单片机的锅炉液位控制系统
引言 5
背景 发展 5
一．设计方案 6
（一）.系统硬件设计的总体方案 6
（二）.系统设计的总体框图 6
二．主要芯片介绍 7
（一）.单片机STC89C52介绍 7
1．STC89C52单片机的外部引脚说明 7
（二）.芯片74LS164介绍 8
1. 74LS164的引脚图及引脚功能 8
2. 74LS164的真值表 9
3. 74LS164的时序图 9
（三）.ADC0809的介绍 9
1. ADC0809的逻辑结构 10
2. ADC0809 的通道选择 10
3. ADC0809的引脚图及各引脚作用 10
4. ADC0809的真值表 11
5. ADC0809的时序图 11
（四）.温度传感器DS18B20 12
1. DS18B20的内部结构及管脚图 12
2. DS18B20技术性能描述 12
3. DS18B20的温度处理过程 13
（五）.LED数码管显示 14
1. LED数码管显示器的结构 14
2. LED数码管显示器的显示段码 15
3. LED显示器的参数 15
三．锅炉液位控制的硬件设计 17
（一）. 键盘控制电路设计 17
（二）. 复位电路设计 17
（三）. 时钟电路的设计 17
1. 内部时钟方式 17
（四）. 显示电路的设计 18
1.静态显示 18
2.显 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
示电路的选择 18
（五）. 液位控制电路的设计 19
1. 液位控制电路的工作原理及液位控制状态图 19
2. 液位控制的控制电路 20
（六）. 测温电路及温度传感器的选择 21
1. 温度传感器的选择 21
2. 温度检测电路 21
四.软件设计 22
(一). 系统的软件设计 22
(二). 程序见附录一 22
小结 24
致谢 25
参考文献 26
附录一 程序 27
附录二 电路原理图 35
附录三 原理图清单 36
附录四 PCB线路图 38
引言
目前我国的燃煤锅炉数量众多，每年耗煤量占我国原煤产量的1/4，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用微机控制明显优势。
本文设计了一种基于单片机的锅炉液位控制系统，它以STC89C52单片机作为核心控制器，通过STC89C52单片机，温度传感器、压力传感器和模数转换器，数码管显示等硬件系统和软件设计方法实现具有液位检测报警和控制双重功能。
背景
目前我国的燃煤锅炉数量众多，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。国家统计局技术创新指南明确指出：开发高度自动化的需求，节能潜力，提高安全系数，减少污染，降低劳动强度，低价格的新的监测设备。需要煤5％或以上，厂房投资回报率在不到1年，3年或以下的采暖锅炉。如小链新的工业用锅炉设备和控制设备。因此，这个问题具有现实意义和良好的市场前景。锅炉微机控制，是近年来发展的一种新技术，它是微电脑的软件，硬件，自动化，节能锅炉的几个技术紧密结合的产物。因此，我想到了这个论文的设计 。
发展
目前，中国的单片机监控设备的研究，生产，应用，并取得了巨大的成功，总结出了很多经验。但在这个行业仍处于发展阶段。经过调查，北京，天津，大学，科研院所在这方面的工作更重要的是理论，算法，研究论文的结果更加看重在生产实际应用的少，在上海，新单芯片控制设备和系统的研发，生产相对强劲的基础上，在生产中需要新的监测和控制装置和系统，将努力研究和开发。因此，上海工程和科研人员需要的是应用技术，更重要的是生产的实际应用，研究的理论，算法，结果是论文数量较少，深圳在发展测量和控制设备的新领域，并系统也更多的结果虽然比起其他国家，开发商尚有距离，但深圳大学，科研院所，最重要的特征是实际的，实用的应用项目和生产问题无关，基本不考虑这里的工程和科研人员不关心理论，算法，论文，考虑是什么材料做的，控制数量是多少，有什么优势，机械设备，通讯接口等。目前,国内对锅炉液位控制的方法大体有以下几种：
