小型家用燃气锅炉控制系统的研究.doc

1、潍坊学院专科毕业设计（论文） 目录第一章 绪论11.1 课题背景11.2 系统的工作原理2第二章 系统设计方案的论证42.1 单片机型号方案的论证42.2 按键输入52.3 数字显示部分的确定62.4 温度传感器82.5 A/D数模转换92.6 综合方案的确定11第三章 硬件电路设计123.1 I/O接口的拓展123.2 室内测温系统电路133.3 控制系统的电源133.4复位及震荡电路143.5 信号采集系统电路153.6 A/D数模转换电路163.7 按键输入电路173.8 LED显示电路183.9 按键控制及显示203.10 电路抗干扰21第四章 系统软件设计234.1 整体设计思路23

2、4.2 系统监控程序244.3 数据采样程序264.4 按键程序274.5 时钟程序284.6 系统的软件抗干扰31第五章 结束语35参考文献36致谢3737 摘要：本文主要以51单片机为基础开发小型家用燃气锅炉系统的控制系统的设计。以改进家庭采暖的控制方式，减少因燃煤而产生的大气污染，提高天然气的使用率，提高采暖的经济性，改善人们的生活品质。该系统将温度传感器采集的温度信息，通过A/D数模转换将数据交由单片机分析处理，并将温度信息显示于LCD液晶屏。单片机通过将预设温度和实际温度的对比，得出是否加热的结果，然后由相应硬件执行该结果，并将结果用LED发光二级管显示。最终达到智能控制的要求。软件

3、部分主要宝包括控制系统监控主程序、监控处理子程序、控制算法子程序、时钟子程序、中断服务子程序等。通过对硬件电路及系统软件进行分析，提出了提高小型家用燃气锅炉单片机控制系统可靠性和抗干扰能力的主要软、硬件措施。关键词：燃气锅炉;单片机;智能控制ABSTRACT: This article mainly relate to design of controlling system of the small household gas-fired boiler system based on 51 single-chipped microcomputer. In order to improve t

4、he method of house heating control, reduce air pollution from burning coal, increase the rate of natural gas utilization, improve the heating of economy, and also improve the quality of peoples life, we are determined to start this project.The system will take such information collected by temperatu

5、re sensor to SCM through A/D conversion system, and can also screen the temperature information on LCD. By contrast of predesigning temperature and actual temperature, the SCM decides whether to heat or not and the corresponding hardware carry on this results, showed on the light LED, which eventual

6、ly achieving the controlling demand.The part of software are mainly comprised by following contents, such as : monitoring processing, sub-routines of controlling algorithm, sub-programs of clock, sub-routines for interrupt service, etc. By analyzing hardware circuit and software of system, we can pu

7、t forward measures used for hardware and software to improve SCM of small household gas-fired boiler.KEY WORDS: gas-fired boiler; single-chip microcomputer; intelligent control.第一章 绪论1.1 课题背景2012伊始，严寒低温持续笼罩欧洲，已超过330人被冻死，这唤起了人们对暖冬的质疑，也让人们更加重视冬季供暖。目前，我国城市居民住宅取暖基本都是采用集中供暖方式。虽然这种方式能源利用率比较高，但因为这种方式大多是以煤为

8、燃料，设备体积一般较大，设备投资很高，产生大量粉尘，污染环境。所以这种采暖方式并不理想。空调的优点是清洁、方便、升温快、操作也方便，但空调受其制热原理的限制，取暖时有诸多不足。当电能转化为热能时，其中能量损失较为严重。目前，中国的燃气锅炉市场已经起步，仍然具备很大的发展潜力。国内生产燃气锅炉的厂家较多，上海四方锅炉厂、苏州锅炉厂、杭州锅炉厂、四川锅炉厂等。为其配套的燃气锅炉自控系统的单位也较多。基本上模仿或引进国外技术建立，控制系统方案，改进不大。在国外，法国富丽凯公司生产燃气锅炉历史要追溯到1929年。是唯一一家应用工业锅炉技术生产民用锅炉产品的欧洲燃气锅炉品牌。富丽凯所创立的多项高级技术如

