【正文】 的 管腳相接， 3 腳接電源， 3 腳與 2腳間連接一個 的 電阻，用以抬高 2 腳的電位。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。 DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL字節(jié)內容作比較。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。在 0— 100攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 溫度檢測元件 DS18B20[4] DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司推出的一種改進 型 溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等溫度元件相比，它能直接讀出被測溫度，而且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。在進行數(shù)據(jù)采集時，使用了合適的傳感器，這樣就不需要使用 A/D 轉換電路。 鍵盤電路則用來輸入設定值，顯示電路對系統(tǒng)采集到的溫度實時顯示。 5 2 硬件電路設計 系統(tǒng)方案概述 系統(tǒng)的框圖如 圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 如框圖所示，系統(tǒng)總體上分為兩部分，即溫度控制單元和液位控制單元。 本文的設計指標 本設計要求設計一個以單片機為核心的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)以及水位控制系統(tǒng)，具體的技術指標如下： a. 恒溫溫度控制在 0100℃之間， 連續(xù)可調 ，誤差在177。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。 （ 6） 可采用計算機監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化。由于本體結構簡單，使得電熱鍋爐體積可以做的很小，簡單的結構更加便于布置，占地面積也就減小。電加熱鍋爐采用加熱元件直接與水接觸，加熱時轉換效率很高，能量轉化率也很高，一般可達到 95%，而最新最好的鍋爐更是能達到 98%以上。 電加熱鍋爐采用全新加熱方式，無污染，完全可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。其他的一些子程序包括： 溫度信號處理程序、 數(shù)碼管顯示 程序、 PID 處理程序等。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，以數(shù)字信號的形式傳送給單片機；水位信號 由 電接點水位計采集，以開關量形式傳送給單片機。目 錄 中文摘要 .............................................................. 1 英文摘要 .............................................................. 2 1 緒論 ............................................................... 3 電熱鍋爐的 應用背景及其控制理論的發(fā)展 ........................... 3 本文的設計指標 ................................................. 4 2 硬件電路設計 ....................................................... 5 系統(tǒng)方案概述 ................................................... 5 溫度檢測元件 DS18B20 ............................................ 6 顯示模塊設計 ................................................... 8 鍵盤模塊設計 ................................................... 9 鍵盤工作原理 ............................................. 9 鍵盤識別方法 ............................................ 10 鍵盤工作方式 ............................................ 10 指示及報警電路 ................................................ 11 功率驅動電路 .................................................. 12 固態(tài)繼電器簡介 .......................................... 12 功率驅動電路設計 ........................................ 13 水位檢測及控制電路 ............................................ 13 水位檢測電路 ............................................ 13 水位控制電路 ............................................ 14 電源電路 ...................................................... 15 單片機選型及簡介 .............................................. 15 3 軟件的設計 ........................................................ 19 系統(tǒng)軟件總體概述 .............................................. 19 主程序 ........................................................ 19 T0 中斷服務子程序 ............................................. 21 中斷系統(tǒng)簡介 ............................................ 21 T0 中斷服務程序的編寫 .................................... 23 鍵盤中斷服務子程序 ............................................ 24 PID 運算設計 .................................................. 25 其他子程序介紹 ................................................ 27 顯示子程序 .............................................. 27 DS18B20 相關子程序 ....................................... 28 PID 輸出轉換程序 ......................................... 29 4 系統(tǒng)的仿真 ........................................................ 30 PID 參數(shù)整定方法 .............................................. 30 系統(tǒng)仿真結果 .................................................. 31 5 結論 .............................................................. 33 致謝 ................................................................. 34 參考文獻 ............................................................. 35 附錄 1 ................................................................ 36 附錄 2 ................................................................ 37 1 電熱鍋爐溫度水位控制系統(tǒng)設計 摘要： 在冶金、化工、機械等各類工業(yè)控制中，電熱鍋爐都得到了 廣泛應用。 本 文介紹了 以 AT89S51 單片機為核心的溫度 和液位 控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。軟件 主要 分三個部分 ： 主程序、鍵盤中斷及按鍵處理程序、 T0 中斷程序。因此在人口密集的居民 區(qū)、 旅館、醫(yī)院和學校，電加熱鍋爐完全能替代燃煤、燃油、燃氣鍋爐。 （ 2） 能量轉化效率高。 （ 4） 體積小，重量輕，占地面積小。與 燃煤、燃油、燃氣鍋爐相比，操作運行更加方便、簡單。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。而這正符合 PID 控制使用的條件，因而 PID 控制被廣泛用于電 熱鍋爐的控制中，用來取代傳統(tǒng)的控制方法 [6]，并獲得良好的控制效果。 然后根 據(jù)課題任務的要求設計出實現(xiàn)控制任務的硬件原理圖和軟件，并進行仿真 調試。溫度信號送入單片機，經過處理后，對固態(tài)繼電器進行控制，通過 I/O 口 控制固態(tài)繼電器的通斷，從而實現(xiàn)對加熱電阻的控制。 很顯然，該方案較其它相比無論在經濟上和實現(xiàn)容易程度上都要好。這樣既節(jié)省了材料也可以很大程度上減少硬件電路的結構。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。 VDD VDD DQ 64位 ROM和一線端口 供電方式選擇 存儲和控制邏輯 高速緩沖器 8位 CRC生成器 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 7 64 位 ROM的結構開始 8位是產品類型的編號，接著是每個器件的唯一序號，共48 位，最后 8位是前面 56 位的 CRC 校驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。 圖 DS18B20字節(jié)定義 圖中，前 2 個字節(jié)包含 測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，是易失的每次上電復位時被刷新。低 5 位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸出。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計時器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致為被測溫度值。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。 9 在一般情況下，單片機使用并行驅動的方式進行 LED的顯示 。 利用該方法設計的顯示系統(tǒng)具有硬件結構簡單，軟件編程方便，價格低廉的特點。 圖 串入并出顯示電路 鍵盤模塊設計 鍵盤是計算機不可缺少的輸入設備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶，借助鍵盤可以向計算機系統(tǒng)輸入程序、置數(shù)、送操作命令、控制程序的執(zhí)行走向等，所以應用極為廣泛 [7]。本設計中要應用 16 位按鍵，10 故采用此方法。矩陣鍵盤中行、列線為多線共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。當 列 線通過上拉電阻接 +5V 時，被定位在高電平狀態(tài)。 識別具體按鍵的方法（掃描法）是：逐 行 置 低 電平，其余各 行 置 高 電平，檢查各 列 線電平的變化，如果某 列 電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，則可以確定此行此列的交叉點處的按鍵被按下。在執(zhí)行鍵功能程序時， CPU 不再響應鍵輸入的要求。電路圖如 圖 所示 ， 。具體的電路如圖 所示。 SSR 具有如下優(yōu)點： （ 1） 高壽命，高可靠 :SSR 沒有機械 零部件，有固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高 （ 2） 靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好 :固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。 固態(tài)繼電器有三部分組成 :輸入電路，隔離 (耦合 )和輸出電路。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。固態(tài)繼電器選用歐姆龍公司的 G3NB240B型。當 口輸出高電平時， SSR才能夠過零觸發(fā)導通。因此通過水面的上升與下降來控制電信號的接通與斷開：當水位上升到電極位置時14 接通電信號；水位低于電極位置時斷開電信號。電路接法如圖 所示。由于單片機輸出的控制信號無法直接控制電磁閥的通斷，所以使用一個繼電器 對電磁閥進行控制。 電源電路 圖 電源電路 控 制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5