基于单片机的锅炉温度控制系统的设计与实现--毕业论文.doc

唐 山 学 院 毕毕 业业 设设 计计 设计题目：设计题目：基于单片机的锅炉温度控制系统的设计与实现 系系 别：别： 信息工程系 班班 级：级： 12 电气工程及其自动化（2）班 姓姓 名：名： 周雄 指指 导导 教教 师：师： 廉文利 2 0 1 6 年6 月1 日 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 基于单片机的锅炉温度控制系统的设计 摘 要 根据对当前采暖需求情况广泛调查，目前的广大用户的采暖方式为燃煤锅炉的 一次集中供暖，就能源方面的而言，集中燃煤供暖对能源的利用率相对比较低，消 耗大，就实际供暖效果而言，燃煤供暖对有的用户供暖过热的时候，而有的用户却 没有达到理想的供暖效果。结合工程实际需要，针对燃气锅炉的特点，研制开发了 基于MCS-51单片机的小型家用燃气锅炉蒸汽温度控制系统，其目的在于改善燃煤锅 炉集中采暖时所遇到的锅炉温度不易控制，改进采暖的控制方式，提高采暖的经济 性、实用性。这种采暖方式的目的是将每一位需要供暖的用户都看成一个独立的个 体，针对性的供暖。本设计主要利用 Protues电路设计软件，对智能控制器的电源电 路、复位电路、时钟电路、报警电路、LCD液晶显示电路，以及控制器温度采集电 路进行了设计。电源采用三端集成稳压器W7800或者W7900系列元件7805,交流220 V 电压转换成为MCS-51单片机所需要的5V电压；将AT89S51作为控制器的核心器件； 利用集成电路温度传感器DS18B20测量锅炉水温;将测量的水温与预先设定的设定值 进行比较，单片机另外使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、当前水位、预先 设定的温度报警值、当前采集的温度值。当测量的温度超过设定的报警温度值时， 系统会发出报警声音，同时关闭锅炉燃烧器。然后等待温度降到下限值，这时就可 以重新对锅炉燃烧器进行通电，继续加温，如此反复监控温度。这样就可以节约能 源，提高能源的使用率。针对该系统的要求和特点，在上述硬件电路及实现方法的 基础上，利用汇编语言，设计了基于单片机的锅炉蒸汽温度控制系统。控制软件主 要包括温度和温度采集子程序、键盘扫描子程序和LCD液晶显示子程序等。通过对 温度的测试，可以发现所设计的控制系统能够满足设计要求，并达到理想的效果。 关键词关键词：单片机；LCD；燃气锅炉；温度控制；DS18B20 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 Microcontroller-based design of the boiler temperature control system ABSTRACT According to the current heating demand extensive investigation, current users of heating coal-fired boiler central heating, energy, coal-fired heating energy utilization rate is relatively low, consumption, the actual heating effects, coal-fired heating for some users heating overheating, and some users has not reached the ideal heating effect. Combined with the actual needs of the project, according to the characteristics of gas boiler and developed based on MCS-51 single chip microcomputer small household gas boiler steam temperature control system, its purpose lies in encountered improve coal-fired boiler central heating boiler temperature is not easy to control, improved the control mode of heating and improve the heating is economic and practical. The purpose of this kind of heating way is to be regarded as an independent individual, for the purpose of heating. This design mainly uses Protues circuit design software, the intelligent controller power supply circuit, reset circuit, clock circuit, alarm circuit, LCD display circuit, and a controller temperature acquisition circuit is designed. Power supply using three terminal voltage regulator integrated