9、全铜质火管加热体、内置低温供暖结构、鼓风式平衡烟道系统、卫生热水恒温混水阀、遥控节能系统、平焰燃烧器等至今仍为法国富丽凯独家拥有，在欧洲乃至全世界燃气锅炉行业独树一帜。燃气锅炉控制系统中所采用的设备是专门为燃气锅炉配套制作的，英国、法国基本上采用转鼓控制器，即采用步进马达带动转鼓，转一个角度就执行一步程序。西德等国家采继电器组合完成系统逻辑控制，完全满足燃气锅炉的工艺要求。但是引进的燃气锅炉在使用几年后，由于我国的燃气质量比较差，含杂质较多，经常造成检测元件，执行器失灵，出现故障。而且备品备件在国内又无法解决，这是目前急需解决的问题。目前国内市场上，价格在5000元8000元台之间的高价位产品

10、约占到43的份额，年销量大约为5万台，但此价位产品在未来几年内趋于萎缩。4000元5000元台的中档价位产品目前市场年销量为4万台，因合理的性价比其市场占有率在不断攀升；韩国品牌及少部分国产品牌因较低的价位占领了中低档市场，年销量约10万台，现阶段的市场占有率最大，但质量问题较为突出。如今欧洲天然气用户的普及率已达到了33，但中国的普及率不及4.9。欧洲壁挂锅炉的年销量为500万台，中国目前年销量只有25万台，因此未来中国市场前景非常好。1.2 系统的工作原理燃气锅炉的工作原理如图1.1所示。加热后的水由循环水泵压入散热器，流过散热器供暖冷却后，经管道流回燃气锅炉。由于水泵的压力可以调节，所以

11、负载可接多组散热片。系统还可以为用户提供热水，如洗浴、洗衣服等。水量损失后由补水口自动加入，保持水量恒定。燃气锅炉部分传回单片机的数据主要为炉内热水温度。图 1.1 燃气锅炉的工作原理控制系统的控制信号通过继电器控制燃烧器内进气量，由进气阀实现控制。继电器接通燃烧器电源后，燃烧器通过其内部传感器检测锅炉内有无火光，若有火光则表示已经点火，不需启动点火变压器，否则启动点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气，这时检测到火焰，关闭点火变压器，系统点火成功。单片机的控制原理如图1.2所示。温度传感器采集随时间连续变化的模拟信号，通过放大,转变成直流电压信号,然后通过模/数转换器转换成单片机可识别和处理

12、的二进制数据,由单片机按照一定的逻辑控制原理,对被测量值进行一系列的运算处理,从而得到燃烧器的控制量,再由单片机输出二进制数据,经数/模转换器将数字量转换成模拟量,通过继电器使阀门或其他调节机构动作,达到调节被调节参数的目的。图 1.2 单片机的控制原理第二章 系统设计方案的论证2.1 单片机型号方案的论证单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的

13、例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机具有以下特点：（1）高集成度，体积小，高可靠性。单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的（2）控制功能强。为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品。为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V5V，而

14、工作电流仅为数百微安（4）易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。（5）优异的性能价格比。单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达8MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。STC89C51RC系列单片机是宏晶推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051

15、单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。STC89C51RC单片机中四个I/O接口，在实际使用中，一般遵循以下用法：(1) P0口一般作为系统扩展地址低8位/数据复用口；P1口一般作为I/O扩展口；P2作为系统扩展地址高8位和I/O接口扩展用的地址译码器输入；P3口作为中断输入、串行通信口使用。(2)在各个口带负载能力和接口要求上，由于P0口输出级与P1P3口输出级在结构上不同，所以要求也不同。P0口的每一位可驱动8个TTL输入，在作为通用I/O接口使用时，输出级是漏极开路电路，故需加外部上拉电阻，在作为地址/数据总线使用时

16、,不需要外接上拉电阻， 而P1P3输出接口内部有上拉电阻，每一位输出可驱动4个TTL输入。(3)在实际使用中，一般用户在I/O接口扩展时很难计算I/O接口的负载能力，对扩展集成芯片，如74LS系列的一些大规模集成芯片（如8155，8255，8253等）都可以与STC89C51RC直接接口，其他一些扩展用芯片使用中可参考器件手册及典型电路。(4)对于一些线性元件如键盘、码盘及LED显示等输入输出设备，如单片机驱动能力不足，应设计相应驱动电路。2.2 按键输入方案一：独立式按键。独立式案件的各种按键相互独立，每一个按键各接一根输入线，一根输入线上按键的工作状态不影响其它按键，因此通过检测输入线电平

