热水锅炉单片机温度控制系统文档格式.docx

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摘要

本篇论文主要对热水锅炉单片机温度控制系统进行研究，该系统能对电热水锅炉的水温、水位等信息进行控制，解决了传统燃煤锅炉安全性低，污染严重，效益不高等问题，设计经济环保，可行性很大。

该设计选用Atmel公司生产的AT89S52单片机为主控芯片，锅炉单片机温度控制系统主要包括：

锅炉水温采集、锅炉水位监测、水温及水位超限报警、键盘输入、温度显示以及单片机控制六个部分。

在温度采集上选用高精度数字温度传感器DS18B20温度传感器监测锅炉的实时水温，同时采用了LCD1602小液晶作为显示模块，亮度高，清晰度好，耗能低。

另外系统还增加了水温、水位超限报警模块，增加了系统的安全性能。

在软件设计上，本设计采用了模块化的编程思想，软件部分主要包括：

主程序，键盘子程序，温度信号处理程序及液晶显示程序等，模块化的编程让程序思路清晰，易于调试。

关键词：

AT89S52，温度控制，DS18B20，LCD1602，热水锅炉

Abstract

ThispapertaketheSCMboilertemperaturecontrolsystemasamainresearchobject,thissystemcantotheElectrichotwaterboilertemperatureandwaterlevelofthefullautomationcontrol.ItisEconomicandenvironmentalforitsolvedtheshortageoftraditianalhotwaterboiler,themainweaknessesoftraditianalhotboilerarepoorefficiency,Severepollutionanddangerous.

ThissystemtaketheAT89S52SCMasmaincontrolchipwhichisproducedbytheatmelcompany,thepapermainlyincludingsixparts:

temperaturedetectionpart,waterleveldetectionpart,waterlevelcontrolpart,Watertemperatureandwaterleveloverrunalarmpart,Keyboardinputpart,TemperaturedisplaypartandMCUcontrolpart.InthispaperweusethehighprecisiondigitaltemperaturetransducerastemperaturedetectorandatthesametimewechoosetheLCD1602asthetemperaturedisplaypartwhichhavemanyadvantagessuchashighlight,Lowenergyconsumptionandsoon.bisidesthissystemismoresafetybecauseoftheadditionalWatertemperatureandwaterleveloverrunalarmpart.Inthesoftwaredesignsides,thissystemfollowedthethoughtofModularprogramming,containsmasterprogram,Keyboardsubprogram,temperaturesignalprocessingsubprogramandsoon.ModularprogrammingmadetheprogrameasytodebugandClarity.

Keywords:

AT89S52，temperaturecontrol，DS18B20，LCD1602，hotwaterboiler

目录

绪论1

第一章系统总体硬件方案设计与论证2

1.1温度采集传感器的选择2

1.2显示器的选择3

1.3单片机的选择3

1.4水位检测装置的选择4

1.5系统整体设计框图5

1.6典型热水锅炉模型示意图6

第二章系统硬件电路设计7

2.1AT89S52单片机介绍7

2.2单片机最小系统介绍9

2.3温度采集：

DS18B20数字温度传感器11

2.4水位检测采集电路14

2.5温度显示电路15

2.6系统温度、水位控制电路18

2.7水温、水位超限报警电路19

2.8稳压电源部分21

2.9按键设置部分电路22

第三章系统软件设计部分24

3.1系统总体软件设计思路24

3.2主流程图设计框图24

3.3各子程序设计流程图26

第四章系统软硬件综合调试部分29

4.1系统硬件调试29

4.2系统软件调试30

4.3系统软硬件联合调试30

第五章结束语31

参考文献32

附录A系统原理图33

附录B系统原理图PCB34

附录C系统实物图35

附录D源程序清单37

致谢47

绪论

随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，电子产品越来越普及，特别是节能、环保效率高、智能的电子产品越来越受到人们的喜爱。

传统的热水锅炉都使用烧煤的方法进行加热，这种采用烧煤的方式加热不但会产生大量的污染环境的废气，而且在加热时需要用专人进行燃料的添加，一旦加入燃料过多，水温会升的过快造成开锅，严重时甚至会造成锅炉爆炸等严重事故，对人身财产产生损害。

