【正文】 I ○ 2 熟悉 Keil， Proteus 軟件，特別是程序的開發(fā)和調(diào)試。 （ 5） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì) （ 1）硬件系統(tǒng)原理框圖 圖 1 硬件系統(tǒng)原理框圖 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所必須具備的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等）及解決的辦法 本論文主要通過 Proteus 軟件 對 單片機(jī) 控制的機(jī)車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 進(jìn)行仿真調(diào)試 ，理論上最終實(shí)現(xiàn)了對 單片機(jī) 控制的機(jī)車火災(zāi)報(bào)警 系統(tǒng) 的控制 。 （ ） 第三階段：課題方案的研究與論證，通過對相關(guān)資料的研究設(shè)計(jì)出一個(gè)比較合理、簡潔、實(shí)用的方案。 第三階段，以交開題報(bào)告為起點(diǎn)，至第七學(xué)期末； 第四、五階段，以第八學(xué)期畢業(yè)前為期，即 20xx 年五月上旬至 6 月中旬 。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。通過 LCD1602 液晶芯片對鍋爐超壓、超溫進(jìn)行提示。人們把這種超大規(guī)模集成電路芯片稱作“單片微控制器 ”，簡稱為單片機(jī)。目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮采用微處理器使之成為智能儀表的，而目前在儀器儀表中使用得最多的微處理器就是單片機(jī)。其中壓力上限值應(yīng)不大 于管道和鍋爐所承受的最大壓力，壓力下限值應(yīng)保證系統(tǒng)水不汽化。 它的基本功能是通過探測器準(zhǔn)確探測溫度值和壓力值，精確判斷爆炸隱患是否啟動(dòng)報(bào)警。 緒論 第 1 頁（共 32 頁） 基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 1 緒論 課題背景及研究意義 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，水在鍋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(diǎn)隨壓力升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹收到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動(dòng)力（嚴(yán)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 ???。 我國現(xiàn)有大、中型鍋爐 30 多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 2/5，另外 還有更多的小型采暖鍋爐。 利用單片機(jī)技術(shù)對鍋爐進(jìn)行自動(dòng)系統(tǒng)改造后，鍋爐的自動(dòng)化水平和熱量利用率大大提高，控制更加精確安全，所需勞動(dòng)力大大減少，勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)環(huán)境也得到很好改善， 成本也大幅度下降。在外圍芯片選取時(shí)，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片和電路，并本著節(jié)約成本的思想。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。 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(dú)的供電回路，以避免電源干擾。此時(shí)溫度傳感器實(shí)時(shí)對鍋爐溫度檢測，當(dāng)溫度降到設(shè)定值的下限時(shí)，繼電器重新通電。 鍋爐防 爆設(shè)計(jì)方案 第 3 頁（共 32 頁） 2 鍋爐防爆設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 微控制器方案選擇 模擬量經(jīng)輸入通道處理后要送到微機(jī)控制電路進(jìn)行信號的分析處理，得到控制信號驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如進(jìn)行及時(shí)的聲光報(bào)警功能，選用一款好的微機(jī)成為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)槲C(jī)電路本身的性能有時(shí)候決定整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗。由于將多功能 AT89C51 單 片 機(jī) 8255 擴(kuò) 展 芯 片 聲音報(bào)警器 鍵盤 模 數(shù) 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 LCD 顯示器 信 號 放 大 電 路 壓力傳感器 溫度傳感器 繼電器 基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 4 頁（共 32 頁） 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 方案決策 二者均可達(dá)到本設(shè)計(jì)想要的功能，但從性價(jià)比上講， AT89C51 單片機(jī)價(jià)格低廉，而 PLC 一般用在大型的控制系統(tǒng)中，價(jià)格不低廉，故不采用?！?； （ 3） 實(shí)際報(bào)警器的分辨率可單獨(dú)設(shè)定； （ 4） 保存在 EEPROM 中，即使斷電也能夠保存； （ 5） 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。 