过程控制系统课程设计--基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计

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1、1 绪论绪论 在科技高速发展的信息时代，电子技术、微型计算机技术的应用更是空前广 泛，伴随着科学技术和生产不断发展，需要对各种参数进行温度测量。在单片机 温度测量系统中最关键的是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是对工业 对象中主要的被控参数之一，因此单片机测量是对温度的有效的测量，并能在工 业生产中得到广泛应用。 本次课设所研究的课题是“基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计，主要 介绍了对热水锅炉的温度显示、控制及报警、实现了温度的实时显示及控制。锅 炉水温控制部分采用了 AT89S52 单片机、DS18B20 温度传感器以及步进电机来 实现，通过温度传感器 DS18B20 采集环境温度

2、，以单片机为核心控制部件将采 集到的温度通过串口通信 MAX232 输入到电脑中，在电脑中通过 C 语言编程来 控制单片机的工作方式，将程序下载到单片机中，通过设定温度与给定温度的比 较来控制电机的正反转来模拟升温和降温使系统工作在设定的温度范围之内， 当 温度高于设定值时，通过电机正转来模拟开大冷水阀，进而使水温降低；当温度 低于设定值时，通过电机反转来模拟关小冷水阀，进而使水温升高；直到在规定 的温度范围内进行恒温加热。 本次课设通过 Labview 来绘制人机交互界面设置温 度的上下限。并且通过该界面可以实时显示当前的温度值，发出报警信号等，便 于操作人员观察。 关键词：AT89S52

3、单片机 DS18B20 温度传感器 串口通讯 Labview 步进电机 2 一一 设计任务、要求和技术指标设计任务、要求和技术指标 1.1 设计任务 系统构成： 系统主要由温度传感器，单片机控制系统、锅炉温度对象、执行器（查找资料自 己选择）等组成。 温度传感器、 控制器、 执行器可查找资料自行选择， 控制器选择单片机为控制器。 单片机型号自选 写出温度测量与控制过程，绘制温度控制系统组成框图。 （1）系统硬件电路设计自选。 温度测量程序、温度校准程序、温度控制程序等部分组成。 1.2 主要技术指标 （1） 温度显示误差不超过 1。 （2） 温度显示范围为 099。 二、总体设计方案二、总体设

4、计方案 2.1 设计思路设计思路 本设计方案采用 AT89S52 单片机作为控制器，DS18B20 芯片作为温度传感 器，步进电机作为执行器构成过程控制系统，来模拟热水锅炉温度控制系统。通 过温度传感器 DS18B20 采集锅炉水温，以单片机为核心控制部件将采集到的温 度通过串口输入到电脑中，在电脑中通过 labview 组态软件来显示实时温度和设 置预置温度，并根据实时温度与预置温度的偏差大小控制进水阀门的开关，进而 达到调节锅灶水温的目的。当实时温度高于设定值时，通过电机正转来模拟开大 冷水阀，进而使水温降低；当温度低于设定值时，通过电机反转来模拟关小冷水 阀，进而使水温升高；直到在规定的

5、温度范围内进行恒温加热。本次课设通过 Labview 来绘制人机交互界面，设置所需温度值。 2.2 系统总体框图系统总体框图 3 2.3 系统框图 三、三、控制器控制器 AT89S52 3.1 AT89S52 简介简介 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可 程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工 业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可 编程亦适于常规编程器在单芯片上拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统

6、提供高灵活、超有效的解 决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash、256 字节 RAM、32 位 I/O 口线、看门狗定时器，2 个 数据指针、三个 16 位 定时器/计数器、一个 6 向量 2 级中断结构、全双工 串行口，片内晶振及时钟电路。另外 AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作， 上位机 MAX232 电平转换 芯片 AT89S52 越限报警 DS18B20 温度芯片 数据传输 步进电机 数据显示 ULN2003 4 支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作允许 RAM、定时 器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存振荡 器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。电路 图如下： 四、四、传感器传感器 DS18B20 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感 器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实 际要求通过简单的编程实现 9-12 位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如 下