管不是工作在放大状态，而是工作在饱和状态和截止状态。当基极为低电平时，晶体管处于饱和状态，饱和电压为UCES=0.3V，此时，蜂鸣器鸣叫。

46、当基极为高电平时，晶体管截止，相当于开路，输出为高电平，蜂鸣器停止鸣叫。3.7 稳压电源电路设计78系列三端稳压器是最长见的集成稳压器件。具有过热，过流，调整管安全工作区保护功能。性能优良，可靠性搞。同时又由于器件只有三个引脚，所以使用简单方便，价格低廉，应用广泛。稳压电源电路如图 3-15所示，从J1输入9-12V的直流电，打上开关，经C1和C2滤波后，加到7805稳压块的输入端，再从其输出端输出稳定的+5V的电压。因为在本设计中，电路中均采用低功耗的器件，所以稳压块并不需要加散热片。此外，由电阻R2和发光二极管D4组成电源指示电路具有上电指示作用。图3-15 稳压电源电路3.8按键电路设计

47、本系统为符合实际要求，进入系统之前首先对温度报警值的设置。本系统有三个按键分别为K1,K2,K3.如图3-16所示。(1) K1设置锅炉温度报警值的温度值增加按键。K1每按下一次，温度报警值显示加比上一次值增加一度。(2) K2设置锅炉温度报警值的温度值减少按键。K1每按下一次，温度报警值显示比上一次值减少一度。 (3) K3温度报警值确定值。图3-16 按键电路设计第4章 系统软件设计本章讲述的系统软件设计包括锅炉温度控制的单片机程序设计以及构成系统的各部分子程序设计。4.1系统主流程图设计锅炉温度控制系统的单片机程序设计主流程图如图4-1所示。本系统进入执行时先对锅炉水位进行与设定的水位上

48、下限进行判断，然后按条件不同处理结果。当锅炉水位满足条件的时候再对锅炉的水温采样监控，并进行相应的处理。开始检测水位水位小于下限？关闭水泵报警报警报警中断中断停止加热给水泵工作水位大于上限？温度大于上限？温度小于下限？图4-1 软件主流程4.2中断服务程序中断服务程序K1是否按下加1并示K2是否按下减1并显示K3是否按下返回是是是否否否图4-2 中断服务程序4.3 DS18B20温度采集子程序设计DS18B20有严格的协议来确保其数据的完整性。协议包括几种单线信号类型：复位脉冲，存在脉冲，写0、写1、读0、读1。所有这些信号类型除存在脉冲外，其它的信号均由总线主机产生。开始与SD18B20进行

49、任何通信。都要对其进行初始化，在接收到复位脉冲后，再对SD18B20进行正确的ROM命令和存贮器操作命令。在总线主机初始化过程，主机通过拉高单总线，以产生复位脉冲。接着，在主机释放总线，并进入接收模式。当总线被释放后，上拉电阻将总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后，接着产生延时，接着通过拉低总线，以产生存在脉冲。DS18B20温度采集子程序流程图如图4-3所示。开始检测DS18B02是否存在跳过EOM匹配是发出温度转换 命令跳过ROM匹配发出温度读取 命令保存采集的温度结束否图4-3 DS18B20温度采集子程序流程图4.4 LCD液晶显示子程序设计本系统采用是162的LCD1602，单片机对

50、其初始化，然后将需要显示的字符在LCD存储的地址和要求在LCD显示的地址送出，再检测LCD是否处在忙碌不能接收命令或数据的状态，检测到LCD空闲时就可以写数据显示了。LCD液晶显示子流程图如图4.4所示，具体实现过程请查阅附录LCD液晶显示子程序。开始LCD液晶显示模块初始化将需要的显示信息和LCD的地址送出检测LCD是否忙碌写数据显示结束否是图4-4 LCD液晶显示子流程图总结本设计通过单片机的控制，实现了锅炉温度控制的基本功能，确保了能够在正常范围下工作。本系统是基于单片机的锅炉温度控制，在设计中主要有温度检测、按键控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现温度控制。主要用数字温度传感器D

51、S18B20来检测水温，用五个控制按键来实现按健控制，用液晶显示屏LCD1602来完成显示部分。并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要打开或者关闭温度加热的操作，从而实现单片机自动控制的目的。本设计用单片机控制易于实现锅炉供暖、而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便。采用数字温度传感器、液晶显示屏LCD1602等使硬件系统大为简化。系统精度高，自动控制功能。并设有超过高温、低于最低温度时故障报警，有问题立即就能发现。通过自动调节控制温度并实现锅炉内温度的自动控制。保护温度控

52、制在设定值上正常运行不需要人工干预，减小了操作人员劳动强度。在本次设计中，我不但巩固了基础知识，而且锻炼了自己的学习能力，通过查阅资料，了解了大量课堂上学不到的东西，为以后的工作和学习打下了夯实的基础，但遗憾的是本设计并未通过了实物模拟，在实际应用上肯定存在着不少缺欠。希望以后能做出实物，发现设计上的缺欠，并加以改进，完善本系统的设计。致谢在论文完成之际，我首先要向蔺金元老师表示最真挚的谢意。蔺老师时常督促我抓紧时间做毕业设计，并经常讨论，给我提出好的建议。蔺老师不仅工作认真，她严谨的治学态度令我受益匪浅，相信在我以后的生活学习带来深远的影响。在此衷心的向蔺老师表达我的感激之心。我还要特别感谢

53、各位同学给予了我无私的帮助，他们帮我解决了很多设计中遇到的难题，并帮我测试程序。由于本人学识有限，加之时间仓促，文中不免有错误和待改进之处，真诚欢迎各位师长、同学提出宝贵意见。参考文献1 钟晓伟, 宋哲存. 基于单片机的实验是温湿度控制系统设计M. 南京: 南京科技大学, 2002: 47-50.2 叶景. 基于单片机的温度控制系统的设计经验与交流M. 北京: 清华大学, 2008: 34-373 杨光友. 单片机微型计算机原理及接口技术M. 北京: 中国水利水电出版社, 2002: 55-784 李丹妮. 单片机温度控制系统设计J. 九江学院报, 2007, 12(2): 22-25.5 ATMLE Corporation, 8-Bit Micro controller AT89C51. J. Digital Thermometer, 2001, 15(4): 58-61.6 胡寿松. 自动控制原理M. 北京: 科学出版社, 2007: 134-152.7 刘笃仁, 韩保君. 传感器原理及应用技术M. 西安电子科技大学出版社, 2008: 23-38.8 梅丽凤, 王艳秋, 汪毓铎, 张军. 单片机原理及接口技术M. 清华大学出版社. 2006: 47-69.9 张义和,