17、状态，可以很容易的判断出哪个键被按下。独立式按键的电路配置比较灵活，软件设计简单，但如果按键较多，多个独立按键容易导致电路结构复杂，故此种按键方案一般适用于按键较少的电路中。方案二：矩阵式按键。这种方式适用于按键数量较多的场所，它由行线和列线组成矩阵按键。矩阵式按键工作原理：按键设置在行、列线交点上，行、列分别连接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V电源上，平时无按键按下时，行线处于高电平状态。当有按键按下时，行线电平状态将由与电平相连的列线电平决定：列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平为高。本次设计按键数量较多，并且操作速度要求不太高。不会出现同时多次频繁按下

18、按键的情况，故本设计采用方案二。2.3 数字显示部分的确定通常的LED显示器，有4段和8段和等，这种LED有共阴极和共阳极两种。共阴极为：LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮相应的段被显示。共阳极的LED则是阳极连在一起，一般接5V电源，当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮相应的段被显示。共阳极LED在电路中一般较为复杂，不利于理清思路，一般采用共阴LED。本设计采用共阴LED。LED按显示方式分为静态显示和动态显示两种。方案一：动态显示LED：当多位LED显示时，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8

19、位I/O口控制，形成段选线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别有相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选线则占用N个I/O口（N为LED个数）由于各位选线都处于选通状态的话，那LED显示器将显示相应的字符，则必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时段选线上输出相应位要显示字符的段码。这种显示方式占用的I/O口个数为：8+N（N为LED显示器的个数），相对静态显示少了很多，但需要占用大量的CPU资源。方案二：静态LED显示。在这种方式下各位LED显示器的共阴极连接在一起并接地，每位的段选线分

20、别与一个8位锁存器相连，各个LED的显示字符一经确定，相应的锁存器的输出将维持不变。直到显示另一个字符为止，因此，静态LED亮度比较高。若用I/O接口，则需要占用N*8位I/O口（LED）显示器的个数。因此在LED位数不多的情况下，一般可采用此种方法以节省CPU的时间由于本系统是实时控制系统，要求CPU不断地处理相关的问题，且系统中硬件资源充足，因此，在本方案中，采用硬件译码方式，用8155的接口直接驱动译码器，再由译码器点亮数码管LED。图2.2 8段共阴极LED数码管图2.2为8段共阴极LED数码管，发光二极管的阴极连在一起，通常该共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点

21、亮，相应的段被显示。使用LED显示器时，为了显示数字式符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是通过管的亮与灭来显示不同字形的，因此称之为段码。7段发光二极管再加上一个小数点位，共8段，因此提供给LED显示器的段码正好是一个字节，各段字节中各位的对应关系如下表：表2-1 LED各段字节中各位的对应关系位码0123456789a1011011111b1111100111c1101111111d1011011011e1010001010f1000111011g0011111011dp0000000000段码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH2.4 温度传感器2.4.1

22、 温度传感器的选择温度采集所用到的温度传感器，因为要采集燃气锅炉内水的温度，应考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质，可以分为：半导体热电阻和金属热电阻两大类。前者称热敏电阻，后者称热电阻。方案一：采用温度传感器铂电阻Pt1000, 铂电阻的物理化学性能，在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测量元件，因此元件的线性交好。在0度90度时，最大非线性偏差小于0.5度。方案二：采用热敏电阻，这种电阻是利用对温度敏感的半导体支撑的。其阻值随温度变化，有明显的改变，负温度系数热敏电阻器通常是由锰钴的氧化物烧制成半导体陶瓷制成。其特点：在工作温度范围内电阻阻值随温度升高而降低，可满足40度-90度测量范

23、围，但热敏电阻精度重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1度的信号，而且线性度很差，不能直接用于A/D转换。须应用硬件或软件进行线性补偿。方案三：采用集成温度传感器。这种器件以电流作为输出量指示温度。它是二端器件，使用非常方便，作为一种高阻电流源，它不需要严格考虑传输线上的电压损失和噪声干扰问题，因此特别适合于作为远距离测量或控制作用。单片机系统中最常用的温度传感器为DS18B20温度传感器。但考虑到所需传感器要采集燃气锅炉内热水温度，且要整体考虑整个控制电路的简介，便于设计，故本设计不采用，而是采用AD590集成温度传感器，即方案三。而测量室内温度可采用DS18B20温湿度传感器。AD590不

24、必考虑选择多路转换开关所引起的附加电阻所造成的误差，由于采用了一种独特的电路结构，并利用薄膜电阻激光微调技术校准技术，使得AD590具有很高的精度。2.4.2 AD590器件介绍AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源。AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。其主要特征如下：(1) 流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数：IR/T=1式中IR流过器件(AD590) 的电流，单位为A；T热