传统的烧煤锅炉不仅热效率低下，安全性能低，而且污染环境严重。

相反，电热水锅炉具有以下诸多优点：

（1）无污染；

（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%以上；

（3）锅炉本体结构十分简单，安全性能好；

（4）体积小，重量轻，占地面积小；

（5）锅炉启动、停止速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快；

（6）可采用计算机监控，能够完全实现自动化管理等优点。

1.系统设计指标

本系统要求设计一个以单片机为核心的热水锅炉单片机温度控制系统，该系统同时也能对电热水锅炉的水位进行控制，系统具体技术指标如下：

1.锅炉水温温度控制在0-85℃之间，能够进行连续可调，并且误差在±

1℃之内，在温度高于设定温度上限时，系统能够发出指令启动风扇进行降温，温度低于设定温度下限时能够启动加热装置升温。

2.用LCD1602小液晶实时显示系统温度，用键盘输入锅炉温度的安全温度上下限范围；

3.水位控制保持在设定值以上，小于设定值开启补水泵，高于水位上限时，补水泵自动停止加水，同时在锅炉水位低于最低水位或者高于最高水位的时候还能进行报警提醒系统可能出现故障。

2.本系统需要完成主要任务

详细分析课题任务，设计电源电路模块，键盘电路模块，单片机系统主控模块，液晶显示电路模块，执行器电路模块，声光报警电路模块等。

然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并用proteus仿真软件进行调试，另外在时间、条件允许的话做好实物的制作与调试工作，完成整个系统的设计。

第一章系统总体硬件方案设计与论证

1.1温度采集传感器的选择

1.1.1采用传统模拟集成温度传感器

传统集成传感器是用硅半导体工艺而制成的，因此又称为硅传感器或者是集成温度传感器，它是一个将温度传感器集成在单个芯片上、能够完成温度测量以及模拟信号输出等功能的专用芯片。

传统模拟集成温度传感器的主要特点是测温误差较小、功能较为单一、价格低廉等，比较适合长距离测温、控温，而且不需要非线性校准，外围电路结构简单。

像AD590、LM35之类。

但这些芯片的输出信号都是模拟信号，所以必须经过模数转换后才能送给单片机，使得温度测量装置的结构复杂。

此外，此类测温装置的一根线上只能挂单个传感器，因而不能同时进行多点测量。

即使能够实现，也需要用到复杂的算法，这样在一定程度上增加了软件的难度。

1.1.2采用智能数字温度传感器【1】

智能数字温度传感器（亦称数字温度传感器）是计算机技术、微电子技术及自动测试技术的结晶。

目前，已开发出一系列智能温度传感器产品。

智能温度传感器内部都包含信号处理器、A/D转换器、温度传感器、存储器及接口电路等。

一些产品还自带中央控制器、多路选择器、RAM等。

智能数字温度传感器的主要特点是能输出温度数据以及温度控制量，适配各种单片机.代表产品有DS18B20,智能数字温度控制器配合运用各种微控制器,能够构成各种智能化温度控制系统；

同时它们还可以脱离MCU单独工作,构成一个温控仪。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式智能数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式;

温度测量范围在－55℃～＋125℃之间,具有9位～12位A/D转换精度,测温分辨率能达到0.0625℃,温度测量范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃温度范围内,其精度达0.5℃。

DS18B20的精度误差为±

0.2℃。

现场温度以“一线总线”的数字方式进行传输，这样大大提高了系统的抗干扰性能。

由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一块芯片上，与单片机连接更为简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。

1.2显示器的选择

1.2.1LED显示器

采用传统的七段数码管LED显示器或者小型LED点阵显示屏。

LED数码管显示器显示内容单一，功耗较大，而LED点阵显示屏近看点距很大，视觉效果非常不好，虽然LED显示屏的确实亮度高，维修成本低。

综合利弊，LED显示器虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。

1.2.2LCD液晶屏

采用LCD1602液晶屏进行显示。

LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。

在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。

其优点主要为：

1.显示质量高，色彩和亮度恒定发光，画质高且不会闪烁。

2.数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。

3.功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比数码管要小很多，符合当前节能的宗旨。

综上考虑，虽然LCD显示器的价格比数码管和点阵屏要贵，但它的室内显示效果好，显示内容丰富，是当今室内显示器的主流，所以选用LCD作为显示器。

1.3单片机的选择

1.3.1采用凌阳单片机

利用凌阳单片机有一定的好处，凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们并没有系统的学习过，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，而且其价格也要比AT89S52昂贵一些。

1.3.2采用AT89S52单片机

在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其卓越的性