w7800 or W7900 series element 7805, AC 220 V voltage into a MCS- 51 microcontroller need 5V voltage; the AT89S51 as the core chip of the controller; the use of integrated circuit temperature sensor DS18B20 measuring boiler water temperature; will measure the temperature of the water with preset setting values were compared, MCU and LCD display to display the water level of upper and lower limit value, the current level and preset temperature alarm value, the collection of temperature value. When the measured temperature exceeds the set alarm temperature value, the system will send out alarm sound, and close the boiler burner. And then wait for the temperature to drop to the lower limit, then you can re boiler burner for electricity, continue to heat, so repeated monitoring temperature. This can save energy, improve energy efficiency. According to the requirements and characteristics of this system, the boiler steam temperature control system based on single chip microcomputer is designed, which is based on the hardware circuit and the realization method. Control software mainly includes temperature and temperature acquisition subroutine, keyboard scanning subroutine and LCD liquid crystal display subroutine, etc Through the test of temperature, it can be 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 found that the designed control system can meet the design requirements, and achieve the desired results Keywords:MCU; Liquid Crystal Display; Gas boiler; Temperature control;DS18B20 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 目录 1 引言1 1.1 课题背景及研究意义1 1.2 系统的总体设计思想2 2 系统方案论证及工作原理3 2.1 设计方案论证3 2.2 系统结构框图3 2.2.1 主要器件的选择5 2.2.2 锅炉辅助器件选择.5 3 硬件电路设计6 3.1 主电路6 3.2 单片机选择设计.7 3.3 单片机最小系统9 3.3.1 时钟电路设计.9 3.3.2 复位电路9 3.4 温度检测电路设计及温度传感器选择.10 3.4.1 DS18B20 简介10 3.4.2 温度采集电路.12 3.5 温度控制电路设计12 3.6 水位控制电路13 3.6 显示电路设计14 3.7 报警电路设计18 3.8 稳压电源电路设计19 3.9 按键电路的设计.19 4 系统软件设计21 4.1 主流程图设计.21 4.2 中断程序程序.23 4.3 DS18B20 温度采集子程序设计23 4.4 LCD 液晶显示子程序设计25 总 结26 致谢27 参考文献29 附录：总程序.30 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 1 1 引言 1.1课题背景及研究意义 锅炉是一种热能转换设备，由锅和炉两大主体组成主要保证其安全经济持 续续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统组成，水在锅筒中不断被炉 里的燃料燃烧所释放出的能量加热，使其温度升高并产生带压蒸汽。由于压力 随着温度的升高而增加，水的沸点也随之升高，然而锅是密封的，这样就使得 水蒸气在锅筒里面的膨胀受到限随之产生压力进一步形成热动力（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）作为一种能源普遍 使用。锅炉，广泛用于生产和生活之中。就以中小型锅炉为例，中小型锅炉作 为供暖设备用于提供热水和取暖，并在取暖方面得到了普遍应用。