基于單片機鍋爐溫度控制系統(tǒng)改

1、摘 要隨著時代的進步和發(fā)展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們的生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為了一種非常重要的事情，因此設計一個溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。本文主要介紹了一個基于AT89C51單片機的數(shù)字溫度報警器系統(tǒng)。詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進行了介紹，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度的采集和報警，并可以根據(jù)需要任意設定報警上下限溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當做溫度處理模塊潛

2、入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C52結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。關(guān)鍵詞：單片機；溫度檢測；AT89C51；DS18B20AbstractWith the predevelopment of the times, the temperature of thetesthas affectedour lives,work andresearchin various fields,has become avery important thing, so the designof at te

3、mperature measurement systems s imperative.This paper describes the digitaltemperature's based onAT89C51 micro controller.Detaileddescription of the useof digital temperature sensorDS18B20temperature measurement systemdevelopmentprocess, focusing on thesensor hardwarein the micro controller is c

4、onnected, software programming, andeach moduleprocessescarried out a detailedanalysis ofthe variousparts of the circuitwere introducedone by one,the system caneasily achieve thetemperature collection andalarm, andthe alarmcan be anyupper and lowertemperatureaccording to need,it isvery convenient to

5、use, with high accuracy, wide range,high sensitivity, small size, low power consumption,suitable forour dailylife andindustrial and agriculturalproductiontemperature measurement,temperatureprocessing modulecan also beused assneakother systems,othermain systemas an auxiliaryexpansion.DS18B20withAT89C

6、51combinedto achieve the mostsimpletemperature alarmsystem, whichis simplestructure, stronganti-jammingcapability,suitable forin-situ temperaturemeasurementsin harsh environments,there isa wide rangeof applications.Key words:SCM;Temperature detection;AT89C51;DS18B20目 錄第1章緒論11.1選題的目的和意義11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.

7、3本設計所做的主要工作2第2章系統(tǒng)方案論證及工作原理42.1設計方案論證42.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4第3章硬件電路設計53.1主控電路設計63.2溫度測量電路設計7測溫芯片的選擇8溫度測量電路113.3復位電路133.4 溫度控制電路設計133.5顯示電路設計143.6報警電路設計163.7穩(wěn)壓電源電路設計173.8按鍵電路設計17第4章系統(tǒng)軟件設計194.1系統(tǒng)主流程圖設計194.2中斷服務程序194.3DS18B20溫度采集子程序設計204.4 LCD液晶顯示子程序設計21總結(jié)23致謝24參考文獻25附錄1 總電路圖26附錄2 源程序27第1章 緒論1.1 選題的目的和意義鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設備

8、，由鍋和路兩大主體和保證其安全經(jīng)濟連續(xù)運行的附件，儀表附屬設備，自控和保護系統(tǒng)組成，水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里燃料燃燒釋放出來的能量加熱，溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽，由于水的沸點隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動力（嚴格的說鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的）作為一種能源廣泛使用。鍋爐廣泛用于生產(chǎn)和生活之中。中小型鍋爐作為供暖設備用于提供熱水，取暖方面得到了廣泛應用。目前，取暖多采用集中供暖方式。集中供暖，一般都是按一個采暖季每平方（建筑面積）來收費的，對北方地區(qū)來說，天氣比較冷，需要供暖時間長，應該集中供暖省錢。指集中集團式供暖的一種形

9、式。從能源利用方面講，集中供暖一次性投資大，運行費用高，無論是否需要，暖氣始終全天供熱，因樓層不同而造成溫度不均，若遇到供暖偏熱，居民只有開窗降溫，使寶貴的能源白白浪費。這種供暖方式從原理上而言，效率較高。集中供暖的鍋爐大多數(shù)是燃媒鍋爐，鍋爐燃燒時污染大，已經(jīng)帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。由于這些用戶采用集中取暖，給個別用戶帶來不便的缺陷。目前市場上家用燃氣鍋爐為進口，價格高，售后服務不夠完善，不利于燃氣鍋爐的推廣使用，研制燃氣鍋爐的公司亦相對較少。因此研制開發(fā)小型家用燃氣鍋爐就具有現(xiàn)實的意義與客觀的市場價值。本設計將結(jié)合小型家用燃氣鍋爐實際的需要，利用MCS-51系列單片機為核心器件組成溫度控制

