基于AT89C52單片機(jī)的鍋爐恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近些年來(lái)，溫度控制在生活和工業(yè)生產(chǎn)方面廣泛應(yīng)用，在這些領(lǐng)域中，可以看到溫度控制是較為常見(jiàn)的控制。為了防止鍋爐超溫超壓造成爆炸事故，它也是保障鍋爐安全運(yùn)行的重要因素之一，所以溫度控制中的恒溫控制就更為重要了。因此，現(xiàn)在越來(lái)越多的人對(duì)一些設(shè)備的恒溫控制有了更多的研究，由此利用溫度傳感器把鍋爐溫度信號(hào)傳給單片機(jī)，用PID算法控制溫度，達(dá)到恒溫的目的。本課題采用Protues進(jìn)行仿真模擬同時(shí)制作實(shí)物進(jìn)行研究，使用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行溫度控制，鍋爐內(nèi)的溫度讀取使用溫度傳感器可以達(dá)到最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，鍋爐內(nèi)的水溫使用按鍵來(lái)進(jìn)行設(shè)定，鍋爐內(nèi)的水溫使用內(nèi)部加熱棒進(jìn)行加熱，使用PID控制方式，從而完成對(duì)鍋爐溫度的控制。用LCD1602液晶來(lái)顯示當(dāng)前的溫度和設(shè)定溫度。通過(guò)對(duì)仿真模擬和實(shí)物測(cè)試的結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐的恒溫控制功能。關(guān)鍵字:溫度控制；PID控制；溫度檢測(cè)；鍋爐控制；LCD顯示目錄TOC\o"1-2"\h\u緒論 11鍋爐恒溫控制系統(tǒng)總體概述 21.1鍋爐恒溫控制系統(tǒng)的工作原理 21.2鍋爐恒溫控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 22鍋爐恒溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 42.1AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.2加熱電路設(shè)計(jì) 62.3溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 62.4液晶顯示電路設(shè)計(jì) 72.5按鍵電路電路設(shè)計(jì) 83系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 103.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 103.2溫度控制程序設(shè)計(jì) 103.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 123.4按鍵輸入子程序設(shè)計(jì) 133.5PID控制子程序設(shè)計(jì) 134系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 15總結(jié)與展望 16參考文獻(xiàn) 17附錄一、電路原理圖 18附錄二、程序源碼 19緒論鍋爐溫度有多種控制系統(tǒng)，分別有位式控制、PID控制、在線非接觸式溫度控制方式等。下面對(duì)鍋爐溫度控制方式進(jìn)行介紹：（1）位式控制:這種控制方法簡(jiǎn)單可靠，適合用于傳導(dǎo)型或?qū)α餍图訜岬腻仩t，位式控制的工作原理是當(dāng)設(shè)定溫度小于實(shí)際溫度時(shí)，關(guān)閉加熱器，當(dāng)設(shè)定溫度大于實(shí)際溫度時(shí)，打開(kāi)加熱器，這種控制系統(tǒng)可以使溫度能在設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行上下浮動(dòng)。（2）PID控制:PID控制是在當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載變化較大的情況時(shí)，可以使系統(tǒng)維持一個(gè)穩(wěn)定的控制值，使用一個(gè)或者更多的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)PD/PI控制，在溫度還未發(fā)生變化時(shí)就能及時(shí)地調(diào)整控制量,確保溫度的穩(wěn)定，相比較更適合本課題的研究。（3）在線非接觸式溫度控制:它主要應(yīng)用于在線檢測(cè)和控制具有運(yùn)動(dòng)特性的工藝溫度過(guò)程，如控制滾動(dòng)物體、移動(dòng)物體的工作溫度等其他場(chǎng)合。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于鍋爐溫度控制系統(tǒng)的在很早就開(kāi)始了。