从对能源的 利用方面来讲，集中供暖一次性投资相对过大，运行费用过高，无论是否需要， 暖气始终全天供热，因楼层不同，而造成供暖的温度无法均匀。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，降低了能源使用率；若遇到 供暖不够，不能满足居民的供暖热度，使用户不能得到完美的供暖服务。 这种 供暖方式从原理上而言，效率较低。而且集中供暖的锅炉大多数是燃媒锅炉， 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， 给个别用户带来很多不便。所以对锅炉温度控制系统方面的研究非常的有价值。 基于这种情况，近年来采用以天然气、液化石油气为燃料的中小型燃气锅 炉具有高效、环境污染小、发热量大、供暖到位、污染小等特点，受到广大用 户的欢迎。尤其在国外，燃气锅炉目前已得到了广泛应用。其中套管式燃气锅 炉、板换式燃气锅炉、冷凝式燃气锅炉是比较常见的几种燃气锅炉。随着科技 的发展，和各方面的客观条件的满足。生活中采暖，用燃气锅炉的应用也必将 成为必然趋势，也有非常好的发展前景和市场。而且随着燃料不断补给，燃料 充足，城市输送燃气管网十分完善，燃气使用率也会非常高。这样就会使广大 采暖用户放弃集中供热的方式，采用分散采暖的方式，让每个采暖用户都得到 很好的供暖保障。而燃气锅炉。作为分散供暖的一个非常好的取暖方式，它必 将被越来越多的需求者关注并使用，成为广大用户青睐的采暖方式。 目前市场上家用燃气锅炉大多来源于进口，价格高，售后服务并不完善， 这对燃气锅炉的推广使用造成了诸多不便。因此，制开发小型家用燃气锅炉， 非常有意义，以满足广大的市场需求。 本设计，将结合上述中小型燃气锅炉在实际取暖中的需要，利用以MCS-51 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 2 为单片机核心的器件，组成锅炉温度控制系统。并采用温度采集技术，通过对 整个系统的运行和研究分析，达到对利用单片机实现温度采集技术在过程中的 应用的全面认识和理解。 1.2系统的总体设计思想 目前，市场上出现了专门以单片机作为工业控制的系列产品。单片机凭借 其体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、功能强等特点，在工业控制的实践中， 单片机的使用也越来越广泛，单片机不仅可以实现各种常规的应用控制，还能 根据所需求的对象的特性进行控制。对被控对象采用更完善的控制方式，达到 更完善的控制效果。目前，对于家用取暖锅炉而言，每一套都需要一套独立完 整的控制系统，而且批量生产的话，所需的控制系统的量会非常的大，对于这 些特点，从生产的成本和消费水平出发，以MCS-51为核心的控制系统是非常理 想的选择，并且能充分利用该核心器件的种种特点，可谓非常适合现实的需求。 比如：MCS-51系列的单片机的运算能力、完备的控制功能、加上完善的外部借 口电路等都会对锅炉控制系统带来非常理想的效果。就外围芯片而言，尽量选 取典型的、有利于扩展和替换的芯片和电路，为了尽量降低和节约生产成本， 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 传感器具有耐磨耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样等特点，适用于很多 狭小空间的数字测温和控制。LCD液晶显示器本身作为一种超薄显示设备，显 示器功耗很低，适用于使用各种电池的电子设备，非常方便。他们两者和单片 机的家口比较容易，而且编程的强度不大，既缩短了系统的开发周期，又保证 了系统的稳定运行，而却节省了开发成本。 该系统在软件上采用模块化的程序结构。控制程序为主程序，为整个系统 软件的主线，其他功能模块采用子程序调用、查询等方式为调试和扩充提供方 便。 该设计是采用单回路控制系统对锅炉的过热蒸汽温度进行控制，将 AT89S51单片机作为核心，并包括温度的采集、显示、控制输出、执行机构和 通信等模块组成。被控对象的关键在于对温度的测量和控制两个方面，测量温 度是控制温度的基础，测温方面的技术相对成熟。但是由于被控对象越来越复 杂，在控制温度方面存在很多问题。本论文采用PID算法对锅炉温度控制徐彤 的设计，并利用仿真软件Matlabd对控制算法进行了仿真，最终实现对锅炉的温 度控制系统的控制和实现。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 3 2 系统方案论证及工作原理 2.1 设计方案论证 该设计采用 AT89S51 单片机、7805 电源稳压芯片、温度传感器 DS18B20、液晶显示器 LCD1602 等核心软件。采用 LCD 液晶显示器来显示水 位的上下限、当前水位、预先设定的温度警报值、当前采集的温度值，直观、 缄口简单、变成强度不大、简单。这样就可以缩短系统的开发周期，减少系统 的成本开销。另外在温度测量范围、精度、响应时间、稳定性方面 DS18B20 都 要比热敏电阻好。境来开发本系统主控单片机的全部程序都是用汇编语言来编 写的，采用 Keilu 集成开发环单片机的应用程序。 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。通过对案件电路进行温度 报警值的设定之外，还采集温度和处理温度。然后和设定的警报值比较，如果 测量值大雨上限值时就报警，加热停止。当测量值小于下限值时，重新启动加 热装置，进行加热处理。