【正文】 鍵盤(pán)掃描、去抖處理 取鍵 值 鍵值處理 是否有采樣數(shù)據(jù)處理 A/D 轉(zhuǎn)換處理 PID計(jì)算 控制輸出 N Y 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 溫度和壓力檢測(cè)程序流程圖設(shè)計(jì) 如圖 43 為溫度檢測(cè)主程序流程圖，單片機(jī)先初始化，啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，等待傳單器接受的檢測(cè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)計(jì)算是否接收完畢，如是等待 A/D 轉(zhuǎn)換，如否返回繼續(xù)等待接收。然后對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，對(duì)按鍵 事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。 ??tu 圖 41控制系統(tǒng)系統(tǒng) ? ?sGo sTKIp pK sTK Dp e(t) y(t) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)總流程圖設(shè)計(jì) 由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)所用功能，主程序流程圖 如圖 42所示。 TT R A N S 1R5 6 0C17 0 μC32 2 0 μC21 0 4C41 0 31234B R I D G E 1DL E D7 8 0 52 2 0 V 圖 39穩(wěn)壓電源電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制算法研究 由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，系統(tǒng)中 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可通過(guò)數(shù)值公式近似計(jì)算 [ 11]。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，電路中均采用低功耗的器件，所以穩(wěn)壓塊 并不需要加散熱片。同時(shí)又由于器件只有三個(gè)引腳，所以使用簡(jiǎn)單方便，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。具有過(guò)熱，過(guò)流，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)功能。當(dāng)基極為高電平時(shí)，晶體管截止，相當(dāng)于開(kāi)路，輸出為高電平，蜂鳴器停止鳴叫。這個(gè)電路并不是一般的放大電路，三極管不是工作在放大狀態(tài)，而是工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)罱K師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 態(tài)。該部分電路與單片機(jī)的接口 如 圖 38所示 。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 V C C4. 7k Ω 4P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3 圖 37 鍵盤(pán)電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警 ,并用兩個(gè) LED 指示燈表示工作狀態(tài)，紅燈亮綠燈滅表示報(bào)警 。它是將每個(gè)獨(dú)立按鍵按一對(duì)一的方式直接接到單片機(jī)的 I/O 口上，通過(guò)程序掃描查詢方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)交互的。 對(duì)于鍵的識(shí)別，可以采用程序掃描的方法。 為了 便于實(shí)現(xiàn)各種的控制要求，智能調(diào)節(jié)器必須具備快速設(shè)置被控參數(shù)且操作方便，還必須增加鍵盤(pán)裝置。 本設(shè)計(jì)中采用靜態(tài)顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。一種是靜態(tài)顯示，一種是江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 動(dòng)態(tài)顯示。因而 LED 一起體積小，可靠性高，耗能低等諸多優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 LED 就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣特性與一般的二極管一樣，區(qū)別在于其在通電狀 態(tài)下會(huì)發(fā)光。用 LED 是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。因此 CMR 理論上直接與增益成比例增加，這是一個(gè)非常有用的特性。這也就意味著該電路的共模抑制比相比 與原來(lái)的差分電路增大了〔 1＋（ 2 RF/RG）〕倍。由于沒(méi)有電流流過(guò) RG（也就無(wú)電流流過(guò) R5 和 R6） ） ， 放大器 AR1和 AR2 將作為單位增益跟隨器而工作。 由于 RG兩端的電壓等于 VIN，所以流過(guò) RG 的電流等于 VIN/RG，因此輸入信號(hào)將通過(guò) A1和 A2 獲得增益并得到放大。因?yàn)檩斎腚妷航?jīng)過(guò)放大后（在 A1 和 A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在 R5， RG 和 R6 這三只電阻上，所以差分增益可以通過(guò)僅改變 RG 進(jìn)行調(diào)整。 其中 AR1 和 AR2 為兩個(gè)性能一致 (主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益 )的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí)， AR3 構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制 AR1 和 AR2 的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。 本次設(shè)計(jì)的放大器采用了三運(yùn)放，因?yàn)樗哂懈吖材Ｒ种票鹊姆糯箅娐?。若相?duì)兩橋臂的極性一直，輸出電壓為兩者之和，反之則為兩者之差。 由于應(yīng)變片的電橋電路的輸出信號(hào)一般比較微弱，所以目前大部分電阻應(yīng)變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連電橋的輸出電壓于應(yīng)變成線性關(guān)系。 R21kΩR31kΩR11kΩKP C 817QN P N7406DV C C+ 5VV C C P 1. 7 圖 34溫度控制電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 壓力檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 該部分主要由壓力信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)放大電路兩部分組成。 輸出高電平時(shí)，加熱器通電，加熱器對(duì)鍋爐加熱，進(jìn)行加熱處理。