10、系統(tǒng)，采用溫度采集技術(shù)，通過運行和分析研究，以期正確認識和全面理解利用單片機實現(xiàn)溫度采集技術(shù)在過程控制中的應用。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在國外，燃氣鍋爐目前已得到了普遍應用。家用燃氣鍋爐常見的是套管式燃氣鍋爐、板換式燃氣鍋爐、冷凝式燃氣鍋爐。隨著科技的發(fā)展以及各種客觀條件的具備，生活采暖用燃氣鍋爐的應用也必將得到進一步的發(fā)展與推廣。隨著燃料不斷補給，燃料充足，城市燃氣管網(wǎng)逐步完善，燃氣使用率逐步會提高。市場經(jīng)濟的發(fā)展與開放，國有企業(yè)享受國家能源補貼的取消，住房逐漸私有化，供熱管網(wǎng)費、采暖費全部由個人支付。會有越來越多的人放棄集中供熱方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃氣鍋爐的使用作為集中供暖的一個

11、很好補充或替代它必將被越來越多的人關(guān)注和選用成為趨勢。根據(jù)國內(nèi)實際情況和環(huán)保上的考慮和要求，燃煤鍋爐由于污染并且效率不高，已經(jīng)逐漸被淘汰；燃油和燃氣鍋爐也存在著燃料供應不方便和安全性等問題。因此在人口密集的居民區(qū)、旅館、醫(yī)院和學校，電加熱鍋爐完全能替代燃煤、燃油、燃氣鍋爐。電加熱鍋爐采用全新加熱方式，無污染，完全可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。電加熱鍋爐具有許多優(yōu)點，使其比其他形式的鍋爐更具吸引力，其具體優(yōu)點如下【1】：1、無污染。由于采用電加熱方式，電能直接轉(zhuǎn)換為熱能，不需要采用燃燒的方式將化學能轉(zhuǎn)換為熱能，因此就不會排放出有害的氣體雜質(zhì)，也不會產(chǎn)生灰渣，很適宜環(huán)保方面的要求，更適合安放在人口十分密集

12、的生活區(qū)，辦公區(qū)。2、能量轉(zhuǎn)化效率很高。電加熱鍋爐采用加熱元件直接與水接觸，加熱時轉(zhuǎn)換效率很高，能量轉(zhuǎn)化率也很高，一般可達到95%，而最新最好的鍋爐更是能達到98%以上。3、鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡單，安全性好。電加熱鍋爐本體結(jié)構(gòu)非常簡單，不需要布置管路，沒有燃燒室，沒有煙道，故而不會出現(xiàn)燃煤、燃氣、燃油鍋爐存在的爆炸和泄漏的危險。4、體積小，重量輕，占地面積小。由于本體結(jié)構(gòu)簡單，使得電熱鍋爐體積可以做的很小，簡單的結(jié)構(gòu)更加便于布置，占地面積也就減小。5、鍋爐啟動、停止速度快，運行負荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快，操作簡單。由于加入元件工作由外部電氣開關(guān)控制，所以鍋爐啟停速度快，通過控制各加熱元件的開關(guān)，可以

13、在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運行負荷，調(diào)節(jié)操作迅速、簡單。與燃煤、燃油、燃氣鍋爐相比，操作運行更加方便、簡單。6、可采用計算機監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化。電熱鍋爐的溫度和水位的控制都能通過計算機完成，使電熱鍋爐的運行完全實現(xiàn)自動化，最大程度的將計算機技術(shù)應用于傳統(tǒng)的鍋爐行業(yè)【2】。1.3 本設計所做的主要工作目前，世界計算機市場上出現(xiàn)了專門用于工業(yè)控制的單片機系列產(chǎn)品，單片機以其體積小、重量輕、功耗低、價格便宜、功能強的特點，在工業(yè)控制的實踐中得到越來越廣泛的應用單片機不僅可以實現(xiàn)各種常規(guī)的控制，還可以根據(jù)被控對象的特性，充分利用控制理論的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以獲得更好的控制效果。目前，由于家用