25、力学温度，单位为K；(2) AD590的测温范围为- 55+150； (3) AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；(4) 输出电阻为710 m；(5) 精度高，AD590在- 55+-150范围内，非线性误差仅为0.3。2.5 A/D数模转换模数转换器是一种将连续的模拟量转换为离散的数字量的电子元件。模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样、过滤和量化编码几个阶段。对于不同的采样对象可选不同的A/D转换器。在选用ADC器件时需要衡量各种因素对控制系统的影响，除了关键参数、分辨率外，还应考虑其他因素，如控制接口与定时，静态

26、与动态精度，数据接口类型，采样保持性能基本要求，校准能力等 。ADC按功能分，可以分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又可分为逐次分级转换，积分转换等类型。ADC转换器的选用除了要考虑适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外，还应根据控制系统的具体芯片的相关参数进行选取。方案一：分级式转换器。这种转换器不仅具有较快的转换速度，而且能够实现较高的分辨率。但应用此转换器的电路比一般较复杂，成本较高。通常用于高速度、高智能化的电路。方案二：双积分型A/D转换器，如ICL7135等双积分型A/D转换器，其特点是转换精度高，抗干扰能力强，但是转换速度较慢，通常用于对转换速度要求不高

27、的工作平台。本设计因需要实时读取温度信息，即实时需要转换数据，故不采用此方案。方案三：逐次逼近式转换器。这种转换方式通常是将一个比较器输入信号与作为基准的8位DAC输出进行比较，并进行N次转换，这种方法类似于天平上用二进制码称量物质。采用逐次逼近式转换器，输入信号仅与最高未（MSB）比较，确定DAC的最高位（DAC满量程的一半）确定后结果（0或1）被锁存，同时加到DAC上。以决定DAC的输入（0或1/2）逐次逼近式A/D转换器如ADC0809，AD574等，其特点：转换速度快，精度也比较高，输出为二进制码直接到I/O口，软件设计方便。目前较常见的有C2000、ADC0809等。综合考虑转换器的

28、精度分辨率和整个系统的精简稳定等因素，采用ADC0809芯片。该芯片适合于整个过程控制，且价格低廉，降低了设计成本。ADC0809主要特性如下：1）8路8位AD 转换器，即分辨率8 位；2）具有转换起停控制端；3）转换时间为100s；4）单个5V 电源供电；5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准；6）工作温度范围为-40105；7）低功耗，约15mW。ADC0809芯片引脚介绍：IN0IN7： 8 路模拟电压输入端，用与输入被转换的模拟电压。D0D7： A/D 转换后的数据输出端，与单片机的P0 口相接。A、B、C：模拟通道地址选择端，A 为低位，C 为高位。Vr+/Vr-：基准参考

29、电压端，决定了模拟量的量程范围。CLK：时钟信号输入端，决定A/D 转换时间，本实验中CLK=500KHz，转换时间T=128uS，最大允许值为800KHz 。ALE：地址锁存允许信号，高电平有效，当此信号有效时，A、B、C 三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。SC：启动转换信号，正脉冲有效。EOC：转换结束信号，高电平有效。表示一次AD转换已完成，可作为中断触发信号。OE：输出允许信号，高电平有效。本实验中与单片机的RD相连，当单片机发出此命令时，单片机可以读取数据。2.6 综合方案的确定综上系统方案论证综合分析，本设计采用宏晶STC89C51RC单片机为中央处理器，通过温度传感器AD

30、590对水温和室温进行温度采集，将采集到的模拟数据交由数模转换芯片ADC0809进行模数转换，之后将数字的温度数据传送至STC89C51RC单片机，单片机将收到的温度数据与已设定的温度数据进行分析比对，得出是否需要升高温度的结果，将结果输出在现实单元上，并将相应的执行指令发送至继电器，之后由继电器执行相应的指令，并将温度相关信息现显示在现实单元上，从而实现智能温度控制的整个环节。系统方案框图如图2.3所所示：图2.3控制系统方案流程图第三章 硬件电路设计3.1 I/O接口的拓展本设计中的LED显示按键输入数模转换等系统占用了大量的I/O接口，而STC89C51单片机本身的I/O接口并不是很多，