在鍋爐溫度控制系統(tǒng)的研究史中，美國(guó)是最早投入科學(xué)研究的國(guó)家，溫度控制系統(tǒng)的原理是將鍋爐溫度控制系統(tǒng)通過(guò)溫度反饋實(shí)現(xiàn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)；有一種智能鍋爐溫度控制系統(tǒng)是日本研究出來(lái)的，它是在溫度控制系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用中，通過(guò)多變量輸出和多變量輸入實(shí)現(xiàn)線性系統(tǒng)；德國(guó)研制了基于PLC的預(yù)埋總線與集中控制的技術(shù)的溫度控制方案，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度控制，但由于系統(tǒng)復(fù)雜且成本比較高，無(wú)法進(jìn)行推廣。國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐溫度控制研究比較滯后，操作性能與使用性差不便于產(chǎn)品進(jìn)行推廣或擴(kuò)充，不能實(shí)現(xiàn)較好的控制效果。我國(guó)對(duì)于鍋爐溫度控制的研究方面也是比較重視的，并取得了一定的成就，但是我國(guó)的鍋爐溫度控制與發(fā)達(dá)國(guó)家的鍋爐溫度控制相比還是有一定的差距。我國(guó)現(xiàn)在正在培養(yǎng)和引進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的人才，加大對(duì)溫度控制的研發(fā)的支持力度，提高技術(shù)水平，研發(fā)國(guó)產(chǎn)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。1鍋爐恒溫控制系統(tǒng)總體概述鍋爐恒溫控制系統(tǒng)的工作原理鍋爐恒溫控制主要在生活、工業(yè)的安全和使用方便等具體方面有所體現(xiàn)，對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)，安全是第一位的是最最重要的因素，鍋爐安全平穩(wěn)地運(yùn)行當(dāng)然要通過(guò)溫度來(lái)進(jìn)行保障。溫度控制滯后性嚴(yán)重，所以在選擇控制算法的時(shí)候可采用PID控制，它可以較好地消除偏差，適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大控制速度?？刂破鞯倪x擇有很多種，我這里選擇單片機(jī)進(jìn)行控制，鍋爐溫度信號(hào)傳給單片機(jī)是用溫度傳感器來(lái)完成的，讓設(shè)定值與當(dāng)前值進(jìn)行比較之后再根據(jù)PID算法自調(diào)整得到的信號(hào)反饋給控制器，通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱調(diào)節(jié)，反復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到恒溫控制的要求。這里需要完成恒溫控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)還要進(jìn)行仿真測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證。1.2鍋爐恒溫控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)本課題采用的是AT89C52單片機(jī)運(yùn)行溫度控制程序，整個(gè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)由溫度檢測(cè)模塊、按鍵輸入模塊、加熱模塊和顯示模塊構(gòu)成。其中溫度檢測(cè)模塊使用DS18B20溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)的溫度讀取。按鍵模塊可以設(shè)定當(dāng)前鍋爐內(nèi)的水溫，加熱模塊主要由加熱鍋爐實(shí)現(xiàn)，通過(guò)內(nèi)部加熱絲進(jìn)行加熱，加熱的控制量由溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行反饋，結(jié)合PID控制，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的控制。顯示模塊的作用是來(lái)顯示設(shè)定的溫度和實(shí)際的溫度，在這里，我選用的LCD1602液晶顯示器。其系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。圖SEQ圖\*ARABIC1系統(tǒng)框圖單片機(jī)采用的是AT89C52芯片來(lái)做控制器，它是基于MSC-51內(nèi)核，是由AT公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)，內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)到24Mhz，最低運(yùn)行頻率可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核時(shí)鐘停止，外設(shè)停止運(yùn)行。AT89C52可通過(guò)寄存器配置其工作方式和運(yùn)行模式等。PID算法運(yùn)用比例、積分、微分算法，可以通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)對(duì)回路中的偏差進(jìn)行一定的處理，把運(yùn)算出來(lái)的結(jié)果作為信號(hào)形式送給執(zhí)行器，讓執(zhí)行器進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，讓測(cè)量值較穩(wěn)定地保持在設(shè)定值周?chē)?