以此反复处理便能达到对锅炉温度的控制。同时结合 实际需求，本系统也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、温度报警值和实际温度值。图 2.1 为系统结构框图。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 4 AT89S51AT89S51 按键设定按键设定 温度采集温度采集 稳压电源稳压电源 复位复位 液晶显示液晶显示 继电器继电器燃烧器燃烧器 报警报警 给水泵给水泵 图 2.1 系统结构框图 在工业生产中，锅炉是一种非常重要的动力系统。其中对锅炉温度的控制， 是一个非常重要的环节。本系统的过程控制系统，主要用于燃气锅炉的水温控 制系统。在燃气锅炉里，天然气、液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热 的对象，温度传感器传出的信号经过设定的电路的处理后，作为单片机系统的 输入信号。本系统将对锅炉的水温和水位控制信号进行采样。 该系统的控制信号，通过继电器控制燃烧器内进出气，由三个进气阀实现 对进出气的控制。燃烧器的作用：继电器接通燃烧器电源，之后燃烧器通过对 其内部的光电检测管进行检测。如果有火光则便是点火成功，不需要气功点火 变压器；如果没有火光，则启动点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气， 这是电光管检测到有火焰，测关闭点火变压器，系统点火成功。该燃气锅炉根 据用户的需要调节所需温度的热水，控制系统将温度传感器检测到的检测温度 和温度的设定值进行比较，给出控制信号。如果检测温度大雨警报值时，单片 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 5 机实行对继电器的电源关断处理，这是燃烧器断电，锅炉则不进行加热。温度 传感器一直检测锅炉内部的水温；如果温度传感器检测的温度小于设定值时， 单片机根据检测温度的比较信号，重新对继电器进行通电处理，锅炉则会重新 加热。 本系统的燃烧调节系统采用有差调节系统。有差调节时，系统调节过程中， 被调参数值的设定在参数范围内变动。在供热锅炉中，常采用的有差调节就能 达到需求，所以该系统将采用有差调节，并采用双位控制。如图 2.2 所示。 燃烧控制（调节）系统 有差调节 系统 无差调节 系统 位式控制 比例控制 比例积分调节(PI) 比例积分微分调节 （PID） 双位控制 三位控制 图 2.2 燃烧调节系统 2.2.1 主要器件的选择 1.选用 Atmel 公司的片机 AT89S51。 2.选用 Dallas 半导体公司的度传感器 DS18B20。 3.液晶显示器 LCD1602。 2.2.2 锅炉辅助器件选择 1.奥林燃烧器： 型号:GP-300T 功率(kg):700-4000 火焰探 测器型号:QRA-2 伺服马达型号:SQM 气阀密封检漏器型号:VDK200/VPS504/DK2F 燃烧器控制:外置。 重量（kg）：320 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 6 3 硬件电路设计 3.1 主电路 1.温度控制电路 图 3.1 温度控制电路 2.水位控制电路 图 3.2 锅炉加水电路 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 7 图 3.3 水位检测电路 3.2 单片机选择设计 AT89S51 是低功耗、高性能的 CMOS8 位单片机，片内含 4Kbytes 的可系 统变成的 Flash 只读存储器。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 指令系统和引脚。它集 Flash 程序存贮器既能用传统的 方法进行变成也可在线编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中，ATMEL 公 司的功能非常强大，AT89S51 单片机的低价位可为您提供很多高性价比的应用， 可在各种控制领域灵活应用。 (1)AT89S51 主要功能列举如下： 为一般控制应用的 8 位单芯片。 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）。 内部程式存储器（ROM 为 4KB）。 内部数据存储器（RAM 为 128B）。 32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制。 5 个中断向量源。 2 组独立的 16 位定时器。 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 3.4 所示, 下面介绍引脚的功能。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 8 图 3.4 AT89S51 的管脚排列 VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V. GND：电源地端. XTAL1：单芯片系统时钟的反向放大器输入端. XTAL1：系统时钟反向放大器输出端. PORT0:（P0.0P0.7）：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。 