锅炉温度监测系统1docxWord文档格式.docx
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课程名称
论文题目
锅炉温度检测系统设计
评定指标
分值
得分
知识创新性
20
理论正确性
容难易性
15
结合实际性
10
知识掌握程度
书写规性
工作量
总成绩
100
评语：
任课教师
时间
2015年1月19日
备注
课程设计任务书
一、设计题目
锅炉温度监测系统
二、设计任务
基于单片机设计一个锅炉温度监测系统，并详细介绍其硬件和软件设计。
并且要现对锅炉中的水温进行测量，并且能通过显示装置实现对测量温度的实时显示。
设置报警装置，实现超温报警功能。
三、设计计划
本设计共2周。
第1-3天：
针对选题查资料，确定设计方案；
第4-6天：
方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；
选用芯片参考：
AT89C51单片机，DS18B20。
第7-9天：
编写主程序流程图和软件程序；
第10-12天：
画电路原理图，以及各部分电路图，系统框图。
绘制电子版软件流程图；
第12-14天：
编写整理设计报告。
四、设计要求
1、针对实际问题，设计解决方法
2、以软件为主，可以进行相关硬件容的设计
3、详细说明设计思路
4、形成设计报告
教研室主任：
时间：
摘要
锅炉是人类供暖，取暖的主要来源。
随着生产力的发展和对锅炉容量，参数参数要求的不断提高，锅炉容量和技术得到迅速的发展，越来越智能化。
本课程设计正是基于智能化这个目的，设计基于51单片机的锅炉温度监测系统，旨在达到对不宜进行温度检测与显示的锅炉温度进行温度的监测与显示，以及其他相应功辅助功能的实现。
本设计中利用DS18B20经行温度检测并将采集到的温度信息传递给单片机，由单片机通过LCD经行准确的温度显示。
当过锅炉温度超过警戒值时，警铃响起提醒操作人员对锅炉温度进行调整。
通过本设计可以基本达到智能控制锅炉的温度，相比操作人员对温度进行检测更加方便和准确，更加智能。
而且，通过报警铃提醒操作员，更加人性化。
关键词：
单片机；
LCD；
DS18B20
1.绪论
锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都能扮演着极其重要的角色。
它己经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。
国外的锅炉控制工业50～60年代发展最快，70年代达到高峰。
我国的锅炉工业是在新中国成立后才建立和发展起来的，1953年在首创了锅炉厂。
从其在生产和生活中所起的作用不同，锅炉可分为电站锅炉，主要用于发电厂；
工业锅炉，主要用于直接供给工农业生产或驱动机械能源；
生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。
温度检测系统在现代工业设计、工程建设及日常生活中的应用越来越广泛，早期的温度检测主要应用于工厂中，在人们的日常生活中，温度检测系统的应用和作用也体现到了各个方面。
特别是单片机技术的出现，它给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。
特别是其中的51系列单片机的出现，由于它具有极好的稳定性，更快和更准确的运算精度。
本次设计就是要通过以51系列单片机为控制核心，通过温度采集，LCD显示，实现热水锅炉温度检测系统的设计。
2.系统的主要器件的选择
2.1系统结构总框图
锅炉温度检测系统的主控部分由单片机组成。
通过温度传感器接收到的温度值与设定好的警报值进行比较，在温度未达到警报值时持续监测并将测量得到的温度值通过液晶屏显示出来。
当监测到的温度超过警报值时，开始打开报警铃进行报警，提示操作员锅炉温度过高要及时处理。
操作员可以通过按下报警取消按键停止报警铃的报警响声。
如图2-1是系统结构框图。
2-1系统结构框图
2.2单片机的选择
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
故选择AT89C51单片机进行方案设计。
2.3温度传感器的选择
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。
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。
故选择DS18B20作为设计中的测温元件。