（1）改进内模控制算法的方法。
（2）模糊控制方法。
上诉的控制方法仅是锅炉液位控制系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。
一．设计方案
系统硬件设计的总体方案及框图
（一）.系统硬件设计总体方案
系统的硬件结构主要包括：STC89C52RC、4个液位传感器、1个温度传感器DS18B20、逐次逼近式A/D换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向晶闸管Z0409MF等。此外，还有键盘／显示电路、报警输出电路等。（4个液位传感器用一个10K的电位器模拟，水泵的状态用3个发光二极管模拟。）它的工作流程如下：
开始，电位器每隔5s对水位进行采样，并输出0-5V模拟信号，再经A／D转换变成相应的数字信号，送入STC89C52单片机进行数据处理。单片机经运算后,与设定的液位值(下限液位H1、上限液位H2、下下限液位H3、上上限液位H4)依次进行比较：
若H1
若H2<=HX<=H4：则表示处于上限与上上限液位之间，停止水泵供水，水泵工作指示灯全灭；液位正常指示灯灭；
若HX<=H3：则表示达至下下限液位，水泵处于最大开度状态加水，三个工作指示灯全亮，并启动报警器报警；
若HX>=H4：则表示达至上上限液位，水泵处于全关状态，三个工作指示灯全灭，并启动报警器报警；
同时数字温度传感器DS18B20把采集到的温度值送到单片机中经处理后，通过74LS164驱动的静态数码管显示其采集到的温度值。压力传感器把采集到的数据经A/D0809转换之后送到单片机经过处理后，也通过数码管显示其压力值。在设计中有一个温度与压力值交替显示的按键，它可以按人们的意愿去选择显示温度值还是压力值。
（3）. 控制信号或与其它电源复用引脚
图2-2 74LS164的引脚图
CLEAR(9脚):高电平有效,低电平时使所有输出(Qa～Qh)是低电平。
Clock(8脚):上升沿输出移位，其余状态保持。
背景 发展 5
一．设计方案 6
（一）.系统硬件设计的总体方案 6
（二）.系统设计的总体框图 6
二．主要芯片介绍 7
（一）.单片机STC89C52介绍 7
1．STC89C52单片机的外部引脚说明 7
（二）.芯片74LS164介绍 8
1. 74LS164的引脚图及引脚功能 8
2. 74LS164的真值表 9
3. 74LS164的时序图 9
（三）.ADC0809的介绍 9
1. ADC0809的逻辑结构 10
2. ADC0809 的通道选择 10
3. ADC0809的引脚图及各引脚作用 10
4. ADC0809的真值表 11
5. ADC0809的时序图 11
（四）.温度传感器DS18B20 12
1. DS18B20的内部结构及管脚图 12
2. DS18B20技术性能描述 12
3. DS18B20的温度处理过程 13
（五）.LED数码管显示 14
1. LED数码管显示器的结构 14
2. LED数码管显示器的显示段码 15
3. LED显示器的参数 15
三．锅炉液位控制的硬件设计 17
（一）. 键盘控制电路设计 17
（二）. 复位电路设计 17
（三）. 时钟电路的设计 17
1. 内部时钟方式 17
（四）. 显示电路的设计 18
1.静态显示 18
2.显 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
示电路的选择 18
（五）. 液位控制电路的设计 19
1. 液位控制电路的工作原理及液位控制状态图 19
2. 液位控制的控制电路 20
（六）. 测温电路及温度传感器的选择 21
1. 温度传感器的选择 21
2. 温度检测电路 21
四.软件设计 22
(一). 系统的软件设计 22
(二). 程序见附录一 22
小结 24
致谢 25
参考文献 26
附录一 程序 27
附录二 电路原理图 35
附录三 原理图清单 36
附录四 PCB线路图 38
引言
