msp430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计
摘 要随着科技的发展和人们生活水平的提高,人们对电开水炉提出了新的要求,比如控制智能化、节能化,电开水炉节能控制装置系统应运而生。同时,新型节能的电开水炉日趋成熟,也推进了电开水炉节能控制装置的发展。本文设计了绿色、健康、节能的电开水炉节能控制装置控制方法。本设计基于以人为本的理念提出了电开水炉节能控制装置系统的设计方案,从系统的总体结构到各个模块的设计方法,都进行了具体的描述。本设计采用IAR编程软件和C语言进行编程。主程序主要由温度采集、数据显示、按键处理等构成。最后,论文进行了个工作总结。
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能控制系统研究段发展现状 1
1.2国内外研究与发展现状 1
1.3控制装置设计方框图 2
1.4论文结构介绍 2
第二章 系统硬件设计 3
2.1单片机最小系统硬件原理介绍 3
2.2 供电电路设计 5
2.3 CH340 下载电路 5
2.4 LED电路设计 6
2.5 继电器控制电路 7
2.6 DS18B20温度测量电路 8
2.7 5110 显示电路连接图 9
2.8 硬件抗干扰设计 9
2.9 硬件硬件调试 9
第三章 系统软件设计 11
3.1 软件开发环境 11
3.2 软件设计流程 11
3.3 DS18B20软件设计 13
3.4无延迟按键程序设计 13
3.5 显示模块软件设计 15
3.6 软件抗干扰设计 17
第四章 软件调试 18
4.1 实验调试方法 18
4.2 试验结果 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1智能控制系统研究段发展现状
我国对开水锅炉控制主要以煤炭为主要燃料，煤燃烧后产生的废气废物对环境造成严重污染。为减轻环境污染问题，西方国家在20世纪70年代后期到80年代初期就已经开始研究设计电热锅炉，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
而中国在80年代中期才开始设计电热锅炉产品，较西方国家起步较晚。但在传统的开水锅炉控制中，大部分采用传统控制方式即继电器—接触器控制方式，甚至在相对不重要的控制场合还采用人工控制。这使得整个控制系统可调节精度差，自动化程度低，难以适应当今高效、节能、劳动强度低的要求。因此，对这种控制系统进行改造是迫在眉睫，顺应时代发展潮流的。
目前，我国传统的开水锅炉控制以煤为主要燃料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一。使用以煤为主要燃料的锅炉，其产生的废料对环境造成极大的污染，有悖于节能与环保的主题。随着电力工业的发展，用电加热控制的锅炉逐渐兴起。自20世纪90年代，可编程控制器PLC、单片机出现并发展迅速。随着智能控制算法逐渐应用于锅炉控制，电锅炉控制逐渐实现智能优化控制。其先进的工作模式，实现了自动化控制，减轻了环境污染。
本设计旨在解决传统开水炉控制中存在的能耗大、控制精度低等问题，设计了基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置。采用单片机作为核心控制部件。其体积小，功能强大，经济性好，使得整个控制系统的控制精度也大大提高。同时，该设计利用电力作为能源，可自由设定电开水炉的开关时间，进而达到节能的目的。
1.2国内外研究与发展现状
电开水炉是将电能转化为热能的电力设备，因为其使用清洁能源—电能作为原料，属于绿色环保产品。其使用过程中不产生常规燃煤锅炉使用时所产生的废气废料等污染，符合当今社会节能与环保的主题。电开水炉具有体积小、安装便利、自动化程度高、低污染、低功耗、热效率高达98%以上等特点，因此得到了广泛的应用。
国内对电热水炉的控制研究比较成熟的企业有上海杜比公司等。另外随着科技不断发展，出现了很多智能电热水炉控制系统。国内的一些科研院校和企业对此进行了研究。比如清华大学动力工程与控制学院采用“一控四”的方案，对亚运村北辰供热厂热水锅炉进行改造开发。国外的电锅炉品牌中，运行效果最好的是美国的白浪电锅炉。该设备操作简单，安装方便，体积小，占地面积小。而且功能强大，具有预设功能，多时段控温功能等，可以实现经济运行的目的。
1.3控制装置设计方框图
智能控装置的硬件电路主要由温度采集模块、按键设定模块、显示模块、单片机控制电路、继电器驱动模块等组成，该装置的组成如图11所示。
图11 控制装置结构图