，由此?shí)現(xiàn)對(duì)某一參數(shù)控制的功能。PID控制的選擇：（1）PI（比例積分控制）：此控制方式可以根據(jù)時(shí)間的增多來(lái)控制，由此可以做到減小或消除靜差，因此它的缺點(diǎn)是有可能會(huì)出現(xiàn)控制作用較緩慢，控制不及時(shí)的現(xiàn)象。（2）PD（比例微分控制）：此控制方式在一定的條件下，既可以提高控制質(zhì)量，也可以增加控制速度，此外還具備減小偏差和控制時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，適用于容量滯后較大的對(duì)象。（3）PID（比例積分微分控制）：它集結(jié)了三部分的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)分別為控制速度快，可以消除余差，具備較好的控制性能。綜上所述，選擇PID控制為最佳控制方式。2鍋爐恒溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是保證CPU運(yùn)行程序的最小設(shè)計(jì)單元，任何處理器都需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的芯片最小系統(tǒng)，確保CPU進(jìn)行正常的運(yùn)行，這些電路是保證CPU運(yùn)行的最小電路。AT89C52單片機(jī)的最小電路設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)明，需要設(shè)計(jì)外圍的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。時(shí)鐘電路主要是為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，為單片機(jī)內(nèi)的核心和外設(shè)提供時(shí)間基準(zhǔn)，保證指令正常執(zhí)行；復(fù)位電路使內(nèi)部的SP指針、PC指針和中斷復(fù)位，也可以在系統(tǒng)異常工作后實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位，重新運(yùn)行程序。下面對(duì)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)的闡述:時(shí)鐘電路又稱晶振電路，本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)使用的時(shí)鐘電路如圖2所示，電路設(shè)計(jì)中電容C2和C3是幫助石英晶體進(jìn)行正常起振，要想讓電容可以在電路中正常工作，電容的容值需要在20-70pf范圍之內(nèi)進(jìn)行選擇，在本次設(shè)計(jì)中實(shí)際使用的是22pf電容。電容C2的一個(gè)引腳連接到晶振的引腳，另一個(gè)引腳連接到GND上；C3的兩個(gè)引腳，一個(gè)引腳連接到晶振的引腳，另一個(gè)引腳連接到GND上。晶振的輸出端連接第18和19腳（XTAL1和XTAL2引腳），從18/19引腳進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)輸入。石英晶振產(chǎn)生的振蕩信號(hào)十分微弱，極易受到外部電路和環(huán)境的影響，因此在電路布局中晶振電路要盡量靠近單片機(jī)的第18、19引腳，避免出現(xiàn)電磁干擾。圖SEQ圖\*ARABIC2時(shí)鐘電路原理圖復(fù)位電路在單片機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)試、運(yùn)行和抗干擾等方面具有重要的作用。對(duì)于復(fù)位電路可以采用專用的復(fù)位芯片，如MAX809，也可以由其他電阻電容構(gòu)成復(fù)位電路。結(jié)合實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)使用的復(fù)位電路（阻容復(fù)位）電路，是由電阻和電容構(gòu)成的。阻容復(fù)位電路是常用的復(fù)位電路，它具備了元件少、工作穩(wěn)定、復(fù)位可靠性高的三個(gè)性能，如圖3所示。電容C1是充放電電容，其中一端連接電源，另外一端連接電阻R9，R9的另外一端連接地線，電容和電阻的連接抽頭連接單片機(jī)的第9腳RST引腳。電路的運(yùn)行原理:當(dāng)給電路通上電時(shí)，其中電阻R9作為充電電阻，電容C1開(kāi)始充電，這時(shí)侯RST端為高電平，當(dāng)電容充滿電以后，電容為斷路狀態(tài)，RST引腳變?yōu)榈碗娖讲⒈３之?dāng)時(shí)狀態(tài)，由此在RST引腳上就形成了高脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。當(dāng)復(fù)位的高脈沖周期大于單片機(jī)的2個(gè)時(shí)鐘周期，觸發(fā)單片機(jī)復(fù)位。電容C1充放電公式為t=RCLn[E/(E-Vt)]，電容充滿電所需要的時(shí)間t=2RC，即電容和電阻的值需要滿足t>2，本設(shè)計(jì)選用的電容的容值為10uf，電阻的阻值為10k，這種參數(shù)選擇滿足系統(tǒng)的復(fù)位時(shí)間。