14、鍋爐屬于批量生產(chǎn)，而且每臺鍋爐需要一套完整的控制系統(tǒng)，針對這些特點，尤其從產(chǎn)品成本角度出發(fā)，以MCS-51為核心器件組成的控制系統(tǒng)是比較理想的選擇。此外，MCS-51系列單片機運算能力、完備的控制功能、加上完善的外部接口電路，對中小型鍋爐控制系統(tǒng)完全可以勝任。在外圍芯片選取時，盡量選取典型的、易于擴展和替換的芯片和電路，并本著節(jié)約成本的思想。選用基于單總線的數(shù)字溫度傳感器DS18B20和LCD液晶顯示器。DS18B20溫度傳感器采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域；L

15、CD液晶顯示器為平面超薄的顯示設備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。它們二者與單片機的接口比較簡單，而且編程強度不大，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本。系統(tǒng)在軟件上采取模塊化的程序結(jié)構(gòu)。主程序作為控制程序，為整個系統(tǒng)軟件的一條主線，其它功能模塊均采用子程序調(diào)用、查詢等方式，為調(diào)試和擴充提供了方便。本系統(tǒng)的電源采用市場上常見的W7800(7800)系列7805電源穩(wěn)壓芯片，模擬信號和數(shù)字信號分別用單獨的供電回

16、路，以避免電源干擾。利用溫度傳感器DS18B20采集測量鍋爐水溫；使用LCD液晶顯示器顯示水位的上下限值、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值。利用繼電器控制燃燒器和給水泵的加熱和給水。當鍋爐內(nèi)的水的實際水溫超過報警溫度值，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲音，這時接在單片機一端的繼電器動作，燃燒器斷電。此時溫度傳感器實時對鍋爐溫度檢測，當溫度降到設定值的下限時，繼電器重新通電。燃燒器電源重新接通，鍋爐繼續(xù)加熱。如此反復監(jiān)控溫度。這樣對鍋爐溫度控制不僅可以節(jié)約能源，提高能源的使用率。此外，為符合實際本系統(tǒng)對鍋爐的水位進行實時監(jiān)控，防止鍋爐干燒和鍋爐水溢出，以免造成能源浪費和水溢出引起的鍋爐爆炸嚴重后果。第2章

17、 系統(tǒng)方案論證及工作原理2.1 設計方案論證方案一：采用AT89C51單片機、7805電源穩(wěn)壓芯片、熱敏電阻、74HC138和1616點陣顯示器，液位控制器等核心部件。另外，在硬件電路上，74HC138、1616點陣顯示器與單片機接口復雜，而且它們的外圍電路較多，不適合用在鍋爐的嵌入式系統(tǒng)設計中。采用液位繼電器可以簡單控制鍋爐液位，但增加了成本開銷。方案二：采用AT89C51單片機、7805電源穩(wěn)壓芯片、溫度傳感器DS18B20和液晶顯示器LCD1602等核心部件。該方案采用液晶顯示器來顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值，直觀、接口簡單而且編程強度不大。用不銹

18、鋼管制作成的裝置放于水位上下限，簡單。這樣就可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，減少系統(tǒng)成本開銷。綜上分析，采用第二種方案。本系統(tǒng)主控單片機的全部程序都是用匯編語言來編寫，采用KeiluVision3集成開發(fā)環(huán)境來開發(fā)單片機應用程序。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖鍋爐溫度控制系統(tǒng)的主控部分由單片機構(gòu)成。通過按鍵電路進行溫度報警值的設定，并對鍋爐的水溫進行采集及處理，然后與報警值比較，當溫度值大于溫度上限值(報警值)時就報警，停止加熱。當溫度少于溫度下限值時，重新啟動進行加熱處理。以此重復對鍋爐溫度控制。同時為結(jié)合實際需要，本系統(tǒng)亦對鍋爐水位進行控制。液晶顯示，顯示水位上限值，水位下限值以及溫度報警值和實際溫度值。圖2