PORT2（P2.0P2.7）：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 口便当成输入端口来使用。 PORT1（P1.0P1.7）：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。 PORT3（P3.0P3.7）：端口 3 也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 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： 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。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 9 3.3 单片机最小系统 3.3.1 时钟电路设计 AT89S51 的时钟可由外部产生也可以由内部产生。在这个设计中只是用 了内部产生，利用芯片的内部震荡电路，在 XTAL1（18 脚）、XTAL2（19 脚） 的引脚上外接定时元件，内部震荡器便能产生自激震荡，用示波器观察 XTAL2 输出的正弦波。定时元件的谐振电路可采用石英和电容组成，它与单片机的接 法如图 3.5 所示。晶体可以在 1.2MHz-12MHz 之间选择、电容可以在 20pF- 60pF 之间选择。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，可用于对频率的微调。在设计印制板时，晶体和电容要尽可能的和单片 机芯片靠近，减少寄生电容，以保证振荡器的可靠工作，一般采用此片电容。 图 3.5 时钟电路 3.3.2 复位电路复位电路 单片机上电后，在其 RESET（9 脚）出现 24 个振荡周期以上的高电平后， 单片机内部复位，为了确保单片机能正常复位，必须在其 RESET（9 脚）上 出现的高电平保持 2s 以上。复位电路如图 3.6 所示。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 10 图 3.6 复位电路 系统中的复位电路是由 RC 电路组成，外加一个手动的复位按钮。在触动 按钮或者刚上电后 C5 两端的电压为 0，此时 RST 为高电平，而其高电平保持 时间是由 R 和 C 的实践常数决定，由公式（3-1）可知，C 充电的时间常数 等 于 0.22ms，远大于 2s.即使 RST 高电平的时间保持 2s 以上，也能确保单片机 的正常复位。 R*C （3- 1） 3.4 温度检测电路设计及温度传感器选择 3.4.1 DS18B20 简介 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一 线总线”借口的温度传感器。一线总线独特而却十分经济使用的特点，使广大 用户可以轻松的组建传感器网络，为测量系统的构建引入了一个全新的概念。 DS18B20 可以设定程序 9-12 位的分辨率，精度为 0.5 摄氏度。分辨率的设 定，以及用户设定的温度报警存储在 EEPROM 中，即使掉电后也能保存。 (A)DS18B20 特性： 1.独特的单线接口。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55125，以 0.5递增。 8.温度以 8 位数字量读出。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 11 9.温度数字量转换时间 200ms（典型值）。 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，标志超过程序限定温度的器件。 12.应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系 统 (B)ROM 操作品令 ： 总线主机检测到 DSl820 的存在，便可以发出 ROM 操作命令之一， 这些命令如 指令 代码 1.Read ROM(读 ROM) 33H 2.Match ROM(匹配 ROM) 55H 3.Skip ROM(跳过 ROM) CCH 4.Search ROM(搜索 ROM) F0H 5.Alarm search(告警搜索) ECH (C)存储器操作命令 指令 代码 1.Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH 2.Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH 3.Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H 4.Convert Temperature(温度变换) 44H 5.Recall EPROM(重新调出) B8H 6.Read Power supply(读电源) B4H (D)DS18B20 管脚功能表，如表 3.1 所示 表 3.1 DS18B20 管脚功能表 3.4.2 温度采集电路 温度采集电路，只有一个 DS18B20 温度传感器，他与单片机的接口比较简 单，如图 3.8 所示。只要将 5V 的供电给传感器，并把它的单总线接到单片机的 P 口就可以了。 引脚序号引 脚 名 称功 能 1GND接地 2DQ数据输入/输出脚 3VDD接 5V 电源 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 12 图 3.8 温度采集电路 3.5 温度控制电路设计 本系统采用继电器控制对燃烧器的工作方式进行控制，从而锅炉控制温度。 