圖SEQ圖\*ARABIC3復(fù)位電路原理圖復(fù)位電路中并聯(lián)一個(gè)輕觸按鍵，用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能，在程序進(jìn)行調(diào)試時(shí)候，出現(xiàn)調(diào)試問(wèn)題，可以直接進(jìn)行復(fù)位，方便調(diào)試。按鍵復(fù)位的原理為:按下按鍵之后，RST引腳直接連接到VCC上，狀態(tài)為高電平，松開(kāi)按鍵之后，通過(guò)電阻將RST信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低電平，按鍵的按下時(shí)間一般都是百毫秒級(jí)別的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間要求，由此實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)復(fù)位功能。時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和單片機(jī)構(gòu)成了最小系統(tǒng)，可以運(yùn)行內(nèi)部ROM存儲(chǔ)器的程序，最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖4所示。圖SEQ圖\*ARABIC4最小系統(tǒng)原理圖2.2加熱電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用直流5V繼電器,繼電器的作用是控制加熱絲進(jìn)行加熱，繼電器是一種單片機(jī)控制強(qiáng)電系統(tǒng)的元件，實(shí)現(xiàn)高電壓系統(tǒng)控制，并且使強(qiáng)電和弱電隔離，保護(hù)電路，電器是弱電控制強(qiáng)電的電子元件，本設(shè)計(jì)是單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器，通過(guò)繼電器控制強(qiáng)電器件，電路圖如圖5。驅(qū)動(dòng)電路是三極管放大開(kāi)關(guān)電路，圖中是S8050型三極管，限流電阻R1串聯(lián)在單片機(jī)P3.4口和三極管的基極之間，實(shí)現(xiàn)限流作用。三極管的射極、繼電器內(nèi)部電磁線圈、電源VCC通過(guò)串接方式連接在一起，三極管的集電極與系統(tǒng)的GND連接。繼電器內(nèi)部銜鐵隔離開(kāi)關(guān)，當(dāng)線圈未通電時(shí)，觸點(diǎn)K1與常閉觸點(diǎn)連接，當(dāng)線圈通電時(shí)，觸點(diǎn)K1與常開(kāi)觸點(diǎn)連接。此電路圖的工作原理為：當(dāng)單片機(jī)的IO口的正常輸出為低電平時(shí)，即三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，該系統(tǒng)工作時(shí)繼電器通電；反之，單片機(jī)的IO口輸出為高電平，即三極管為截止?fàn)顟B(tài)，繼電器停止工作，系統(tǒng)停止加熱工作。因?yàn)槔^電器為塑封外殼，表面看不到其工作狀態(tài)，LED1和R2夠成了發(fā)光二極管電路，實(shí)現(xiàn)繼電器工作指示。圖SEQ圖\*ARABIC5模擬加熱鍋爐電路圖2.3溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)DS18B20是一種常用的能夠采集當(dāng)前環(huán)境溫度信息的數(shù)字式溫度探頭，在調(diào)整好PID最佳參數(shù)的情況下，這款溫度傳感器的誤差可達(dá)到0.001℃。DS18B20內(nèi)部具有一個(gè)溫度敏感電阻和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換器的精度為12位，且具有溫度補(bǔ)償電路和溫度寄存器，能夠適應(yīng)大多數(shù)測(cè)溫應(yīng)用。溫度傳感器DS18B20具有三個(gè)功能引腳，其中第1、3引腳為電源引腳使用2-5.5V電壓供電，分別連接電源正負(fù)極。第2引腳為數(shù)據(jù)輸入輸出的通信引腳，通過(guò)這3個(gè)引腳可以訪問(wèn)內(nèi)部ROM區(qū)，讀取傳感器的狀態(tài)和溫度數(shù)據(jù)。在本次設(shè)計(jì)中DS18B20的數(shù)據(jù)引腳連接單片機(jī)的P2.5口，作用是通過(guò)這個(gè)引腳讀取溫度數(shù)據(jù)。原則上，在通信數(shù)據(jù)線上加入一個(gè)上拉電阻R5，其阻值為10K歐姆，這樣保證單總線驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，讀取數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，溫度采集電路如圖6。圖SEQ圖\*ARABIC6溫度采集電路圖2.4液晶顯示電路設(shè)計(jì)LCD1602顯示器是一種薄膜晶體顯示器，通過(guò)薄膜液晶控制方式進(jìn)行顯示字符，液晶的工作情況可以在單片機(jī)的控制下顯示指定的文字。LCD1602型顯示器的主要參數(shù)有：（1）顯示字符的數(shù)量：液晶顯示器可以顯示2行32個(gè)字符。