工作时温度采集模块主要是负责温度信息，温度采集模块主要有DS18B20组成，通过单总线模式实现温度的采集。按键模块，主要是用户设定开始加热的时间和结束时间，显示模块主要是对当前温度和时间进行显示，继电器模块主要是对系铜加热部分进行控制，实现通过控制通断电实现加热和非加热。
1.4论文结构介绍
本文的主要内容分为以下几个部分：
第二章详细介绍了基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计的硬件设计。
第三章对基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计灯的简单介绍。
最后一章对该设计原理以及实践进行总结。
第二章 系统硬件设计
在本节中，我们将具体介绍基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计统的硬件原理。在该设计中，系统通过5V USB电源进行系统供电，通过温度采集电路采集当前水温，通过按键实现系统人机交互，通过5110实现系统的信息显示和时间显示。其硬件设计包括：温度采集电路的设计、显示部分硬件设计、单片机程序下载电路的设计、系统电源设计以及单片机最小系统设计，本节将具体介绍以下几个部分。
2.1单片机最小系统硬件原理介绍
在基于MSP430单片机的智能交通系统设计中，单片机负责系统温度数据采集、系统人机交互案件人物、系统限时任务、系统继电器控制任务，其最小系统硬件原理如图21所示。
图 21 单片机系统硬件图
单片机的DVSS和AVSS管脚分别是单片机的数字GND和模拟GND，在该系统中，由于系统的模拟地和数字地不存在相互干扰的情况，所以在该系统中将数字地和模拟地连接在一起。DVCC和AVCC分别是单片机模拟电路和数字电路供电的正电源端，该系统中采用3.3V供电，加一个10uF的滤波电容进行对电源滤波，滤出其电源干扰杂波。该系统的单片机由两个晶振电路，分别是XIN/XOUT和XT2IN/XOUT2，其中XIN/XOUT接外部时钟晶振32.768KHZ的外部晶振，通过两个22pf的电容给系统提供32.768khz的系统时钟，单片机可通过内部倍频电路进行倍频后使用。XT2IN/XOUT2RST接外部时钟晶振8 MHZ的外部晶振，通过两个22pf的电容给系统提供8 Mhz的系统时钟，单片机可通过内部倍频电路进行倍频后使用，系统可以通过选择内部始终控制寄存器选择使用哪个外部时钟源。RST是单片机的复位管脚，该管脚接低电平有效，当系统检测到该管脚有低电平以后，系统自动复位。RST复位电路其硬件电路如图22所示。
图 22 单片机系统复位硬件图
目 录
第一章 绪论 1
1.1智能控制系统研究段发展现状 1
1.2国内外研究与发展现状 1
1.3控制装置设计方框图 2
1.4论文结构介绍 2
第二章 系统硬件设计 3
2.1单片机最小系统硬件原理介绍 3
2.2 供电电路设计 5
2.3 CH340 下载电路 5
2.4 LED电路设计 6
2.5 继电器控制电路 7
2.6 DS18B20温度测量电路 8
2.7 5110 显示电路连接图 9
2.8 硬件抗干扰设计 9
2.9 硬件硬件调试 9
第三章 系统软件设计 11
3.1 软件开发环境 11
3.2 软件设计流程 11
3.3 DS18B20软件设计 13
3.4无延迟按键程序设计 13
3.5 显示模块软件设计 15
3.6 软件抗干扰设计 17
第四章 软件调试 18
4.1 实验调试方法 18
4.2 试验结果 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1智能控制系统研究段发展现状
我国对开水锅炉控制主要以煤炭为主要燃料，煤燃烧后产生的废气废物对环境造成严重污染。为减轻环境污染问题，西方国家在20世纪70年代后期到80年代初期就已经开始研究设计电热锅炉，
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而中国在80年代中期才开始设计电热锅炉产品，较西方国家起步较晚。但在传统的开水锅炉控制中，大部分采用传统控制方式即继电器—接触器控制方式，甚至在相对不重要的控制场合还采用人工控制。这使得整个控制系统可调节精度差，自动化程度低，难以适应当今高效、节能、劳动强度低的要求。因此，对这种控制系统进行改造是迫在眉睫，顺应时代发展潮流的。