19、-1所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。報警AT89S51繼電器復位燃燒器液晶顯示溫度采集穩(wěn)壓電源按鍵設定圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在工業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐是一種重要的動力系統(tǒng)。其中鍋爐的溫度過程控制，又是一個重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)主要應用于燃氣鍋爐的水溫控制系統(tǒng)。在燃氣鍋爐里面，天然氣液化石油氣作為燃料，鍋爐中的水作為加熱對象。溫度傳感器的輸出信號經(jīng)調(diào)理電路處理后作為單片機系統(tǒng)的輸入信號。本系統(tǒng)要采樣的是鍋爐的水溫和鍋爐的水位控制信號。 溫度控制系統(tǒng)的控制信號通過繼電器控制燃燒器內(nèi)進出氣，由三個進氣閥實現(xiàn)控制。燃燒器的作用是:繼電器接通燃燒器電源后，燃燒器通過其內(nèi)部的光電檢測管檢測鍋爐內(nèi)有無火光，若有火光則表

20、示點火成功，不需啟動點火變壓器，否則啟動點火變壓器進行點火，同時電磁閥打開進氣，這時光電管檢測到火焰，關(guān)閉點火變壓器，系統(tǒng)點火成功。該中小型燃氣鍋爐所需要溫度的熱水是根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)的?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)溫度傳感器檢測到的溫度與溫度設定值比較，給出控制信號.若實際溫度大于報警值時，單片機實行對繼電器的電源關(guān)斷，這時燃燒器斷電，鍋爐不進行加熱處理。溫度傳感器一直檢測鍋爐內(nèi)部的水溫。當溫度傳感器檢測的溫度小于用戶設定值的時候，單片機根據(jù)溫度的比較信號，重新對繼電器進行通電，鍋爐重新加熱。第3章 硬件電路設計3.1 主控電路設計AT89S51是美國ATMEL生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4

21、K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片機芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。1、 AT89S51主要功能列舉如下：(1) 為一般控制應用的8位單芯片。(2) 晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）。(3) 內(nèi)部程式存儲器（ROM為4KB）。(4) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM為128B）。(5) 32條雙向輸

22、入輸出線，且每條均可以單獨做 I/O的控制。(6) 5個中斷向量源。(7) 2組獨立的16位定時器。(8) 單芯片提供位邏輯運算指令。2、 AT89S51管腳排列及系統(tǒng)所用引腳功能介紹。管腳排列如圖3-1所示：下面介紹引腳的功能。圖3-1 AT89S51引腳圖1、VCC:AT89S51 電源正端輸入，接+5V。2、GND:電源地端。3、XTAL1:單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。4、XTAL2:系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。 5、PORT0:（P0.0-P0.7）：端口0是一個8位寬的開路漏極（Open Drain）雙向輸出入端口。P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。6、PORT

23、2（P2.0-P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。7、PORT1（P1.0-P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。8、PORT3（P3.0-P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：

24、9、P3.0：RXD,串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。AT89S51的時鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。在這個設計中只是用了內(nèi)部產(chǎn)生。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1，XTAL2（18，19腳）的引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，用示波器便可觀察到XTAL2輸出的正弦波，定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，它與單片機的接法的如圖3

25、-2所示。晶體可以在1.2MHz-12MHz之間所選，電容可以在20-60pF之間所選，通常選擇30pF左右，電容C6，C7的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。在設計印制板時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。圖3-2 單片機最小系統(tǒng)3.2 溫度測量電路設計DS18B20是Dallas公司繼DS1820后推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，只需一根線就能直接讀出被測溫度值，并可根據(jù)實際需求來編程實現(xiàn)9-12位數(shù)字值的讀數(shù)方式【3】。測溫芯片的選擇圖3-3 DS18B20封裝形式和引腳功能如圖3-3所示，D

26、S18B20的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下：GND:接地端。DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與TTL電平兼容。VDD：可接電源，也可接地。因為每只DS18B20都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測量的時間較長；采用外部供電方式則VDD接+5V，多用一根導線，但測量速度較快。圖3-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-4中出示了DS18B20 的主要內(nèi)部部件，下面對DS18B20內(nèi)部部分進行簡單的描述【4】：1、64位ROM。64位ROM是由廠家使用激光刻錄的一個64位二進制ROM代碼，是該芯片的標識號，如表3

27、-1所示：表3-1 64位ROM標識8位循環(huán)冗余檢驗48位序列號8位分類編號（10H）MSB LSBMSB LSBMSB LSB第1個8位表示產(chǎn)品分類編號，DS18B20的分類號為10H；接著為48位序列號。它是一個大于2811012的十進制編碼，作為該芯片的唯一標示代碼；最后8位為前56位的CRC循環(huán)冗余校驗碼，由于每個芯片的64位ROM代碼不同，因此在單總線上能夠并接多個DS18B20進行多點溫度實習檢驗。2、溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量通過軟件編程可將-55-125范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進行量化，以上的分辨率

