锅炉水温自动控制系统.docx

锅炉内胆动态水温实值控制设计刘世斌 (LIU SHI-bin)(大庆石油学院华瑞学院自动控制工程系黑龙江哈尔滨 150027;E-mail：)摘要：本设计采用一块单片机(STC89C52)作为涡炉水温闭环控制系统的控制核心，实现 人工设定温度，自动控制温度，显示水的实时温度等功能水温测试方式采用数字温度传感 器DS18B20感知器皿中水的温度，通过单片机STC89C52与数字温度传感器DS18B20通讯获 得实时温度，并通过程序实现闭环控制采用键盘扫描方式对目标温度( 0°C~80°C或20~60°C)进行人工设定，并用LCD1602显示水的实时温度、给定温度及温度范围同时系 统还通过继电器电路控制加热器件的导通与关闭，达到保持设定温度基本不变的目的，并起 到强弱点隔离作用，安全可靠水温控制算法通过程序对给定温度与实时温度的判断，实现 温度调节，其精确度可达1°C并设有一定的保护措施，当实时温度不在设定的安全温度范 围时系统将报警关键词：单片机(STC89C52 )，自动控制，闭环控制Abstract: This design uses a microcontroller (STC89C52) as the vortex furnace temperature control system, closed loop control core of the artificial settings and automatic temperature control, display real-time water temperature and other functions. Temperature test method using digital temperature sensor DS18B20 sensing the temperature of water in containers through the microcontroller and digital temperature sensor DS18B20 STC89C52 communication access real-time temperature, and closed loop through the program. Using the keyboard scanning the target temperature (0 °C 〜80 °C or 20 〜60 °C) in artificial settings, and with the LCD1602 display real-time water temperature, for a given temperature and temperature range. System also control the heater through the relay circuit parts turn on and off, to maintain the set temperature is essentially the same purpose and has played the role of strong and weak point of isolation, safe and reliable. Temperature control algorithm for a given temperature through the process with real-time temperature of the judge, to achieve temperature regulation with an accuracy up to 1 C. And has some protective measures, real-time temperature is not set when the security system will alarm when the temperature range. Keywords: microcontroller (STC89C52), automatic control, closed-loop controlKeywords: microcontroller (STC89C52), automatic control, closed-loop control目录1. 系统设计 31.1 设计要求 31.1.1 基本要求 31.1.2 发挥部分 31.2 系统基本方案 31.2.1 各模块的方案选择和论证 42. 单元电路设计 52.1 水温测量电路的设计 52.1.1DS18B20 单线数字温度传感器 52.1.2 DS18B20单线数字温度传感器电路 82.2 STC89C52 控制电路 92.2.1STC89C52单片机管脚图 92.2.2 STC89C52单片机最小系统及外围电路接口图 92.3LCD1602液晶显示屏电路 102.3.1 LCD1602液晶显示屏 10 112.3.2LCD1602液晶显示屏显示电路图 122.4 继电器电路 122.4.1 继电器主要技术参数 122.4.2HK4100F 继电器驱动电路原理 132.5 键盘电路 142.5.1 键盘电路图 142.5.2按键说明 142.6 蜂鸣器报警电路 142.6.1 蜂鸣器报警电路图 143. 软件设计 153.1 软件框图 153.2各模块主要程序 163.2.1LCD1602 程序 163.2.2DS18B20 程序 204. 系统整体电路图 错误!未定义书签。

4.1系统整体电路图 错误!未定义书签5. 结束语 错误!未定义书签参考文献 错误!未定义书签附录一 25附录二 错误!未定义书签1. 系统设计1.1 设计要求1.1.1 基本要求(1) 要求采用直接数字控制(DDC)对锅炉水温进行控制，使其温度稳定在给定的值上；(2) 具有键盘输入温度给定值，能显示当前温度值；(3) 温度达到极限时提醒操作人员注意的功能1.1.2 发挥部分(1) 具有设定温度范围的功能，并显示给定值、当前值及温度范围；(2) 温度控制精度达到1°C；(3) 采用软件实现闭环控制，降低成本；(4) 通过继电器实现对加热器件的控制，起到隔离保护作用1.2 系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为控制器模块，温度测量模块，水温加热模块，显示模块最终选定的整体系统框图如图1.2.1 所示为了实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计 方案并进行了论证1.2.1 各模块的方案选择和论证(1) 控制器模块采用STC公司的STC89C52作为系统的控制器单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自 由度大，可用软件编程实现各种算法，并且具有功耗低，体积小，技术成熟，成本低廉等有 点，使其在各个领域应用广泛。

2) 水温探测模块水温探测模块用于测量器皿中水的温度系统需要利用测温传感器检测出水的实时温度，是 控制模块做出正确的反应，控制水的温度采用单总线可编程温度传感器测温度o DS18B20数字可编程温度传感器可测温范围一55°C〜 + 125°C，在-10〜+85C时精度为0.5C可编程的分辨率为9〜12位，对应的可分辨温度 分别为0.5C、0.25C、0.125C和0.0625C，可实现高精度测温在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更 快测量结果直接输出数字温度信号，以〃一线总线〃串行传送给CPU，同时可传送CRC校验 码，具有极强的抗干扰纠错能力并且其所需辅助电路简单，依靠程序直接读取温度，总费 用低3) 显示模块使用LCD1602液晶显示屏显示水温液晶显示屏（LED）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射 危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗 干扰能力强等特点，且显示更为人性化，电路焊接更为简单4）水温控制模块水温控制模块用来控制加热器件的导通与关闭，从而达到控制加热时间，控制水温的目的。

采用继电器驱动电路控制继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路） 和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去 控制较大电流的一种“自动开关”故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的只要圈两端加上一定的电 压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服 返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合当线圈断电 后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来 的静触点（常闭触点）吸合这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的 对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静 触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”2. 单元电路设计2.1水温测量电路的设计2.1.1DS18B20单线数字温度传感器引脚排列底视D3-1820==== = = =-ccce cccPfi35D61S208□Q^□DNC引脚说明 ，地-数据I/O ■可选VDD■空脚序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚当被用着在寄生电源下，也可以 向器件提供电源3VDD可选择的VDD引脚当工作于寄生电源时，此引脚必须接地DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1 —Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而 对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模 拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求 DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性该协议定义了几种信号 的时序：初始化时序、读时序、写时序所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为 从设备而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件 回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收数据和命令的传输都是低位 在先1) DS18B20的复位时序•主札皱出迎如冲一2 D芒.章小TiTrTrrrTrTrTrTTTTrrTiirTrrriir主机接收厨-叙豳时洵480UR应答脉冲亠DS1SB2G 时应艇KDS18B20单线数字温度传感器复位时序图(2) DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。

对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成DS18B20单线数字温度传感器读时序图(3)DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证DS。