這個(gè)是我以前做的設(shè)計(jì),主要的是內(nèi)容是小型家用燃?xì)忮仩t單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要的實(shí)現(xiàn)就是可以顯示當(dāng)前的溫度,可以設(shè)置當(dāng)前的溫度,并且當(dāng)實(shí)際的溫度超過此時(shí)的溫度是就會報(bào)警。
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1. 設(shè)計(jì)任務(wù)
2. 整體方案設(shè)計(jì)
3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 時(shí)鐘電路
3.2 復(fù)位電路
3.3 溫度檢測電路設(shè)計(jì)
3.4水位檢測模塊
3.5顯示電路設(shè)計(jì)
3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)
3.7 按鍵電路設(shè)計(jì)
3.8加水模塊與加熱模塊
4. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
4.1 主程序流程圖
4.2 溫度顯示程序流程圖
5. 系統(tǒng)調(diào)試
5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試
6. 程序清單
7.小結(jié)
小型家用燃?xì)忮仩t單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備,由鍋和爐兩大主體和保證其安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行的附件,儀表附屬設(shè)備,自控和保護(hù)系統(tǒng)組成。近年來采用以天然氣,液化石油氣為燃料的中小型燃?xì)忮仩t具有 高效、環(huán)境污染小,發(fā)熱量大甚至無污染等特點(diǎn),受到普遍歡迎。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?xì)忮?爐的應(yīng)用也必將得到進(jìn)一步的發(fā)展與推廣。隨著燃料不斷補(bǔ)給,燃料充足,城市燃?xì)?管網(wǎng)逐步完善,燃?xì)馐褂寐手鸩綍岣摺P⌒图矣萌細(xì)忮仩t的使用作為集 中供暖的一個(gè)很好補(bǔ)充或替代它必將被越來越多的人關(guān)注和選用成為趨勢。目前市場上家用燃?xì)忮仩t為進(jìn)口,價(jià)格高,售后服務(wù)不夠完善,不利于燃?xì)忮仩t的推廣使用,研制燃?xì)忮仩t的公司亦相對較少。因此研制開發(fā)小型家用燃?xì)忮仩t就具有現(xiàn)實(shí)的意義與客觀的市場價(jià)值。本設(shè)計(jì)將結(jié)合小型家用燃?xì)忮仩t實(shí)際的需要,利用 MCS-51 系列單片機(jī)為核心器件組成溫度控制系統(tǒng),采用溫度采集技術(shù),通過運(yùn)行和分析研究,以期正確認(rèn)識和全面理解利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度采集技術(shù)在過程控制中的應(yīng)用。 1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 結(jié)合實(shí)際情況,基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)小型家用燃?xì)忮仩t單片機(jī)控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)應(yīng)滿足的功能要求為: (1) 可以檢測水位的高低; (2) 可以檢測當(dāng)前溫度; (3) 可以自動報(bào)警; (4) 可以自動控制加水; 主要硬件設(shè)備:AT89C51、溫度傳感器DS18B20、LCD1602液晶顯示器、繼電器、74LSO4 、74LS244等。 2. 整體方案設(shè)計(jì) 采用 AT89S51 單片機(jī)、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(dāng)前水位、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值和當(dāng)前采集的溫度值。用不銹鋼管制作成的裝置放于水位上下限。鍋爐采用電加熱的方式,水源由水泵供給,水溫可以通過按鍵預(yù)置,由溫度傳感器檢測水的溫度并送給單片機(jī), 然后單片機(jī)將實(shí)際水溫送至 LCD1602液晶顯示,同時(shí)單片機(jī)將采集到的實(shí)際水溫與預(yù)置溫度相比較, 若實(shí)際溫度在預(yù)置溫度范圍內(nèi),就關(guān)閉電熱絲;若實(shí)際水溫不在預(yù)置溫度范圍內(nèi),就接通電熱絲給鍋爐加熱,若超過預(yù)置溫度極限,控制系統(tǒng)就會報(bào)警。由 74LS04和 74LS244組成的水位檢測電路的四個(gè)探針來檢測水位并將采集到的信息送給單片機(jī),當(dāng)水位高于最高水位時(shí),就關(guān)閉水泵;當(dāng)水位低于下限水位時(shí),就打開水泵;當(dāng)水位低于或高于極限水位時(shí),就會報(bào)警。