28、都包括一個符號位，因此對應的溫度量化值分別為0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率為0.0625。芯片出廠時默認為12位的轉(zhuǎn)換精度。當接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號擴展的的二進制補碼形式表示，存儲在高速緩存器RAM的第0，1字節(jié)中，二進制數(shù)的前5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測得的數(shù)值乘上0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測得的數(shù)值需要取反加1再乘上0.0625即可得到實際溫度。3、高速緩存器。DS18B20內(nèi)部的高速緩存器包括一個高速暫存器RAM和一個非易失性可電擦除的EEPROM。非易

29、失性可點擦除EEPROM用來存放高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。4、配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個字節(jié)，該字節(jié)定義如表3-2所示：表3-2 匹配寄存器TMR0R111111TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動；R1和R0用來設置分辨率；其余5位均固定為1。DS18B20分辨率的設置如表3-3所示：表3-3 DS18B20分辨率的設置R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時間 /ms009位93.7

30、50110位187.51011位3751112位750DS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個ROM 操作命令之一：1、讀ROM；2、匹配ROM；3、搜索ROM；4、跳過ROM；5、報警搜索。這些命令對每個器件的激光ROM 部分進行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測

31、量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器TH 和TL 各由一個EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS18B20使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用。可以用一條存儲器操作命令對TH 和TL 進行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。 DS18B20可以采用外部電源供電和寄生電源供電兩種模式。外部電源供電模式是將DS18B20的GND直接接地，DQ與但單總線相連作為信號線，VDD與外部電源正極相連。如圖3-5所示：圖3-5 DS18B20外部接線方式圖中DS

32、18B20的DQ端口通過接入一個4.7K的上拉電阻到VCC，從而實現(xiàn)外部電源供電方式。寄生電源供電模式如圖3-6所示：從圖中可知，DS18B20的GND和VDD均直接接地，DQ與單總線相連，單片機其中一個I/O口與DS18B20的DQ端相連。圖3-6 DS18B20寄生電源供電方式 溫度測量電路DS18B20的測溫原理如圖3-7所示, 其主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計數(shù)器、溫度存儲器等功能部件組成。圖3-7 DS18B20的測溫原理DS1820 是這樣測溫【5】用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被

33、預置到對應于-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測溫度大于-55。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨率。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。圖3-8 溫度檢測模塊DS18B20內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供0.5的分辨率。溫度以16bit

34、帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，表3-4給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS18B20測溫范圍-55-125，以0.5遞增。表3-4 溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+0.500000000 000000010001000000000 000000000000-0.511111111 11111111FFFF-2511111111 11001110FFCE-5511111111 10010010FF92S18B20遵循單總線協(xié)議，每次測溫時都必

35、須有4個過程【6】1、初始化；2、傳送ROM 操作命令；3、傳送ROM操作命令；4、數(shù)據(jù)交換；read ROM（讀ROM）.命令代碼為33H，允許主設備讀出DS18B20的64位二進制ROM代碼。該命令只適用于總線上存在單個DS18B20.Match ROM（匹配ROM）。命令代碼為55H，若總線上有多個從設備時，適用該命令可選中某一指定的DS18B20，即只有和64位二進制ROM代碼完全匹配的DS18B20才能響應其操作。Skip ROM(跳過ROM)。命令代碼為CCH，在啟動所有DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個DS18B20時，該命令將允許主設備不提供64位二進制ROM代碼就適用存儲器

36、操作命令。Search ROM(搜索ROM)。命令代碼為F0H,當系統(tǒng)初次啟動時，主設備可能不知縱向上有多少個從設備或者它們的ROM代碼，適用該命令可確定系統(tǒng)中的從設備個數(shù)及其RON代碼。Alarm ROM（報警搜索ROM）。命令代碼為ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設定的報警溫度值。Write scratchpad(寫暫存器)。命令代碼為4EH，允許主設備向DS18B20的暫存器寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個字節(jié)寫入TH中，第二個字節(jié)寫入TL中?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復位命令終止數(shù)據(jù)的寫入。Read scratchpad(讀暫存器)。命令代碼為BEH，允許主設備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第

