基于單片機(jī)的家用電熱鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

甄文煥 孔德尉* 沈陽(yáng)工學(xué)院 王雪 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的鍋爐溫度控制系統(tǒng)主控部分由單片機(jī)來(lái)進(jìn)行完成。通過(guò)使用按鍵電路來(lái)進(jìn)行對(duì)溫度報(bào)警值的設(shè)定，并使用傳感器來(lái)對(duì)鍋爐的水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和處理，用實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與報(bào)警值進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)的溫度值大于預(yù)置的溫度上限值時(shí)蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，并使得電鍋爐停止加熱。若實(shí)時(shí)的溫度少于預(yù)置的溫度下限值時(shí)，電鍋爐則重新啟動(dòng)進(jìn)行加熱處理。以此重復(fù)來(lái)對(duì)電鍋爐內(nèi)部的溫度進(jìn)行智能控制。

同時(shí)為結(jié)合實(shí)際需要，家用的電鍋爐有的時(shí)候也會(huì)被用來(lái)給家庭作為供暖設(shè)備使用。如果鍋爐內(nèi)的壓力過(guò)大則可能會(huì)給鍋爐帶來(lái)爆炸的危險(xiǎn)，所以選用壓力傳感器也是對(duì)于安全的重要考量，而且壓力過(guò)低時(shí)鍋爐也無(wú)法正常的運(yùn)行。系統(tǒng)整體框圖，如圖1.1所示。

圖1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件模塊選擇

2.1 控制核心選擇

本設(shè)計(jì)采用的是價(jià)格比較合適性能又可以滿足設(shè)計(jì)要求的STC89C52RC作為主控芯片，該芯片性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)；其內(nèi)部配置了系統(tǒng)可編程的8K的 Flash存儲(chǔ)器。在很多的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和嵌入式系統(tǒng)中都可以非常有效的擔(dān)任控制任務(wù)。

2.2 測(cè)溫模塊選擇

本設(shè)計(jì)采用方案二的DS18B20測(cè)量溫度，并采用了探頭式的DS18B20傳感器，可以浸沒水中，準(zhǔn)確的采集到鍋爐中的水溫。與單片機(jī)的一個(gè)I/O口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

2.3 水位測(cè)量模塊選擇

本設(shè)計(jì)使用了超聲波測(cè)距的HC-SR04模塊來(lái)進(jìn)行對(duì)水位的測(cè)量，這種超聲波測(cè)距模塊本身就帶有非接觸式的距離感測(cè)功能，一般可測(cè)的距離為兩厘米到四百厘米，這種模塊的測(cè)量精度很高，一般的可以精確到三毫米，這種超聲波測(cè)距模塊一般都會(huì)包含有超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路這幾個(gè)部分。

2.4 氣壓檢測(cè)模塊選擇

本設(shè)計(jì)需要對(duì)電熱鍋爐內(nèi)部的氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，在鍋爐氣壓超過(guò)限定值是予以報(bào)警提醒，并停止加熱，所以此選用了BMP180作為本設(shè)計(jì)的氣壓傳感器。

BMP180由一個(gè)壓阻傳感器，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并與E2PROM和一個(gè)串行I 2 C接口的控制單元。該BMP180提供的壓力和溫度補(bǔ)償?shù)闹?E2PROM中已存儲(chǔ)的個(gè)人校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的176位。這是用于補(bǔ)償偏移量，溫度依賴性和傳感器的其他參數(shù)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 顯示電路設(shè)計(jì)

LCD1602液晶顯示模塊。是一種點(diǎn)陣型式的液晶顯示模塊，用于顯示英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、基本符號(hào)等組成結(jié)構(gòu)是若干個(gè)點(diǎn)陣字符位，任意一個(gè)點(diǎn)陣中的字符位都能夠顯示字符，任意兩個(gè)點(diǎn)陣字符位之間的距離都是一個(gè)點(diǎn)距，任意上下行中間也存在間隔，間隔的作用是使字符之間和行之間分離 。

單片機(jī)的P1.5～P1.7口分別連接LCD1602的控制引腳RS、RW、E，以達(dá)到對(duì)LCD1602的控制。P2口用于顯示輸出，連接LCD1602的DA0～DA7。

3.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中按鍵模塊的主要作用是設(shè)定水溫控制范圍和水位控制范圍還有氣壓上限值。按鍵分為三個(gè)，分別是距離值的上下限值增加鍵、減少鍵和選擇鍵。三個(gè)按鍵的電路設(shè)計(jì)方案為：一端分別接單片機(jī)的三個(gè)I/O引腳，另一端分別接地。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到特定I/O口電平為低電平時(shí)，則斷定按鍵按下。三個(gè)按鍵：KEY1接單片機(jī)P1.0口為確認(rèn)鍵，KEY2接單片機(jī)P1.1口為增加鍵，KEY3接單片機(jī)P1.3口為減少鍵。

3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)報(bào)警電路采用聲光報(bào)警，即在蜂鳴器電路上并聯(lián)一個(gè)LED燈即可，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警的同時(shí)，進(jìn)行視覺報(bào)警，提高報(bào)警效果，單片機(jī)的P1.3口為聲光報(bào)警電路的控制口，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，就可以啟動(dòng)聲光報(bào)警電路。

4 結(jié)論

本課題的研究工作已經(jīng)基本達(dá)到預(yù)期的要求。系統(tǒng)采用了STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，通過(guò)溫度報(bào)警值的設(shè)定，使用傳感器來(lái)對(duì)鍋爐的水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和處理，用實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與報(bào)警值進(jìn)行比較，合理的引入了溫度作為補(bǔ)償，使測(cè)量的水位值更加的精確；系統(tǒng)采用液晶LCD1602來(lái)顯示溫度和液位高度，顯示清晰易懂。

[1]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用——基于KeilC與Proteus[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.