2.4显示元件的选择
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
故原则1602LCD作为显示元件。
2.5报警元件的选择
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。
故选择蜂鸣器作为报警元件。
3.硬件电路的设计
3.1单片机最小系统
单片机最小应用系统，指的是用最少的元件组成的单片机并且可以正常工作的系统。
最小系统一般包括：
单片机，晶振电路以及复位电路。
图3-1为单片机最小系统电路。
3-1单片机最小系统
3.2温度检测电路
采用DS18B20进行温度检测，检测完成的温度值传入单片机P3.3引脚。
图3-2为DS18B20测温模块电路。
3-2DS18B20测温模块
3.3显示电路
3-3LCD1602液晶显示电路
采用LCD1602液晶作为温度显示，LCD1602操作简单显示容更加丰富。
图3-3为LCD1602液晶显示电路
3.4报警电路
采用蜂鸣器最为警铃，当测量温度超过警戒值时，蜂鸣器开始工作从而开始实现报警。
图3-4为蜂鸣器的报警电路
3-4报警电路
3.5取消报警电路
当操作人员听到警报铃响起，锅炉温度超过警戒值时，可以通过按下按键S2停止蜂鸣器工作。
从而起到取消报警的功能，以防止报警铃在锅炉温度过高时持续响铃。
图3-5为取消报警电路
3-5取消报警电路
3.6整体电路
图3-6为系统的整体电路图。
3-6整体电路图
4.软件设计
4.1程序功能的概述
写程序时，调用程序前既系统运行之前要首先对系统进行初始化。
然后LCD显示初始容，并且开始测温。
接下来将测得的温度值与警戒值进行比较，若超过警戒值择报警，消零件按下后警铃停止报警。
然后进行循环检测。
4.2系统总程序流程图
图4-1为系统总程序流程图。
4-1系统总程序流程图
4.3DS18B20温度采集程序流程图
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1，写0，读1，读0。
所有这些信号类型除存在脉冲以外，其他信号均由总线主机产生。
开始写DS18B20进行任何通信都需要对其进行初始化，在接收到复位脉冲后，再对DS18B20进行正确的ROM命令和存储器操作命令。
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，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，接着拉低总线以产生脉冲。
图4-2为温度采集程序流程图。
4-2温度采集程序流程图
4.4LCD液晶显示流程图
单片机对其初始化，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。
在检测LCD是否处在忙碌不能接受命令或数据的状态。
检测到LCD空闲状态时就可以写数据显示了。
图4-3为LCD液晶显示流程图。
4-3LCD液晶显示流程图
5.总结
本设计通过单片机的控制，基本实现了对锅炉温度的测量以及显示，并且可以实现超温暖报警的功能。
同时增加了有报警取消功能的按键，可以实现人为取消报警的功能。
系统中采用AT89C51芯片作为控制芯片，采用一总线的温度传感器DS18B20，用LCD1602液晶显示模块显示温度值，这些都使硬件电路变得简单，性能得到提高。
而且加上了蜂鸣器报警装置和报警取消按键，让本设计在应用上更加安全和人性化。
6.心得体会
通过本次锅炉温度监测系统的设计，我不仅巩固了有关单片机，温度传感器等以前系统学过的知识。
而且还加强学习了有关1602液晶和其他液晶的相关知识，也与在本次设计之前相比更好的使用1602液晶。
同时，也对锅炉，这个与我们生活密切相关的设备有了一定简单的了解。
而且，本次设计的设计思路与之前的设计相比更加清晰，在一些相关的软件的运用上也有了一些接触。
但遗憾的是，本次设计没有制作出实物或者用软件仿真，并不清楚本设计中是否有隐藏的问题，或者一些设计上需要进行修改的问题。
希望以后可以利用软件进行仿真，不仅可以发现设计中的问题，还可以学习仿真软件，一举两得。
在本次设计中，查找了很多资料，了解和学习到了很多在课堂上没有进行细致讲解的知识点。
总之，在本次设计中学会了很多知识，也巩固加强了许多以前学习过的知识，收获了很多。
参考文献
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