37、一個字節(jié)開始直到讀完第九個字節(jié)CRC讀完。也可以在任何時刻發(fā)出復位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。Copy scratchpad(復制暫存器)。命令代碼為48H。若主機在該命令之后又發(fā)出讀操作，而DS18B20又忙于將暫存器中的內(nèi)容復制到EEPROM時，DS18B20就會輸出一個“0”,若復制結(jié)束，則DS18B20輸出一個“1”。Convert T(溫度轉(zhuǎn)換)。命令代碼為44H，啟動一次溫度轉(zhuǎn)換，若主機在該命令之后又發(fā)出其它操作，而DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換，DS18B20就會輸出一個“0”，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則DS18B20輸出一個“1”。Recall E2(拷回暫存器)。命令代碼為B8H。將溫度報警觸

38、發(fā)器TH和TL中的字節(jié)從EEPROM中拷回到暫存器中。該操作是在DS18B20上電時自動執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作，DS18B20會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標識：0為忙，1完成。Read power supply(讀電源使用模式)。命令代碼為B4H。主設備將該命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀操作，DS18B20會返回它的電源使用模式：0為寄生電源，1為外部電源。表3-5 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0溫度位數(shù)最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1012位750ms3.3復位電路單片機上電后，在其9腳（RESET）出現(xiàn)24個振蕩周期以上的高電平后，單片機

39、內(nèi)部初始復位。為了確保單片機正常復位，必需使其第9腳上出現(xiàn)的高電平保持2s以上。復位電路如圖 3-9 所示：圖3-9 復位電路系統(tǒng)的復位電路是由RC電路組成，外加一個手動復位按鈕。剛上電時或者觸動按鈕后C5兩端的電壓為0，這時RST為高電平，而其高電平保持時間是由R和C的時間常數(shù)決定，由公式(3-1)可知，C充電的時間常數(shù)等于0.22ms，遠遠大于2s，即使RST高電平的時間保持2s以上，確保了單片機正常復位。=RC (3.1) 3.4 溫度控制電路設計本系統(tǒng)采用繼電器進行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當P口輸出高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器7406變?yōu)榈碗娖剑拱l(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三

40、極管導通，進而是Q3導通，因而繼電器的線圈通電,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與單片機的接口如圖3-10所示。1、當P1.7輸出高電平時，燃燒器通電，燃燒器對鍋爐加熱，進行加熱處理。2、當P1.7輸出低電平時，燃燒器斷電，燃燒器對鍋爐加熱，不進行加熱處理。圖3-10 溫度控制電路3.5 顯示電路設計圖3-11為LCD1602引腳分配圖。其引腳說明見表3-2。圖3-11 LCD1602引腳分配圖LCD1602是具有4位/8位并口可選接口方式的液晶顯示模塊，它能同時顯示兩行字符，每行有16個字符。字符以57點陣形式顯示。其字符中共有160種字符。人選指令有11條（清屏、返回、輸入方式設置、顯示開關(guān)控制

41、、移位、功能設置、CGRAM地址設置、DDRAM地址設置、讀忙信號及地址高數(shù)器、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)），內(nèi)部有80字節(jié)的RAM，8位數(shù)據(jù)接口，另外三根控制總線用于完成對寫和讀數(shù)據(jù)或指令時序控制。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與LED點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多。(1) LCD1602引腳說明表3-6 LCD1602引腳說明管腳號符號功能1VCC電源地（GND）2VDD電源電壓（+5V）3VL寄存器選擇輸入端，輸入MPU選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號；RS=0，當MPU進行寫模塊操作，指向指令寄存器；當MPU進行模塊操作，指向地址計數(shù)器；RS=1，無論MPU讀操作還是寫操作，均

42、指向數(shù)據(jù)寄存器4RS讀寫控制輸入端，輸入MPU選擇讀/寫模塊操作信號；R/W=0 讀操作；R/W=1 寫操作5R/W讀寫控制輸入端，輸入MPU選擇讀/寫模塊操作信號；R/W=0 讀操作；R/W=1 寫操作6E讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效7DB0數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB38DB1數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB39DB2數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位3表3-2 LCD1602引腳說明續(xù)表方式通訊時，不使用DBODB10DB3數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間

