【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)結構原理圖設計 （ 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)設計（論文）所必須具備的工作條件（如工具書、計算機輔助設計、某類市場調(diào)研、實驗設備和實驗環(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 控制的機車火災報警系統(tǒng) 進行仿真調(diào)試 ，理論上最終實現(xiàn)了對 單片機 控制的機車火災報警 系統(tǒng) 的控制 。 （ ） 第三階段：課題方案的研究與論證，通過對相關資料的研究設計出一個比較合理、簡潔、實用的方案。 第三階段，以交開題報告為起點，至第七學期末； 第四、五階段，以第八學期畢業(yè)前為期，即 20xx 年五月上旬至 6 月中旬 。學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力， 畢業(yè)設計 (論文 )是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，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。目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時，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。其中壓力上限值應不大 于管道和鍋爐所承受的最大壓力，壓力下限值應保證系統(tǒng)水不汽化。 它的基本功能是通過探測器準確探測溫度值和壓力值，精確判斷爆炸隱患是否啟動報警。 緒論 第 1 頁（共 32 頁） 基于單片機的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 1 緒論 課題背景及研究意義 鍋爐是一種熱能轉換設備，由鍋和爐兩大主體和保證其安全經(jīng)濟連續(xù)運行的附件，儀表附屬設備，自控和保護系統(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)生壓力形成熱動力（嚴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，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。 利用單片機技術對鍋爐進行自動系統(tǒng)改造后，鍋爐的自動化水平和熱量利用率大大提高，控制更加精確安全，所需勞動力大大減少，勞動強度和勞動環(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，盡量選取典型的、易于擴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、線、面配合背部燈管構成畫面。 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)字信號分別用單獨的供電回路，以避免電源干擾。此時溫度傳感器實時對鍋爐溫度檢測，當溫度降到設定值的下限時，繼電器重新通電。 鍋爐防 爆設計方案 第 3 頁（共 32 頁） 2 鍋爐防爆設計方案 系統(tǒng)結構框圖 圖 1 系統(tǒng)結構框圖 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控制電路進行信號的分析處理，得到控制信號驅動執(zhí)行機構，例如進行及時的聲光報警功能，選用一款好的微機成為本設計的重點，因為微機電路本身的性能有時候決定整個設計的成敗。由于將多功能 AT89C51 單 片 機 8255 擴 展 芯 片 聲音報警器 鍵盤 模 數(shù) 信 號 轉 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 基于單片機的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 4 頁（共 32 頁） 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 方案決策 二者均可達到本設計想要的功能，但從性價比上講， AT89C51 單片機價格低廉，而 PLC 一般用在大型的控制系統(tǒng)中，價格不低廉，故不采用?！?； （ 3） 實際報警器的分辨率可單獨設定； （ 4） 保存在 EEPROM 中，即使斷電也能夠保存； （ 5） 獨特的單總線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)與微處理器雙向通訊。 決策方案 溫度的采集是整個系統(tǒng)的重點之一，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)電路復雜，輸出模擬信號較弱，需要進行放大后再通過 A/D 轉換電路得到溫度值，不僅復雜，而且提高了系統(tǒng)的功耗，降低了整個系統(tǒng)的性能。 T5300壓力傳感器的特點如下： （ 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 轉換的基準源采用 MAX675 5V 芯片，它能提供精準的 5V 參考電壓。 方案二 采用 LCD 液晶顯示器顯示鍋爐當前的溫度和壓力。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；因為本系統(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TTL 門電流。 （ 7） RST（ 9）：復位輸入。 （ 9） PSEN（ 29）：外部程序存儲器的選通信號。 （ 11） XTAL1（ 19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。如圖 3。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。 （ 2） 簡單的多點分布應用。 （ 6） 零待機功耗。 （ 10） 用戶可定義的非易失性溫度報警設置。當DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。 