31、故需要对I/O接口进行拓展。目前较为常用的单片机I/O扩展芯片为8155，可以得到满足要求的并行接口，同时8155还可以提供256字节的外部RAM，和一个14位的减法定时/计数器。如图3-1 所示，因8155内部有地址锁存功能,A LE直接与单片机的ALE相连，数据/地址线ADOA D7直接和STC89C51的P0.O PO.7相 连。P2.5经反相器控制片选端，P2.4连接8155的I/O厅端。即:外部RAM的地址为:4000H-40FFH，内部命令/状态寄存器地址为:5000H，PA 口 地 址为:5001H，PB口地址为:5002H，PC口地址为:5003H，定时/计数器低8位寄存器地址

32、为:5004H，定时/计数器高8位寄存器地址为:5005H。图3.1 I/O拓展电路3.2 室内测温系统电路采集室内温度采用DS18B20温度传感器。为了测量的准确性，本设计采用的是多点温度测量，所测的结果以数字信号的形式输入到单片机里，然后三个量比较后取中间值作为我们要处理的信号。DS18B20温度传感器管脚中的VCC接+5V电源，GND接地，DQ接单片机I/O总线。图3.2 DS18B20的硬件电路设计3.3 控制系统的电源在单片机的整个控制系统中，系统的稳定性是极为重要的。电源系统对单片机整个系统的影响，几乎是决定性的。据统计，单片机控制系统中的运行故障有85以上是由电源噪声引起的。为了

33、提高电源系统的稳定性，本系统采用常见的三端稳压78XX系列和79XX系列。78系列为正电压稳压输出，79系列为负电压稳压输出。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。本设计采用的具体的型号为78M05、78M12、79M12。电源电路的工作原理如图3.3：即先将220V/50Hz的交流电源电压通过变压器压降，将其电压降为18V，然后接入电桥进行整流，接着通过滤波电容和78MXX系列三端集成稳压器器件，得到所要求的+5V+12V和-12V。为了达到滤波稳压的效果，从稳压管接触的相应电压，应接入0.1

34、UF滤波电容。+5V为单片机相关部分的供电电源，+12V为部分数字电路的供电电源，-12V为模拟电路的供电电源。图3.3 控制系统的电源电路3.4复位及震荡电路为确保单片机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于单片机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的

35、复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。复位电路工作原理如图3.4所示，VCC上电时，电容充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，电容充满，10K电阻上电流降为0V，电压也为0V，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下复位按键，电容放电。放开按键后，电容又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。图3.4 复位电路和振荡电路3.5 信号采

36、集系统电路下图中LM250给AD590两点校正电路提供电压源的精确稳压电路，提供+2.5V电压给测量校正电路。其余是AD590的测量校正电路。电路参数计算如下：设置被测量温度为0C时， U0=0V；被测量温度为100C时，U0=5V。根据电路原理，运算放大器LF355的2脚“虚地”，因此有：I2=I0+I1，且U0=I1*（W3+R2）。温度为0C时，I2=273.14A,又R1、W2两端电压为2.5V。因此R1+W2=2.5V273.5A=9.16K。取R1=9K，W2=470。由以上分析可知，调节这两个电阻可以调整测量温度的零点。温度为100时，U0=5V则I2=273.15A+100A=

37、373.15A，即I0+I1=373.15A，由于参考点电压不变，因此有I0=273.15A，故I1=100A。有W3+R2=5V100A=50K。取R2=47K，W3=5K。调节这两个电阻可以调整测量的满刻度。取R3=（R1+W2）（R2+W3）=9.1K。调整时，先使AD590处在冰水混合物中，温度为0，调节W2使U0=0V；再将AD590置于常温常压下的沸水中，温度为100的环境，调节W3，使U0=5V即可。图3.5 系统信号采集电路3.6 A/D数模转换电路A/D转换器采用有8路选通输入的ADC0809。 ADC0809是一个逐次逼近式CMOST J型A/D转换器，因片内无时钟源，需外

38、挂时钟信号，利用STC89C51RC提供的地址锁存允许输入线ALE经D触发器二分频后获得0.5MHZ的时钟信号。当时钟频率为640KHz时，ADC0809的转换时间是64us，本系统中ADC0809的转换时间大约为82us。由于ADC0809具有输出三态锁存器，它本身可看作一个带有并行1/0接口的A/D转换器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。START和ALE连在一起，并与74LS48间接相连，可使ADC0809在选择开启通道时即开启转换，只要执行一条写ADC0809信号就启动转换。P2.7经反相后控制两个或非门的开启与否:P2.7 为0时，两个或非门被锁住，ADC0809不能工作;P