（2）顯示器具有16個(gè)對(duì)外接口，可以通過(guò)8線或者4線形式進(jìn)行控制。（3）顯示器的大小為：2.95×4.35(長(zhǎng)×寬)mm。液晶顯示器是一款具有16個(gè)對(duì)應(yīng)的引腳功能的器件，表1為引腳功能的具體介紹。表SEQ表\*ARABIC1LCD1602引腳接口說(shuō)明LCD1602外圍電路設(shè)計(jì)如圖7所示，液晶顯示器的供電電源和LED背光電源使用的就是5V供電電源。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的P0.0-P0.7一組IO口并口連接LCD1602的8位數(shù)據(jù)并口，它的作用是進(jìn)行傳輸命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2三個(gè)引腳分別連接液晶顯示器的E、RW和RS三個(gè)控制端口，用于控制通信時(shí)序過(guò)程，通信過(guò)程在軟件部分進(jìn)行詳細(xì)描述。LCD1602的VO接口連接單片機(jī)的P2.3,，實(shí)現(xiàn)LCD1602顯示器對(duì)比度調(diào)節(jié)。圖SEQ圖\*ARABIC7LCD1602電路原理圖2.5按鍵電路電路設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需求，本設(shè)計(jì)用4個(gè)按鍵，對(duì)系統(tǒng)溫度設(shè)定和PID參數(shù)的調(diào)節(jié)，4個(gè)按鍵功能是溫度設(shè)定+、溫度設(shè)定-、控制參數(shù)P+和控制參數(shù)P-。4個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的每一個(gè)引腳分別連接在單片機(jī)的P1.3-P1.6引腳，通過(guò)IO口讀取鍵值，按鍵的另外一個(gè)引腳與GND連接，按鍵電路如圖8所示。圖SEQ圖\*ARABIC8按鍵輸入電路原理圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分是由系統(tǒng)初始化子程序、溫度設(shè)定子程序、PID子程序、溫度檢測(cè)子程序和顯示子程序幾個(gè)部分組成的。單片機(jī)通電之后就開(kāi)始運(yùn)行程序，程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，系統(tǒng)初始化之后，首先進(jìn)行讀取設(shè)定的溫度，接著將設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度進(jìn)行比較，然后運(yùn)行PID子程序，最后生成PWM控制信號(hào)，對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱調(diào)節(jié)。最后將設(shè)定溫度和當(dāng)前的溫度顯示在LCD1602上,之后系統(tǒng)返回PID子程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，繼續(xù)循環(huán)。主流程圖如圖9所示。圖SEQ圖\*ARABIC9系統(tǒng)軟件總流程圖3.2溫度控制程序設(shè)計(jì)加熱子程序使用定時(shí)器1計(jì)時(shí)產(chǎn)生2路PWM信號(hào)，本設(shè)計(jì)中定時(shí)器1設(shè)定為16位模式，在計(jì)數(shù)器達(dá)到65535最高值時(shí)候，實(shí)現(xiàn)一個(gè)1ms計(jì)時(shí)，每一次中斷都實(shí)現(xiàn)了一次1ms的溢出中斷。在中斷函數(shù)中對(duì)Time變量進(jìn)行自加，當(dāng)其值大于100以后，表示周期為100ms，進(jìn)行Time清零，實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)。在每次中斷過(guò)程中，Time值與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)小于占空比數(shù)值時(shí)，輸出高電平，反之輸出低電平，這樣實(shí)現(xiàn)了PWM的周期輸出過(guò)程。圖SEQ圖\*ARABIC10PWM軟件子程序流程圖鍋爐溫度是通過(guò)MCP3204子程序讀取的，然后根據(jù)傳感器的的特性將AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的參數(shù)。ADC子程序第一步對(duì)MCP3204初始化，保證內(nèi)部ADC穩(wěn)定，通過(guò)DI選擇MCP3204的轉(zhuǎn)換通道，可以選著CH0-CH4任何一個(gè)通道，然后等待A/D轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換完成后通過(guò)MCP3204的時(shí)序進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)。這樣主程序通過(guò)調(diào)取AD讀取函數(shù)即可獲得A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值。