【正文】 一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。74HC164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。圖 DS18B20 的接線圖如圖 所示，DS18B20 溫度傳感器的 1 腳接地，2 腳作為信號線，與 AT89S51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。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計算，當減法計數(shù)器1 的預置數(shù)減到 0 時，溫度寄存器的值加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的是數(shù)值就是所測溫度值。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(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。DS18B20 的測溫原理描述如下。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。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。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。高速暫存 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器，其結構如圖 示。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。DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 所示。在 0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。圖 DS18B20 的內部結構框圖正因為 DS18B20 有如上的優(yōu)點，在本系統(tǒng)中采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度。 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。同AT89S51DS18B20水位電極SSR 加熱電阻電磁閥顯示電路鍵盤電路報警電路繼電器6樣，在實現(xiàn)液位控制時，也沒有使用 D/A，而是直接外接繼電器，通過控制繼電器的吸合控制電磁閥的通斷。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。單片機根據(jù)水位信號，通過 I/O 口對電磁閥進行控制，從而實現(xiàn)對水位的控制。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。從圖上能看出，溫度控制單元采用 DS18B20 作為溫度采集元件，該元件的輸出為數(shù)字信號，所以能直接送入單片機，而不需要 A/D 轉換模塊。52 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。本文需要完成以下工作：詳細分析課題任務，設計電源電路，鍵盤電路，單片機系統(tǒng)，顯示電路，執(zhí)行器電路，報警電路等系統(tǒng)。 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。由于電加熱鍋爐是一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點的控制對象 [3]，很難用數(shù)學方法建立精確的數(shù)學模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達到很好的控制效果。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(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。根據(jù)偏差的比例（P） 、積分（I） 、微分（D）進行控制（簡稱 PID 控制） ，是控4制系統(tǒng)中應用最為廣泛的一種控制規(guī)律 [2]。（6） 可采用計算機監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化。由于加入元件工作由外部電氣開關控制，所以鍋爐啟停速度快，通過控制各加熱元件的開關，可以在很大范圍內調節(jié)運行負荷，調節(jié)操作迅速、簡單。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。電加熱鍋爐本體結構非常簡單，不需要布置管路，沒有燃燒室，沒有煙道，故而不會出現(xiàn)燃煤、燃氣、燃油鍋爐存在的爆炸和泄漏的危險。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。由于采用電加熱方式，電能直接轉換為熱能，不需要采用燃燒的方式將化學能轉換為熱能，因此就不會排放出有害氣體及飛灰，不會產(chǎn)生灰渣，完全符合環(huán)保方面的要求，更適合安放在人口密集的生活區(qū)和辦公區(qū)。 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。關鍵詞：電熱鍋爐；AT89S51 單片機；DS18B20 溫度芯片；溫度控制；水位控制；PID 控制2The design of temperature and waterlevel control system of electric boilerAbstract：Electric water boiler has been widely used in every kinds of industrial control，such as metallurgy, chemical industry, machinery etc.. It is environmentally friendly, efficient, small size and so on. So it is very necessary to study the control system of electric water boiler. This paper introduces the working principle and design method of the temperature and liquid level control system which is based on AT89S51 MCU. Temperature signal collected by DS18B20 temperature chip is transmitted to the MCU in the form digital signal. The water signal collected by electric contact sensor, is transmitted to the MCU in switch forms. In this paper, the control system hardware part includes temperature sensing circuit, temperature control circuit, the water level detection circuit, the water level control circuit and other microcontroller interface circuit. The paper also introduces the software part, which uses the modular structure in programming. Software part is divided into three main parts: the main program, the keyboard interrupt and key processes program, To interrupt program. Some other subroutines include: temperature signal processing, digital control program, PID process procedures. Finally, with MATLAB and the approximate mathematical model of electric boilers, the temperature control system is simulated.Keywords: Electric Water Boiler, AT89S51 MCU, DS18B20 Temperature Chip, Temperature Control, Waterlevel Control, PID Control.31 緒論 電熱鍋爐的應用背景及其控制理論的發(fā)展 根據(jù)國內實際情況和環(huán)保上的考慮和要求，燃煤鍋爐由于污染并且效率不高，已經(jīng)逐漸被淘汰；燃油和燃氣鍋爐也存在著燃料供應部方便和安全性等問題。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。文中還介紹了軟件設計部分，在這里采用模塊化結構編程。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。因此對電熱鍋爐控制系統(tǒng)的研究就顯得十分有必要。目 錄中文摘要 ...............................................................1英文摘 要 ...............................................................21 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 ..................................................42 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 ...............................................153 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 ....