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圖2-1 基于單片機(jī)的小型家用燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)原理圖
本系統(tǒng)硬件主要由燃燒器、繼電器、溫度檢測器、顯示系統(tǒng)等幾部分組成。各模塊的主要功能如下: - 繼電器功能接通燃燒器電源;
- 顯示屏的作用是可以顯示當(dāng)前時(shí)刻的溫度以及用戶設(shè)定的溫度;
- 溫度檢測器的作用是可以檢測當(dāng)前的溫度;
3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 時(shí)鐘電路 AT89S51 的時(shí)鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。 在這個(gè)設(shè)計(jì)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的引腳上外接定時(shí)元件,內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩,定時(shí)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(jī)的接法的如圖所示。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。 圖3-1 時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)圖
3.2 復(fù)位電路 系統(tǒng)的復(fù)位電路是由 RC 電路組成,外加一個(gè)手動復(fù)位按鈕。剛上電時(shí)或者觸動 按鈕后 C5 兩端的電壓為 0,這時(shí) RST 為高電平,而其高電平保持時(shí)間是由 R 和 C 的時(shí)間常數(shù)決定,由公式τ=R*C可知,C 充電的時(shí)間常數(shù) τ 等于 0.22ms,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2μs,即使 RST 高電平的時(shí)間保持 2μs 以上,確保了單片機(jī)正常復(fù)位。 圖3-1 復(fù)位電路結(jié)構(gòu)圖 圖3-3 時(shí)鐘電路復(fù)位電路與單片機(jī)的連接圖
3.3 溫度檢測電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路只有一個(gè)DS18B20溫度傳感器,它與單片機(jī)的接口比較簡單,所示。只要給傳感器5V的供電并把它的單總線接到單片機(jī)的P口就可以了。 
圖3-4 溫度檢測模塊結(jié)構(gòu)圖
3.4水位檢測模塊 水位檢測模塊由芯片 74LS04和芯片74LS244及其附加電路組成。具體電路 如圖所示。四個(gè)探針分別接在鍋爐連通器從下到上的四個(gè)位置,當(dāng)水位為 0 時(shí),四個(gè)探針全被懸空,74LS04的四個(gè)輸入端全被上拉電阻拉成高電平,經(jīng)過 非門之后變?yōu)榈碗娖剑俳?jīng)過緩沖芯片 74LS244輸送給單片機(jī)并在液晶顯示屏上顯示。當(dāng)水位上升到探針 1 處時(shí),由于水的導(dǎo)電性,使 74LS04的 A1輸入端為低電平,經(jīng)過非門之后變?yōu)楦唠娖剑?再經(jīng)過緩沖芯片 74LS244輸送給單片機(jī)。此時(shí),單片機(jī)認(rèn)為水位為百分之二十五,并在液晶顯示屏上顯示。以此類推,單片機(jī)會依次檢測到的水位是百分之五十,百分之七十五,百分之百。完成對水位的檢測。 圖3-5 溫度檢測模塊結(jié)構(gòu)圖
3.5顯示電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示模塊,其主要功能是 顯示水位的上下限值、當(dāng)前水位、預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值和當(dāng)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 10K 歐姆的滑動變阻器是為了調(diào)節(jié) LCD液晶顯示芯片字符的亮度,當(dāng)阻值越大時(shí),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。 要想使顯示器正常的工作需在連接P0口之前接一上拉電阻。 圖3-6 顯示模塊結(jié)構(gòu)圖