決策方案 溫度的采集是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)之一，在眾多的環(huán)境監(jiān)測中， ADC590 由于成本低而用得較多，但后續(xù)電路復(fù)雜，輸出模擬信號較弱，需要進(jìn)行放大后再通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路得到溫度值，不僅復(fù)雜，而且提高了系統(tǒng)的功耗，降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能。 T5300壓力傳感器的特點(diǎn)如下： （ 1）直 接數(shù)字量輸出，無信號傳輸損失，無信號采集誤差。因此采用方案一。 A/D 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)源采用 MAX675 5V 芯片，它能提供精準(zhǔn)的 5V 參考電壓。 方案二 采用 LCD 液晶顯示器顯示鍋爐當(dāng)前的溫度和壓力。有兩種液晶 顯示器，一種是 LCD1602，兩行顯示；一種是 LCD12864，還可以用于顯示曲線；因?yàn)楸鞠到y(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)不是很多，只需顯示傳感器數(shù)據(jù)，故選用 LCD1602 液晶顯示器即可。 1. AT89C51 主要功能列表 ?9?如下： (1) 為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片。 (5) 32 調(diào)雙向輸入輸出錢，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制。 2. AT89C51 管腳排列及系統(tǒng)所用管腳介紹。 （ 3） P0 口（ 39－ 32）： P0 口 為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每引腳可吸收 8 個(gè)TTL 門電流。 （ 7） RST（ 9）：復(fù)位輸入。 （ 9） PSEN（ 29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。 （ 11） XTAL1（ 19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。如圖 3。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 （ 2） 簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用。 （ 6） 零待機(jī)功耗。 （ 10） 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。當(dāng)DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 引腳序號 引腳名稱 功 能 1 GND 接地 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳 3 VDD 接 5V 電源 硬件電路設(shè)計(jì) 第 13 頁（共 32 頁） 2 7 . 0DQ2V C C3G ND1UDS 1 8 B 2 0V C CP 3 .3 圖 6 溫度采集電路 壓力檢測電路設(shè)計(jì) MPX4115 簡介 MPX4115 系列壓電電阻傳感器是一個(gè) 硅壓力傳感器。 MPX4115 的封裝圖、引腳分布圖分別如圖 7 所示 。本設(shè)計(jì)中選用 ADC0809 作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 START=1 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號。 （ 8） OE輸出允許信號。其典型值為 +5V ADC0809 與單片機(jī)連接主要涉及兩個(gè)問題。其引腳說明見表 3 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(shí)顯示兩行字符，每行有 16 個(gè)字符。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與 LED 點(diǎn)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。 LCD 液晶顯示電路如 圖 13 所示 。（也可以將蜂鳴器換成 LED） 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) AT89C51 的內(nèi)核共電為 5V， 而此鍋爐防爆系統(tǒng)的測溫度和壓力模塊以及 LED 鍵基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 20 頁（共 32 頁） 盤模塊的共電電壓都可為 5V，所以通過此電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成 5V的單片機(jī)工作電壓，以保障鍋爐防爆系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 K1 每按下一次，溫度（壓力）報(bào)警值顯示比上一次值增加一度。 硬件電路設(shè)計(jì) 第 21 頁（共 32 頁） 圖 16 按鍵電路 控制電路 本 系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度和壓力。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 23 頁（共 32 頁） 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本章講述的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括鍋爐溫度以及壓力控制的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)以及構(gòu)成系統(tǒng)的各部分子程序設(shè)計(jì) 。都要對其 進(jìn)行初始化，在接收到復(fù)位脈沖后，再對 SD18B20 進(jìn)行正確的 ROM 命令和存貯器操作命令。在單總線器件檢測到上升沿后，接著產(chǎn)生延時(shí)，接著通過拉低總線，以產(chǎn)生存在脈沖?15?。 LCD 液晶顯示子流程圖如圖 22 所示。