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 硬件電路設計 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 壓力檢測電路設計 MPX4115 簡介 MPX4115 系列壓電電阻傳感器是一個 硅壓力傳感器。 MPX4115 的封裝圖、引腳分布圖分別如圖 7 所示 。本設計中選用 ADC0809 作為數(shù)據(jù)轉換。 START=1 轉換啟動。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 （ 8） OE輸出允許信號。其典型值為 +5V ADC0809 與單片機連接主要涉及兩個問題。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，它能同時顯示兩行字符，每行有 16 個字符。由該模塊構成的液晶顯示方案與 LED 點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構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)壓電源電路設計 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，將外部輸入電壓轉換成 5V的單片機工作電壓，以保障鍋爐防爆系統(tǒng)的正常運行。 K1 每按下一次，溫度（壓力）報警值顯示比上一次值增加一度。 硬件電路設計 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)軟件設計 第 23 頁（共 32 頁） 4 系統(tǒng)軟件設計 本章講述的系統(tǒng)軟件設計包括鍋爐溫度以及壓力控制的單片機程序設計以及構成系統(tǒng)的各部分子程序設計 。都要對其 進行初始化，在接收到復位脈沖后，再對 SD18B20 進行正確的 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，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。運行過程中各個端口對應的數(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 當溫度或者壓力探測器探測的模擬電壓低于預設值時，端口 處為低電平，蜂鳴器不會響。時至今日，論文基本完成。 畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，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計和軟件設計就能完全實現(xiàn)的，還要在系統(tǒng)設計、結構設計、整機裝配和調(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。切實解決這些個問題使整個系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、無誤探測報警還需做許多工作?？垢蓴_設計更是要全面考慮，解決干擾是一種復雜、難度較大的技術，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，有所側重。主要有以下幾點： 在硬件方面，本系統(tǒng)還可以應該從電源模塊，抗干擾量，及針對一個具體的自動防爆措施展開來設計，可以使系統(tǒng)更加完善；在軟件方面，本系統(tǒng)的設計除了編程中控制算法易于實現(xiàn)外，還應該注意各個器件驅動程序的時 序特點，要使程序主具有實時有效的控制作用；基于壓力探測器，把壓力探測壓強轉變?yōu)殡妷耗M量可以變換為其他的工業(yè)參數(shù)控制，作為本設計的擴展，還可以以智能控制作為目標進行系統(tǒng)更深入的分析。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低，通過這次畢業(yè)設計，我們才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力 提高自己知識和綜合素質。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設計終于落下了帷幕。同時單片機從 端口輸出低電平，經(jīng)過反相驅動器變?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)送到單片機控制中心。 中斷服務程序序 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)軟件設計 第 25 頁（共 32 頁） N Y 圖 20 溫度采集流程圖 MPX4115 壓 力采集子程序設計 傳感器直接輸出電壓信號，電壓信號經(jīng)過 A/D 轉換為數(shù)字信號，單片機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 結束 基于單片機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，并啟動轉換，垱轉換結束后， EOC 輸出一個高電平，通過查詢 EOC 端口，然后從地址 0XFFF0 端口讀出數(shù)據(jù)。接著，在主機釋放總線，并進入接收模式。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復位脈沖，存在脈沖，寫 0、寫 讀 0、讀 1。本部分電路如圖17 所示： 基于單片機的鍋爐防爆控制系統(tǒng) 第 22 頁（共 32 頁） 圖 17 控制電路 1. 當 輸出高電平時，燃燒器對鍋爐加熱，進行加熱處理。 K2每按下一次，溫度（壓力）報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鍵被按下。 本設計采用軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出。如圖 12所示為 LCD1602結構塊圖，指明了 LCD1602內(nèi)部結構模塊。其字符中共有 160 種字符。轉換數(shù)據(jù)的傳送有定時傳送方式、查詢方式、中斷方式這三種方式。 （ 9） Vcc+5V 電源。 EOC=1 轉換結束。 （ 5） CLK時鐘信號。主要有 3 部分組成：模擬輸入選擇部分、轉換器部分、輸出部分 ?12?。如圖 8。還能為高水準模擬輸出信號提供一個