然后經(jīng)過(guò)公式計(jì)算和轉(zhuǎn)換即可以獲得傳感器的實(shí)際物理量數(shù)據(jù)，子程序流程圖如圖11所示。圖SEQ圖\*ARABIC11鍋爐溫度讀取子程序流程圖MCP3204核心通信子程序是讀取一個(gè)字節(jié)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，其子程序如圖12所示。讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)首先需要使能MCP3204即CS=0，芯片可以進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。之后在單片機(jī)控制作用下，順序產(chǎn)生時(shí)鐘序列，在時(shí)鐘的協(xié)調(diào)下，DO口連續(xù)輸出8個(gè)bit的位數(shù)據(jù)。在整個(gè)過(guò)程中使用for循環(huán)讀取一個(gè)AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，得到數(shù)據(jù)以后，需要在接收校驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)之后就可以得到轉(zhuǎn)換以后的AD數(shù)據(jù)。圖SEQ圖\*ARABIC12MCP3204讀取字節(jié)子程序流程圖3.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì)LCD1602軟件設(shè)計(jì)是對(duì)液晶進(jìn)行讀寫(xiě)過(guò)程，讀液晶是從顯示器內(nèi)部的RAM中讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，寫(xiě)液晶是將需要顯示的字符寫(xiě)入內(nèi)部RAM地址，液晶顯示屏上自動(dòng)會(huì)顯示出來(lái)。在本次設(shè)計(jì)中，只需要顯示字符，不需要讀字符，根據(jù)兩幅各自的波形圖比較可以發(fā)現(xiàn)只有R/W信號(hào)線不同，其他都是相同的通信過(guò)程。軟件程序主要函數(shù)為初始化函數(shù)、write_cmd和write_data三個(gè)函數(shù)。初始化函數(shù)主要是配置液晶的控制模式，寫(xiě)命令函數(shù)write_cmd主要是控制LCD1602的輸入指令和控制顯示字符的位置，寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)write_cmd主要是向液晶顯示器傳輸需要顯示的字符ASCII碼，流程圖如圖13所示。每次在寫(xiě)數(shù)據(jù)和寫(xiě)命令之前都要進(jìn)行液晶狀態(tài)判斷，如果液晶LCD1602忙狀態(tài)，表示無(wú)法接收數(shù)據(jù)，這時(shí)需要等待；當(dāng)顯示器空閑才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。圖SEQ圖\*ARABIC13LCD1602子程序流程圖3.4按鍵輸入子程序設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵的子程序十分簡(jiǎn)單，子程序流程圖如圖14，子程序需要使用if語(yǔ)句對(duì)IO口的狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而獲得按鍵狀態(tài)。如果讀取與按鍵連接的IO口的寄存器為0，則表示按鍵處于按下?tīng)顟B(tài)；如果寄存器對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)為1，則表示按鍵處于松開(kāi)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)三個(gè)IO口進(jìn)行查詢，可以判斷這幾個(gè)按鍵的狀態(tài)，對(duì)鍵值的反饋值傳輸給調(diào)用的函數(shù)，進(jìn)而對(duì)閾值進(jìn)行設(shè)置。圖SEQ圖\*ARABIC14按鍵子程序流程圖3.5PID控制子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)首先通過(guò)加熱鍋爐的溫度敏感電阻輸出得鍋爐溫度信息，然后計(jì)算溫度誤差，之后輸入到PID函數(shù)中，鍋爐加熱得到的PWM可以很好的對(duì)鍋爐內(nèi)部溫度進(jìn)行加熱，進(jìn)一步控制溫度，軟件流程圖如圖15所示。圖SEQ圖\*ARABIC15PID子程序流程圖PID子程序通過(guò)運(yùn)行PID算法能實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，是需要對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)整，程序如下:intPIDcontrol(floatReal_temp,floatTarget,floatK_P,floatK_D) //設(shè)定目標(biāo)Desiredvalue{ staticfloatP;//比例常數(shù)ProportionalConst// staticfloatI;//積分常數(shù)IntegralConst staticfloatD;//微分常數(shù)DerivativeConst