運(yùn)行過程中各個(gè)端口對應(yīng)的數(shù)字量如下表 表 5 所示 : 表 5 表 6 V（電壓表檢測電壓 v） V（ LCD 顯示電壓 v） （電平） 0 0 0 0 1 1 1 1 當(dāng)溫度或者壓力探測器探測的模擬電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，端口 處為低電平，蜂鳴器不會(huì)響。時(shí)至今日，論文基本完成。 畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。明白了基本的科研方法，要實(shí)行一種宏觀到微觀的策略，有條理的解決問題，在解決問題的過程中，務(wù)必要弄清楚問題出在哪里，一定不能知難而退。但是提高系統(tǒng)的性能不是僅僅依靠硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)就能完全實(shí)現(xiàn)的，還要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、整機(jī)裝配和調(diào)試階段采取針對性的方法和工藝措施來提高鍋爐防爆控制系統(tǒng)的性能。切實(shí)解決這些個(gè)問題使整個(gè)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、無誤探測報(bào)警還需做許多工作?？垢蓴_設(shè)計(jì)更是要全面考慮，解決干擾是一種復(fù)雜、難度較大的技術(shù)，沒有固定模式，只能從解決電源干擾、注意空間屏蔽、做好接地等主要措施考慮，并根據(jù)具體問題軟硬兼施，有所側(cè)重。主要有以下幾點(diǎn)： 在硬件方面，本系統(tǒng)還可以應(yīng)該從電源模塊，抗干擾量，及針對一個(gè)具體的自動(dòng)防爆措施展開來設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)更加完善；在軟件方面，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了編程中控制算法易于實(shí)現(xiàn)外，還應(yīng)該注意各個(gè)器件驅(qū)動(dòng)程序的時(shí) 序特點(diǎn)，要使程序主具有實(shí)時(shí)有效的控制作用；基于壓力探測器，把壓力探測壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷耗M量可以變換為其他的工業(yè)參數(shù)控制，作為本設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，還可以以智能控制作為目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)更深入的分析。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力 提高自己知識和綜合素質(zhì)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。同時(shí)單片機(jī)從 端口輸出低電平，經(jīng)過反相驅(qū)動(dòng)器變?yōu)楦唠娖?，從而不能使發(fā)光二極管發(fā)光，繼而使得繼電器的線圈不能通電，鍋爐斷電，停止加熱。由 DS18B20 檢測溫度， MPX4115 檢測壓力，發(fā)送到單片機(jī)控制中心。 中斷服務(wù)程序序 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 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 25 頁（共 32 頁） N Y 圖 20 溫度采集流程圖 MPX4115 壓 力采集子程序設(shè)計(jì) 傳感器直接輸出電壓信號，電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)通過地址端口讀取該數(shù)據(jù)，流程圖如圖 21 開始 檢測 DS18B02 是否存在 跳過 ROM 匹配 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 基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 26 頁（共 32 頁） NO 圖 21 壓力采集流程圖 程序設(shè)定 0XFFF0 為 ADC0809 的端口地址，首先通過端口地址選擇模擬通道 0，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，垱轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC 輸出一個(gè)高電平，通過查詢 EOC 端口，然后從地址 0XFFF0 端口讀出數(shù)據(jù)。接著，在主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復(fù)位脈沖，存在脈沖，寫 0、寫 讀 0、讀 1。本部分電路如圖17 所示： 基于單片機(jī)的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 22 頁（共 32 頁） 圖 17 控制電路 1. 當(dāng) 輸出高電平時(shí)，燃燒器對鍋爐加熱，進(jìn)行加熱處理。 K2每按下一次，溫度（壓力）報(bào)警值顯示比上一次值減少一度。因此，通過檢測 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下。 本設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出。如圖 12所示為 LCD1602結(jié)構(gòu)塊圖，指明了 LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊。其字符中共有 160 種字符。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送有定時(shí)傳送方式、查詢方式、中斷方式這三種方式。 （ 9） Vcc+5V 電源。 EOC=1 轉(zhuǎn)換結(jié)束。 （ 5） CLK時(shí)鐘信號。主要有 3 部分組成：模擬輸入選擇部分、轉(zhuǎn)換器部分、輸出部分 ?12?。如圖 8。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個(gè)