当 P 口输出电平为高电平时，经反向驱动器 7406 变为电平，这时二极管发光， 接着光敏三极管导通，进而是 Q3 导通，因而继电器的线圈通电，使锅炉燃烧 器接通。本部分单片机接口和部分电路如图 3.1 所示。 1. 当 P1.7 输出电平为高电平时，燃烧器通电，对锅炉加热，进行加热处 理。 2. 当 P1.7 输出电平为低电平时，燃烧器断电，对锅炉加热，不进行加热 处理。 3.6 水位控制电路 正常加温的工作情况下，要同时对锅炉液位进行检测，当锅炉的测量水位 满足条件时，开始工作。 本系统的设计，利用普通水能导电的性质，采用不锈钢管作为检测水位的 器件，放在锅炉上、下限的金属棒是否在导电来半段锅炉的水位是不是在上、 下限的范围之间。单片机通过水位变化的采集信号，发出指令对水泵进行控制， 控制锅炉内水位符合预先设定的条件。 如图 3.3 水位检测电路所示，金属棒 1 位于水位上限的位置；金属棒 2 位 于水位下限的位置；金属棒 3 位于水位一下比较远一点的位置。其中金属棒 1 和 2 用限流电阻分别与单片机相连，金属棒 3 接+5V 电源、单片机对单片机端 口 P1.2 和 P1.3 的电平情况进行不断的检测。 1. 当 P1.2=高电平、P1.3=高电平时，即实际检测的水位在水位上限以上 的位置时，系统发出警报命令，并停止工作。 2. 当 P1.2=高电平、P1.3=低电平时，即实际检测的水位在水位上限和水 位下限之间的位置时，单片机不进行处理，并保持给水泵的状态不变。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 13 3. 当 P1.2=低电平、P1.3=低电平时，即实际检测的水位在水位下限一下 的位置时，系统控制给水泵工作，锅炉开始加水，并报警。 当锅炉检测水位在水位下限值时，单片机 P1.4 口输出高电平，继电器进行 接通，此时给水泵通电，并开始工作给锅炉加水。 3.6 显示电路设计 图 3.12 为 LCD1602 引脚分配图，其引脚说明见表 3.2。 LCD1602 是具有 4/8 位并口可选接口方式的液晶显示模块。他能同时显示 两行字符，每行有 16 个字符，字符以 5*7 的点阵形式显示。其字符中总共有 160 中字符。入选的指令有 11 条；清屏、返回、移位、功能设置、显示开关设 置、输入方式设置、CGRAM 地址设置、读忙信号及地址高数器、DDRAM 地 址设置、写数据、读数据等。内部有 80 字节的 RAM，8 位数据接口，另外三 根控制总线作用于完成对写数据、读数据、指令时序控制。由该模块构成的液 晶显示方案和|LED 点阵液晶显示的模块进行相比较，无论是显示程序或者是硬 件电路结构都要简洁的多。 图 3.12 LCD1602 引脚分配图 （1） LCD1602 引脚说明 表 3.2 LCD1602 引脚说明 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 14 管脚号符号功能 1VCC电源地（GND） 2VDD电源电压（+5V） 3VL寄存器选择输入端，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 读写控制输入端，输入 MPU 选择读/写模块操作信号；5 6 7 R/W E DBO R/W=0 读操作；R/W=1 写操作 读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效 数据输入/输入口，MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时，不使用 DBODB3 8DB1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 DBODB3 9DB2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 DBODB 10DB3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 DBODB3 11DB4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 DBODB3 12DB5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 DBODB3 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 15 13DB6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 DBODB3 15DB7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 DBODB3 16BL+ BL- 背光正端+5V 背光的负端 0V （2） LCD1602 结构模块图。如图 3.13 所示是 LCD1602 结构块图，指明了 LCD1602 的内部结构模块。 图 3.13 LCD1602 结构块图 ( 3 ) 本系统采用 LCD1602 作为显示模块，它和单片机接口比较方便，其只要功 能是显示水位的上、下限值、当前水位、预先设定的温度警报值、当前采集的 温度值。其中显示 LCD 液晶显示芯片的工作用 VDD 接 5V 电源来完成，为了 调节 LCD 液晶显示芯片字符的亮度我们用 VL 串接值 1.8K 欧姆，当阻值越大 时，LCD 的液晶显示就会越模糊。