43、的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB311DB4數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB312DB5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB313DB6數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB314DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB315DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道4位方式通訊時，不使用DBODB316BL+BL- 背光正端+5V 背光的負端0V(2) LCD1602結(jié)構(gòu)塊圖。如圖3-12

44、所示為LCD1602結(jié)構(gòu)塊圖，指明了LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊。圖3-12 LCD1602結(jié)構(gòu)塊本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示模塊，它可以方便的和單片機接口，其主要功能是顯示水位的上下限值、當前水位、預先設定的溫度報警值和當前采集的溫度值。其中VDD接5V電源用于顯示LCD液晶顯示芯片的工作,VL串接阻值1.8K歐姆為了調(diào)節(jié)LCD液晶顯示芯片字符的亮度，當阻值越大時，LCD液晶顯示越模糊。用滑動變阻器能更好的調(diào)節(jié)LCD液晶字符顯示的亮度，合適于鍋爐的水位于水溫的觀察。BL+接5V電源是調(diào)節(jié)顯示顯示LCD液晶顯示芯片是顯示背光的亮度。LCD液晶顯示電路如圖3-12所示。圖3-13 LCD液晶顯

45、示電路3.6 報警電路設計本系統(tǒng)采用蜂鳴器進行報警,并用兩個LED指示燈表示工作狀態(tài)，紅燈亮綠燈滅表示報警;紅燈滅綠燈亮表示正常工作。該部分電路與單片機的接口如圖3-14所示。圖3-14報警電路電路由限流電阻R1、三極管Q1、兩個二極管和蜂鳴器組成。這個電路并不是一般的放大電路，三極管不是工作在放大狀態(tài)，而是工作在飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)。當基極為低電平時，晶體管處于飽和狀態(tài)，飽和電壓為UCES=0.3V，此時，蜂鳴器鳴叫。當基極為高電平時，晶體管截止，相當于開路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴叫。3.7 穩(wěn)壓電源電路設計78系列三端穩(wěn)壓器是最長見的集成穩(wěn)壓器件。具有過熱，過流，調(diào)整管安全工作區(qū)保護功能

46、。性能優(yōu)良，可靠性搞。同時又由于器件只有三個引腳，所以使用簡單方便，價格低廉，應用廣泛。穩(wěn)壓電源電路如圖 3-15所示，從J1輸入9-12V的直流電，打上開關(guān)，經(jīng)C1和C2濾波后，加到7805穩(wěn)壓塊的輸入端，再從其輸出端輸出穩(wěn)定的+5V的電壓。因為在本設計中，電路中均采用低功耗的器件，所以穩(wěn)壓塊并不需要加散熱片。此外，由電阻R2和發(fā)光二極管D4組成電源指示電路具有上電指示作用。圖3-15 穩(wěn)壓電源電路3.8按鍵電路設計本系統(tǒng)為符合實際要求，進入系統(tǒng)之前首先對溫度報警值的設置。本系統(tǒng)有三個按鍵分別為K1,K2,K3.如圖3-16所示。(1) K1設置鍋爐溫度報警值的溫度值增加按鍵。K1每按下一次

47、，溫度報警值顯示加比上一次值增加一度。(2) K2設置鍋爐溫度報警值的溫度值減少按鍵。K1每按下一次，溫度報警值顯示比上一次值減少一度。 (3) K3溫度報警值確定值。圖3-16 按鍵電路設計第4章 系統(tǒng)軟件設計本章講述的系統(tǒng)軟件設計包括鍋爐溫度控制的單片機程序設計以及構(gòu)成系統(tǒng)的各部分子程序設計。4.1系統(tǒng)主流程圖設計鍋爐溫度控制系統(tǒng)的單片機程序設計主流程圖如圖4-1所示。本系統(tǒng)進入執(zhí)行時先對鍋爐水位進行與設定的水位上下限進行判斷，然后按條件不同處理結(jié)果。當鍋爐水位滿足條件的時候再對鍋爐的水溫采樣監(jiān)控，并進行相應的處理。開始檢測水位水位小于下限？關(guān)閉水泵報警報警報警中斷中斷停止加熱給水泵工作水