目前我国的燃煤锅炉数量众多，每年耗煤量占我国原煤产量的1/4，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用微机控制明显优势。
本文设计了一种基于单片机的锅炉液位控制系统，它以STC89C52单片机作为核心控制器，通过STC89C52单片机，温度传感器、压力传感器和模数转换器，数码管显示等硬件系统和软件设计方法实现具有液位检测报警和控制双重功能。
背景
目前我国的燃煤锅炉数量众多，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。国家统计局技术创新指南明确指出：开发高度自动化的需求，节能潜力，提高安全系数，减少污染，降低劳动强度，低价格的新的监测设备。需要煤5％或以上，厂房投资回报率在不到1年，3年或以下的采暖锅炉。如小链新的工业用锅炉设备和控制设备。因此，这个问题具有现实意义和良好的市场前景。锅炉微机控制，是近年来发展的一种新技术，它是微电脑的软件，硬件，自动化，节能锅炉的几个技术紧密结合的产物。因此，我想到了这个论文的设计 。
发展
目前，中国的单片机监控设备的研究，生产，应用，并取得了巨大的成功，总结出了很多经验。但在这个行业仍处于发展阶段。经过调查，北京，天津，大学，科研院所在这方面的工作更重要的是理论，算法，研究论文的结果更加看重在生产实际应用的少，在上海，新单芯片控制设备和系统的研发，生产相对强劲的基础上，在生产中需要新的监测和控制装置和系统，将努力研究和开发。因此，上海工程和科研人员需要的是应用技术，更重要的是生产的实际应用，研究的理论，算法，结果是论文数量较少，深圳在发展测量和控制设备的新领域，并系统也更多的结果虽然比起其他国家，开发商尚有距离，但深圳大学，科研院所，最重要的特征是实际的，实用的应用项目和生产问题无关，基本不考虑这里的工程和科研人员不关心理论，算法，论文，考虑是什么材料做的，控制数量是多少，有什么优势，机械设备，通讯接口等。目前,国内对锅炉液位控制的方法大体有以下几种：
（1）改进内模控制算法的方法。
（2）模糊控制方法。
上诉的控制方法仅是锅炉液位控制系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。
一．设计方案
系统硬件设计的总体方案及框图
（一）.系统硬件设计总体方案
系统的硬件结构主要包括：STC89C52RC、4个液位传感器、1个温度传感器DS18B20、逐次逼近式A/D换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向晶闸管Z0409MF等。此外，还有键盘／显示电路、报警输出电路等。（4个液位传感器用一个10K的电位器模拟，水泵的状态用3个发光二极管模拟。）它的工作流程如下：
开始，电位器每隔5s对水位进行采样，并输出0-5V模拟信号，再经A／D转换变成相应的数字信号，送入STC89C52单片机进行数据处理。单片机经运算后,与设定的液位值(下限液位H1、上限液位H2、下下限液位H3、上上限液位H4)依次进行比较：
若H1
若H2<=HX<=H4：则表示处于上限与上上限液位之间，停止水泵供水，水泵工作指示灯全灭；液位正常指示灯灭；
若HX<=H3：则表示达至下下限液位，水泵处于最大开度状态加水，三个工作指示灯全亮，并启动报警器报警；
若HX>=H4：则表示达至上上限液位，水泵处于全关状态，三个工作指示灯全灭，并启动报警器报警；
同时数字温度传感器DS18B20把采集到的温度值送到单片机中经处理后，通过74LS164驱动的静态数码管显示其采集到的温度值。压力传感器把采集到的数据经A/D0809转换之后送到单片机经过处理后，也通过数码管显示其压力值。在设计中有一个温度与压力值交替显示的按键，它可以按人们的意愿去选择显示温度值还是压力值。
（3）. 控制信号或与其它电源复用引脚
图2-2 74LS164的引脚图
CLEAR(9脚):高电平有效,低电平时使所有输出(Qa～Qh)是低电平。
Clock(8脚):上升沿输出移位，其余状态保持。
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