目前，我国传统的开水锅炉控制以煤为主要燃料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一。使用以煤为主要燃料的锅炉，其产生的废料对环境造成极大的污染，有悖于节能与环保的主题。随着电力工业的发展，用电加热控制的锅炉逐渐兴起。自20世纪90年代，可编程控制器PLC、单片机出现并发展迅速。随着智能控制算法逐渐应用于锅炉控制，电锅炉控制逐渐实现智能优化控制。其先进的工作模式，实现了自动化控制，减轻了环境污染。
本设计旨在解决传统开水炉控制中存在的能耗大、控制精度低等问题，设计了基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置。采用单片机作为核心控制部件。其体积小，功能强大，经济性好，使得整个控制系统的控制精度也大大提高。同时，该设计利用电力作为能源，可自由设定电开水炉的开关时间，进而达到节能的目的。
1.2国内外研究与发展现状
电开水炉是将电能转化为热能的电力设备，因为其使用清洁能源—电能作为原料，属于绿色环保产品。其使用过程中不产生常规燃煤锅炉使用时所产生的废气废料等污染，符合当今社会节能与环保的主题。电开水炉具有体积小、安装便利、自动化程度高、低污染、低功耗、热效率高达98%以上等特点，因此得到了广泛的应用。
国内对电热水炉的控制研究比较成熟的企业有上海杜比公司等。另外随着科技不断发展，出现了很多智能电热水炉控制系统。国内的一些科研院校和企业对此进行了研究。比如清华大学动力工程与控制学院采用“一控四”的方案，对亚运村北辰供热厂热水锅炉进行改造开发。国外的电锅炉品牌中，运行效果最好的是美国的白浪电锅炉。该设备操作简单，安装方便，体积小，占地面积小。而且功能强大，具有预设功能，多时段控温功能等，可以实现经济运行的目的。
1.3控制装置设计方框图
智能控装置的硬件电路主要由温度采集模块、按键设定模块、显示模块、单片机控制电路、继电器驱动模块等组成，该装置的组成如图11所示。
图11 控制装置结构图
工作时温度采集模块主要是负责温度信息，温度采集模块主要有DS18B20组成，通过单总线模式实现温度的采集。按键模块，主要是用户设定开始加热的时间和结束时间，显示模块主要是对当前温度和时间进行显示，继电器模块主要是对系铜加热部分进行控制，实现通过控制通断电实现加热和非加热。
1.4论文结构介绍
本文的主要内容分为以下几个部分：
第二章详细介绍了基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计的硬件设计。
第三章对基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计灯的简单介绍。
最后一章对该设计原理以及实践进行总结。
第二章 系统硬件设计
在本节中，我们将具体介绍基于MSP430单片机的电开水炉节能控制装置的软件设计统的硬件原理。在该设计中，系统通过5V USB电源进行系统供电，通过温度采集电路采集当前水温，通过按键实现系统人机交互，通过5110实现系统的信息显示和时间显示。其硬件设计包括：温度采集电路的设计、显示部分硬件设计、单片机程序下载电路的设计、系统电源设计以及单片机最小系统设计，本节将具体介绍以下几个部分。
2.1单片机最小系统硬件原理介绍
在基于MSP430单片机的智能交通系统设计中，单片机负责系统温度数据采集、系统人机交互案件人物、系统限时任务、系统继电器控制任务，其最小系统硬件原理如图21所示。
图 21 单片机系统硬件图
单片机的DVSS和AVSS管脚分别是单片机的数字GND和模拟GND，在该系统中，由于系统的模拟地和数字地不存在相互干扰的情况，所以在该系统中将数字地和模拟地连接在一起。DVCC和AVCC分别是单片机模拟电路和数字电路供电的正电源端，该系统中采用3.3V供电，加一个10uF的滤波电容进行对电源滤波，滤出其电源干扰杂波。该系统的单片机由两个晶振电路，分别是XIN/XOUT和XT2IN/XOUT2，其中XIN/XOUT接外部时钟晶振32.768KHZ的外部晶振，通过两个22pf的电容给系统提供32.768khz的系统时钟，单片机可通过内部倍频电路进行倍频后使用。XT2IN/XOUT2RST接外部时钟晶振8 MHZ的外部晶振，通过两个22pf的电容给系统提供8 Mhz的系统时钟，单片机可通过内部倍频电路进行倍频后使用，系统可以通过选择内部始终控制寄存器选择使用哪个外部时钟源。RST是单片机的复位管脚，该管脚接低电平有效，当系统检测到该管脚有低电平以后，系统自动复位。RST复位电路其硬件电路如图22所示。
图 22 单片机系统复位硬件图
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