48、位大于上限？溫度大于上限？溫度小于下限？圖4-1 軟件主流程4.2中斷服務程序中斷服務程序K1是否按下加1并示K2是否按下減1并顯示K3是否按下返回是是是否否否圖4-2 中斷服務程序4.3 DS18B20溫度采集子程序設計DS18B20有嚴格的協(xié)議來確保其數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復位脈沖，存在脈沖，寫0、寫1、讀0、讀1。所有這些信號類型除存在脈沖外，其它的信號均由總線主機產(chǎn)生。開始與SD18B20進行任何通信。都要對其進行初始化，在接收到復位脈沖后，再對SD18B20進行正確的ROM命令和存貯器操作命令。在總線主機初始化過程，主機通過拉高單總線，以產(chǎn)生復位脈沖。接著，在主機釋

49、放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，接著產(chǎn)生延時，接著通過拉低總線，以產(chǎn)生存在脈沖。DS18B20溫度采集子程序流程圖如圖4-3所示。開始檢測DS18B02是否存在跳過EOM匹配是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換 命令跳過ROM匹配發(fā)出溫度讀取 命令保存采集的溫度結(jié)束否圖4-3 DS18B20溫度采集子程序流程圖4.4 LCD液晶顯示子程序設計本系統(tǒng)采用是162的LCD1602，單片機對其初始化，然后將需要顯示的字符在LCD存儲的地址和要求在LCD顯示的地址送出，再檢測LCD是否處在忙碌不能接收命令或數(shù)據(jù)的狀態(tài)，檢測到LCD空閑時就可以寫數(shù)據(jù)顯示了。LCD液晶顯

50、示子流程圖如圖4.4所示，具體實現(xiàn)過程請查閱附錄LCD液晶顯示子程序。開始LCD液晶顯示模塊初始化將需要的顯示信息和LCD的地址送出檢測LCD是否忙碌寫數(shù)據(jù)顯示結(jié)束否是圖4-4LCD液晶顯示子流程圖總結(jié)本設計通過單片機的控制，實現(xiàn)了鍋爐溫度控制的基本功能，確保了能夠在正常范圍下工作。本系統(tǒng)是基于單片機的鍋爐溫度控制，在設計中主要有溫度檢測、按鍵控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)溫度控制。主要用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來檢測水溫，用五個控制按鍵來實現(xiàn)按健控制，用液晶顯示屏LCD1602來完成顯示部分。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入單片機中。把這些信號與單片機中內(nèi)部設定的值相比，以判斷

51、單片機是否需要進行相應的操作，即是否需要打開或者關(guān)閉溫度加熱的操作，從而實現(xiàn)單片機自動控制的目的。本設計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐供暖、而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便。采用數(shù)字溫度傳感器、液晶顯示屏LCD1602等使硬件系統(tǒng)大為簡化。系統(tǒng)精度高，自動控制功能。并設有超過高溫、低于最低溫度時故障報警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動調(diào)節(jié)控制溫度并實現(xiàn)鍋爐內(nèi)溫度的自動控制。保護溫度控制在設定值上正常運行不需要人工干預，減小了操作人員勞動強度。在本次設計中，我不但鞏固了基礎知識，而且鍛煉了自己的學習能力，通過查閱資料，了解了大量課堂上學不到的東西，為以后的工作和

52、學習打下了夯實的基礎，但遺憾的是本設計并未通過了實物模擬，在實際應用上肯定存在著不少缺欠。希望以后能做出實物，發(fā)現(xiàn)設計上的缺欠，并加以改進，完善本系統(tǒng)的設計。致謝在論文完成之際，我首先要向藺金元老師表示最真摯的謝意。藺老師時常督促我抓緊時間做畢業(yè)設計，并經(jīng)常討論，給我提出好的建議。藺老師不僅工作認真，她嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度令我受益匪淺，相信在我以后的生活學習帶來深遠的影響。在此衷心的向藺老師表達我的感激之心。我還要特別感謝各位同學給予了我無私的幫助，他們幫我解決了很多設計中遇到的難題，并幫我測試程序。由于本人學識有限，加之時間倉促，文中不免有錯誤和待改進之處，真誠歡迎各位師長、同學提出寶貴意見。參考

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