3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用喇叭進(jìn)行報(bào)警,該部分電路與單片機(jī)的接口如圖所示。 電路由限流電阻R8、三極管Q1和喇叭組成。這個(gè)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?fàn)顟B(tài)。當(dāng)基極為低電平時(shí),晶體管處于飽和狀態(tài),飽和電壓為UCES=0.3V,此時(shí),喇叭鳴叫。當(dāng)基極為高電平時(shí),晶體管截止,相當(dāng)于開路,輸出為高電平,喇叭停止鳴叫。 圖3-7 報(bào)警電路結(jié)構(gòu)圖
3.7 按鍵電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)為符合實(shí)際要求,進(jìn)入系統(tǒng)之前首先對溫度報(bào)警值的設(shè)置。本系統(tǒng)有三個(gè) 按鍵分別為 K1,K2,K3. 如圖所示。 - K1 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值增加按鍵。K1 每按下一次,溫度報(bào)警值顯 示加比上一次值增加一度。
- K2 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值減少按鍵。K1 每按下一次,溫度報(bào)警值顯 示比上一次值減少一度。
- K3 溫度報(bào)警值確定值。
圖3-8 按鍵模塊結(jié)構(gòu)圖 3.8加水模塊與加熱模塊 小型開水鍋爐控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過繼電器來控制加熱電熱絲和水泵來實(shí) 現(xiàn)水位和水溫的自動控制,具體加水控制電路如圖所示。 加熱控制類似加水控制,不再贅述 圖3-9 執(zhí)行模塊結(jié)構(gòu)圖 4. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.1 主程序流程圖 本系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行時(shí)先對鍋爐水位進(jìn)行與設(shè)定的水位上下限進(jìn)行判斷,然后按條件不同處理結(jié)果。當(dāng)鍋爐水位滿足條件的時(shí)候再對鍋爐的水溫采樣監(jiān)控,并進(jìn)行相應(yīng)的處理
4.2 溫度顯示程序流程圖 溫度部分程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、 讀出并處理 DS18B20的測 量溫度值,溫度測量每 1S進(jìn)行一次。
5. 系統(tǒng)調(diào)試 5.1 Proteus軟件仿真調(diào)試 利用 protues軟件進(jìn)行仿真,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo),如圖 ,系統(tǒng)能夠正常 顯示當(dāng)前鍋爐狀態(tài),在第一行顯示當(dāng)前溫度,第二行顯示當(dāng)前水位。當(dāng)按下圖中 按鍵時(shí), LCD1602進(jìn)入溫度設(shè)置界面,如圖 ,按下按鈕一次可實(shí)現(xiàn)設(shè) 置溫度加一攝氏度。按下按鈕一次可實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度減一攝氏度。當(dāng)再次按下 按鍵時(shí),系統(tǒng)重新恢復(fù)如圖界面。經(jīng)調(diào)試,各項(xiàng)功能均能夠很好的實(shí)現(xiàn),包括溫度的控制和水位的自動調(diào)節(jié)。
7.小結(jié)
在本次的實(shí)際過程中,我明白了一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。從明白我們的設(shè)計(jì)的目的開始,以目的為主要的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行模塊以及電路元器件的選擇。根據(jù)自己所需要的東西以及想要達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)編程。用keil軟件導(dǎo)出hex文件之后導(dǎo)入進(jìn)單片機(jī),沒有錯(cuò)誤的話就可以仿真了。我是采用protues進(jìn)行仿真的,在仿真之前需要把程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)當(dāng)中,我是第一次完成這樣的任務(wù),中間也經(jīng)歷了很多的挫折,最主要的問題還是顯示屏lcd1602的使用。但是在于同學(xué)的交流當(dāng)中都一一解決,讓我明白了自己與他人的差距,也更加深刻的體會到了合作的重要性。對今后的學(xué)習(xí)和生活有重要的意義。
6. 程序清單
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