而滑动变阻器则能更好的调节 LCD 液晶字 符的显示亮度，合适于锅炉的水位和水温的观察效果。用 BL+接 5V 电源则是 为了调节显示 LCD 液晶显示芯片的背光亮度。LCD 液晶显示电路如图 3.14 所 示。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 16 图 3.14 LCD 液晶显示电路 3.7 报警电路设计 本系统主要采用蜂鸣器进行报警，用两个 LED 灯（红灯和绿灯）表示工作 状态。红灯亮、绿灯灭则表示报警；红灯灭、绿灯亮则表示系统正常工作。该 部分电路与单片机的接口如图 3.15 所示 图 3.15 报警电路 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 17 该电路由限流电阻 R1、两个二极管、三极管 Q1 和蜂鸣器组成。但是这个 电路和一般的放大电路有所不同，该电路三极管并不是工作在放大状态，而是 在饱和状态、截止状态。饱和电压为 UCES=0. 3V，此时蜂鸣器处于鸣叫状态； 当基极为高电平时，晶体管截止，也就是相当于开路，输出为高电平，蜂鸣器 处于停止鸣叫状态。 3.8 稳压电源电路设计 78 系列的三端稳压器是最常见的集成稳压器之一。其具有过热、过流、调 整管安全工作区的保护功能。性能好，可靠性高。而且该器件只有三个引脚， 所以使用方便，简单，价格低廉，应用广泛。 稳压电路如图 3.16 所示。从 J1 输入 9V12V 的直流电，打上开关，经过 C1、C2 的滤波后，加到 7805 稳压块的输入端，然后再从其输出端输出稳定的 +5V 电压。此外，电源指示电路由电阻 R2 和发光二极管 D4 组成，具有上电指 示作用。 图 3.16 稳压电源电路 3.9 按键电路的设计 为符合实际需求，该系统在进入之前需要对温度报警值进行设置。该系统 有三个按键，分别为 K1、K2、K3。如图 3.17 所示。 （1）K1 设置为锅炉温度报警值的温度值增加按键。每按键（K1）一次， 温度报警值显示比上一次显示的值增加一度。 （2）K2 设置为锅炉温度报警值的温度值减少按键。，没按键（K2）一次， 温度报警值显示比上一次显示的值减少一度。 （3）K3 温度报警值为确定值。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 18 图 3.17 按键电路的设计 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 19 4 系统软件设计 本章讲述的是系统的软件方面的设计，其中包括锅炉温度控制的单片机程 序设计、构成系统的各部分子程序的设计。 在单片机项目开发中，最后进行的软件编写与调试，程序编写是整个设计 中最复杂的环节，单片机的程序设计可采用 C 语言与汇编语言。汇编语言为机 器语言结构简单明了，而且采用模块化编程方便移植与修改，与 c 语言相比更 适合初学者学习与编写，本设计将采用汇编语言来进行软件的编写。 本设计单片机的开发软件是使用的 Keil Vision4 进行软件编写修整与写 入单片机进行调试，keil 软件是 51 单片机系列的软件开发系统，可以同时进行 C 与汇编语言的单片机程序开发。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开 发环境（uVision）将这些部分组合在一起。可实现软件的编写，编译纠错与运 行调试。使用单片机进行系统设计使用 KEIL 软件进行开发是最好的选择。该 软件不仅集成了多种开发环境也是用多样的芯片开发，功能十分强大适合单片 机的学习与开发 4.1 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。 该系统一旦进入执行状态，则先对锅炉水位与设定的水位上下限值进行判 断，然后按照不同的条件进行不同的处理。当锅炉的水位满足条件之后，再对 锅炉的水温进行采样监控，并处理。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 20 图 4.1 软件主流程 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 21 4.2 中断程序程序 中断服务程序 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 有严格的协议用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，如 果不存在脉冲，则其他的信号均由总线主机产生。开始和 DS18B20 进行任何通 信，都要对其初始化，在接收到复位脉冲后，再对 DS18B20 进行正确的存储器 和 ROM 命令的操作命令。在总线主机初始化的过程中，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，并进入模式，当释放总线后，总线 被上位电阻拉高。当单总线器件检测到上升沿后，随后产生延时，在通过拉低 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 22 总线产生存在脉冲。DS18B20 温度采集的子程序流程图如图 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 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 23 4.4 LCD 液晶显示子程序设计 本系统采用 16*2 的 LCD1602。