staticfloatErr,PreErr;//Error intPWM_dat; P=K_P; D=K_D; Err=Target-Real_temp; if((Err>-1)&&(Err<1))Err=0; PWM_dat=P*Err+D*(Err-PreErr); PreErr=Err; if((PWM_dat>-5)&&(PWM_dat<5))PWM_dat=0; //死區(qū)； if(PWM_dat>100)PWM_dat=100; if(PWM_dat<-80)PWM_dat=-80; returnPWM_dat;}4仿真測(cè)試本設(shè)計(jì)使用仿真軟件Protues進(jìn)行溫度控制仿真，圖中設(shè)定的溫度為15.00攝氏度，當(dāng)前調(diào)節(jié)后實(shí)際溫度為13.25攝氏度。加熱爐進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)實(shí)際溫度與設(shè)定溫度發(fā)生偏離，產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)，這一偏差信號(hào)作為PID的輸入值，PID結(jié)合自身的算法，產(chǎn)生一個(gè)PWM波形圖的輸出，進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，隨著溫度升高，PWM是增大的，仿真結(jié)果如圖16所示，圖中示波器窗口顯示了溫度PWM控制的波形圖。圖SEQ圖\*ARABIC16溫度控制仿真運(yùn)行圖當(dāng)實(shí)際溫度逐漸接近設(shè)定溫度時(shí)，PWM逐漸減小，最后，實(shí)際溫度與設(shè)定溫度幾乎一致時(shí)，波形就成為一條直線，停止加熱，仿真結(jié)果如圖17所示。本次仿真軟件設(shè)計(jì)有1攝氏度左右的誤差。圖SEQ圖\*ARABIC17仿真軟件運(yùn)行圖在仿真軟件模擬測(cè)試之后，按照電路原理圖焊接各個(gè)元器件，檢查無(wú)誤后，對(duì)實(shí)物進(jìn)行通電使用。圖中設(shè)定值為32攝氏度，當(dāng)前溫度為29攝氏度，繼電器工作，指示燈閃爍，隨著當(dāng)前溫度越來(lái)越接近設(shè)定溫度，指示燈閃爍頻率越快。如圖18所示。圖SEQ圖\*ARABIC18實(shí)物加熱運(yùn)行圖當(dāng)前溫度等于設(shè)定溫度時(shí)，指示燈熄滅，繼電器不工作，如圖19所示。一旦當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電路立刻加熱，一直這樣循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)了恒溫的功能。圖SEQ圖\*ARABIC19恒溫控制運(yùn)行圖總結(jié)與展望本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)完成軟件和硬件模擬測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了一部分的功能。首先對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展背景和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)本設(shè)計(jì)的的工作原理和方案設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，接下來(lái)進(jìn)一步對(duì)溫度檢測(cè)、顯示電路、溫度控制電路等模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后對(duì)電路各個(gè)部分元件和電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，完成了對(duì)軟件子程序的設(shè)計(jì)分析，最后進(jìn)行了測(cè)試，達(dá)到了一開(kāi)始實(shí)際要求的效果。雖然仿真軟件和實(shí)物測(cè)試的結(jié)果完成了大部分的要求，但是由于我在某些部分考慮得不全面導(dǎo)致此次設(shè)計(jì)沒(méi)有那么完美，還有很大的進(jìn)步空間，在今后的學(xué)習(xí)和工作中，繼續(xù)努力繼續(xù)完善。對(duì)于鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行加入大數(shù)據(jù)分析功能，可以得到更加有效的信息，在廣大樣本中找到一些數(shù)據(jù)規(guī)律。這是恒溫控制發(fā)展的一種方向，但是要較多的時(shí)間進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)[1]李盛偉,張來(lái),梁海深.基于串級(jí)PID的相變儲(chǔ)能電鍋爐溫度控制技術(shù)[J].熱能動(dòng)力工程,2020,35(08):85-89.[2]張琦,史林軍.工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2020,39(08):25-28.[3]李元偉.基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的供熱鍋爐溫度解耦控制系統(tǒng)研究[J]