當(dāng) P口輸出高電平時(shí)，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器 7406 變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而是 Q3 導(dǎo)通 ，因而繼電器的線圈通電 ,接通鍋爐加熱器。 DS18B20 的 DQ 端直接與單片機(jī)的 口相連接， VDD 端接 +5V 電源， DQ 端與 +5V電源之間通過(guò)電阻相連， GND 接地，DS18B20 可以直 接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此不需要連接 A/D 轉(zhuǎn)換器，DS18B20 與單片機(jī)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要通過(guò)單片機(jī)來(lái)個(gè) DS18B20 供電，保證了 DS18B20 工作的可靠性。另一種是寄生電源供電方式，如圖 33 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉 [7]。因此，因此可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。剛上電時(shí)或者觸動(dòng)按鈕后 C5 兩端的電壓為 0，這時(shí) RST 為高電平，而其高電平保持時(shí)間 是由 R和 C 的時(shí)間常數(shù)決定，由公式 (31)可知， C 充電的時(shí)間常數(shù)τ等于 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2μ s，即使 RST 高電平的時(shí)間保持 2μ s以上，確保了單片機(jī)正常復(fù)位。 復(fù)位電路 如圖 32 所示 。 C2C1X T A L 2X T A L 1G N D 圖 31 晶振電路 復(fù)位電路 單片機(jī)上電后，在其 9 腳（ RESET）出現(xiàn) 24個(gè)振蕩 周期以上的高電平 后 ，單片機(jī) 內(nèi) 部 初始 復(fù)位。 A、 B、 C的值與被選擇的通道之間的關(guān)系如下表 2— 3 所示： 表 2— 3 通道選擇表 C B A 被選擇的通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3 鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 最小單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)， 指的是 用最少的元件組成的單片機(jī) 并且 可以 正常 工作的系統(tǒng)，對(duì)本次設(shè)計(jì)使用單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī) ， 晶振電路 以及 復(fù)位電路。一是 8路模擬信號(hào)通道的選擇，二是 A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 Vcc—— +5V 電源。 OE—— 輸出允許信號(hào)。 EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。 CLK—— 時(shí)鐘信號(hào)。 START=1 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。 ALE—— 地址鎖存允許信號(hào)。主要由 3 部分組成：模擬輸入選擇部分、轉(zhuǎn)換器部分、輸出部分。 ％ Span 供電電壓 V 響應(yīng)時(shí)間 ms 輸出噪音 μ V pp 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 177。 ％ Span 零點(diǎn)溫度誤差 177。 ％ Span 遲滯 177。從 0～ 2psi 至 0～ 100psi 量程范圍內(nèi)均有表壓，差壓和絕壓產(chǎn)品 [5]。 引腳序號(hào) 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 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的鍋爐溫度和壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 通過(guò)激光修正的電阻實(shí)現(xiàn)了 0～ 50℃的溫度補(bǔ)償，還提供一個(gè)激光修正的電阻用于調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益 來(lái)校正傳感器的壓力靈敏度變化，使具有良好的互換性，互換性誤差僅為177。 ROM 操作品令 ： 總線主機(jī)檢測(cè)到 DSl820 的存在，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如 [4] 指令 代碼 ROM(讀 ROM) [33H] ROM(匹配 ROM) [55H] ROM(跳過(guò) ROM) [CCH] ROM(搜索 ROM) [F0H] search(告警搜索 ) [ECH] 存儲(chǔ)器操作命令 指令 代碼 Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器 ) [4EH] Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器 ) [BEH] Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器 ) [48H] Temperature(溫度變換 ) [44H] EPROM(重新調(diào)出 ) [B8H] Power supply(讀電源 ) [B4H] DS18B20 管腳功能表，如表 21 所示 表 21 DS18B20 管腳功能表 壓力傳感器 壓力傳感器芯片的性能受溫度的影響非常大，主要表現(xiàn)為零點(diǎn)和靈敏度隨溫度變化而發(fā)生漂移。如圖 23 所示DS18B20 引腳排列圖 圖 23 DS18B20 引腳排列圖 DS18B20 特性：只需要一個(gè)端口來(lái)進(jìn)行通訊；簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用；無(wú)需外部應(yīng)用；不需要接外部器件及電路； .能通過(guò)數(shù)據(jù)線作為電源線來(lái)進(jìn)行供電；無(wú)待機(jī)產(chǎn)生的功耗；測(cè)溫范圍－ 55～＋ 125℃，以 ℃為單位遞增； 溫度測(cè)量結(jié)果以 8 位數(shù)字量輸出；溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時(shí)間為 200ms（典型值）。 DS18B20 可以程序設(shè)定 912 位的分辨率，精度為 攝氏度。 溫度傳感器 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。 P3 口每一位能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 ②做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 P2 口每一位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存器（地址 90H）寫(xiě)入全 1，此時(shí) P1 引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。 （