单片机首先要对其初始化，然后将需要显示 的字符促在 LCD 的存储地址和要求的显示地址送出。再检测 LCD 是否处于不能 接受命令和数据的忙碌状态，若检测到 LCD 空闲，就可以写数据进行显示了。 LCD 液晶显示子流程图如图 4.4 所示。 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 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 24 总 结 本设计通过对单片机的控制，以实现锅炉温度控制的基本功能，主要利用 继 电器对燃烧器的工作进行控制，并对锅炉的水位和温度进行检测、反馈，通过 显示屏显示出水温和水位的状态信息，对其进行控制，以确保该系统能够在正 常的范围下工作。 系统采用 AT89S51 芯片作为控制芯片，采用一线总线的温度传感器 DS18B20，用 LCD1602 液晶显示模块显示水温和水位的状态信息。用这些简单的 硬件设备使得硬件电路变得更加简单，而且性能更是得到了提高。再加上蜂鸣 器的报警，让该系统在实际应用中更加的安全。无论从成本、能源使用率、操 作难易程度、实用性、发展空间等发面，本系统的设计都能达到一个让人满意 的效果。 本次毕业设计对于即将毕业走向工作岗位的我，是一次历练又是一次挑战， 学习了很多以前未了解的知识，了解了如何实现一个设计的构建与完成。从刚 开始设计方案的确立，各个硬件模块元器件的选型到电路的焊接直到最后的调 试以及各个问题的解决，不断完善所遇到的问题。从这一整套设计做下来，整 个设计方案成功的运行。带来的不仅是成功的成就感与愉悦感同时是自己能力 认证的自豪感。在今后面对一个全新的事物知道如何确立解决方案，如何实现 自己设立的目标这对以后人生的价值实现具有重大意义。在拿到自己不再熟悉 的问题时首先查找资料确立一些基本的解决方案同时一步一步的推敲，一步步 的解决遇到的问题。只有在解决问题是才能真正考验我们的能力。 在本次设计中，通过对大量资料的查阅和学习，更是让我体会到了课堂中 所学习的知识应用于实际中这个过程中的难度，但是也是通过本次设计不仅让 我了解了大量在课堂中学不到的东西，更是对课堂基础知识的巩固，并且锻炼 了自激的实际动手操作能力，为以后的工作打下了坚实的基础。但该次设计并 没有制作实物进行模拟操作，如果应用与实际中肯定有或多或少的缺陷，如果 以后能做出实物进行模式操作，则会让本次设计更加完美，更有说服力。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 25 致谢 丰富多彩的四年大学生活即将落入尾声，回顾匆匆而过的大学生活，收获颇丰， 感慨也颇多。作为唐山学院的一名学子，首先要感谢的就是培养教育了我的学 校，为我们大家的学习和生活创造了一个积极健康，欢乐向上的环境。其次是 要感谢教书育人的老师们，在我们刚刚从满付着高考的压力升学上来的时候， 大学里的一切对于我们来说都是新鲜而又充满着好奇的，所以我们的身心充满 着贪玩的欲望，而老师则一直在教育鼓励着我们认真学习，规划好自己的生活。 教书、育人，传道、授业、解惑是我们老师的代名词。大学四年的学习生活， 老师不仅教会了我们专业知识，更加教会了我们在书本里学不到的譬如发现问 题和解决问题的能力，与人沟通的能力以及待人接物等等，这些是我人生中得 到的一笔宝贵的财富。 在这次毕业设计的过程中，我从对毕业设计无从下手，一无所知的情况， 直到将毕业设计制作完成的期间，我的指导老师杨老师给予了我很多帮助，给 我提供了很多相关的资料，为我解答了很多专业问题上的疑惑。在器件的选择， 电路的焊接，程序的下载以及系统的调试上，都得到了指导老师的帮助。 通过本次毕业设计的制作，我得到了许多得到感悟。首先对于分散的知识进行 系统的，有条理的整合，可以使我们能够抓住关键事物的主体脉络，从而不至 于走题。也可以为系统各个模块的有序规划和制作打下良好的基础。正所谓先 主体后部分，自己在思维和思路上也得到了进步。 结束了毕业设计，使我对事物有了一个更新，更深，更全面的一个认识。也为 我四年的大学生活画上了一个圆满句号。 在此，我再次感谢培育我的唐山学院还有教书教人，为学生孜孜不倦的可爱的 老师们以及指导、帮助我完成毕业设计的指导老师杨老师表示感谢。 丰富多彩的四年大学生活即将落入尾声，回顾匆匆而过的大学生活，收获 颇丰，感慨也颇多。作为唐山学院的一名学子，首先要感谢的就是培养教育了 我的学校，为我们大家的学习和生活创造了一个积极健康，欢乐向上的环境。 其次是要感谢教书育人的老师们，在我们刚刚从满付着高考的压力升学上来的 时候，大学里的一切对于我们来说都是新鲜而又充满着好奇的，所以我们的身 心充满着贪玩的欲望，而老师则一直在教育鼓励着我们认真学习，规划好自己 的生活。教书、育人，传道、授业、解惑是我们老师的代名词。大学四年的学 习生活，老师不仅教会了我们专业知识，更加教会了我们在书本里学不到的譬 如发现问题和解决问题的能力，与人沟通的能力以及待人接物等等，这些是我 人生中得到的一笔宝贵的财富。 唐山学院毕业设计唐山学院毕业设计 26 在这次毕业设计的过程中，我从对毕业设计无从下手，一无所知的情况， 直到将毕业设计制作完成的期间，我的指导老师杨老师给予了我很多帮助，给 我提供了很多相关的资料，为我解答了很多专业问题上的疑惑。在器件的选择， 电路的焊接，程序的下载以及系统的调试上，都得到了指导老师的帮助。 通过本次毕业设