39、2.7为 1时，在相应的读写命令下可以工作。转换结束信号EOC送给P2.0用 于查询。平时EOC输出高电平，在START信号的上升沿之后的0-8个时钟周期内变为低电平，当A/D转换结束后，EOC即变成高电平。ADC0809的三根地址线接地址线A0, Al, A2, 8选1输入通道，本系统只用其中的两个，其余留做系统扩展使用。室内温度信号的地址是:1000000000000000,即8000H;出水口温度信号的地址是:1000000000000001,即8001H.由于温度变化相对比较缓慢，本系统不需再设置采样保持电路，A/D转换器ADC0809,直接对AD590的输出Ua转换即可，但通常对于压

40、力、流量等变化快的信号，直接转换会带来较大的误差，要在ADC0809前面加一级采样保持电路。图3.6 ADC0809的硬件电路3.7 按键输入电路按键采用中断方式响应，其电路如图3.7所示。用I/O拓展芯片8155的PB口低4位PBO-PB3和PC口的PCO、PC2构成4*3矩阵式键盘。在键盘工作时，PBOPB3为低电平，无键按下时. PCOPC2均为高电平，与门输出高电平。当有任意一个键按下时，PCOPC2中必有一根为低电平，此时与门输出低电平，下降沿产生中断请求。在中断服务子程序中判断并执行相应的键对应的操作请求.图3.7 按键输入电路设计3.8 LED显示电路图3.8 74LS48驱动电

41、路的电路图由于LED数码管占用I/O端口较多，考虑到整个控制系统的资源分配费，数码管采用了74LS48译码器驱动。74LS48为有内部上拉电阻的 BCD七段译码器/驱动器，图3.8为74LS48驱动电路的电路图。输出端（ag）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 VLED。 当要求输出 015 时，消隐输入BI应为高电平或开路，对于输出为 0 时还要求 脉冲消隐输入RBI 为高电平或者开路。 当BI 为低电平时，不管其它输入端状态如何，输出端ag为低电平。 当RBI和端（A0A3）为低电平，并且灯测试输入端LT为高电平时， 输出端ag为低电平，脉冲消隐输出RBO也变为低电平。 当BI 为高电平

42、或开路时，LT为低电平可使输出端ag为高电平。引出端符号：A0A3 译码输入端；BI /RBO 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）；LT 灯测试输入端（低电平有效）；RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效）；a-g，信号输出端 。74LS48的真值表如下：表3-1 74LS48的真值表LTRBIDCBABI/RBOabcdefgNOTE0HHLLLLHHHHHHHL11HXLLLHHLHHLLLL12HXLLHLHHHLHHLH3HXLLHHHHHHHLLH4HXLHLLHLHHLLHH5HXLHLHHHLHHLHH6HXLHHLHLLHHHHH7HXLHHHHHHHLLLL8HX

43、HLLLHHHHHHHH9HXHLLHHHHHLLHH10HXHLHLHLLLHHLH11HXHLHHHLLHHLLH12HXHHLLHLHLLLHH13HXHHLHHHLLHLHH14HXHHHLHLLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLBIXXXXXXLLLLLLLL2RBIHLLLLLLLLLLLLL3LTLXXXXXHHHHHHHH43.9 按键控制及显示加一键：每按一次，当前参数加一。减一键：每按一次，当前参数减一，有借位功能。加十键：每按一次，当前参数加十。减十键：每按一次，当前参数减十。温度键：连续按此键，可循环显示室内温度、锅炉供水温度。正在显示哪一个温度由LED指示灯指

44、定。室温键：可设置室内温度给定值。设置时指示灯4点亮，否则指示灯4灭。校时键：连续按此键，可循环设置内部时钟的时参数和分参数。定时键：此键可设置循环时间选换时循环运行的时间和温度。设置时的输入顺序为：“时、分、温度设定值；时、分、温度设定值”，依次类推，最多可设置五个时间段，到达设定的时间即自动改变温度设定值，从而达到时控制的目的。运行键：以上四个键设置完毕后，按此键结束设置，投入运行。模式键：按此键，可选择是单一给定值运行，还是按循环时间运行，若为前者，则指示灯3点亮，否则指示灯灭。水温键：按此键可设置水温报警上限值。设置时指示灯4亮，否则指示灯4灭。复位键：是在控制系统出现问题时，且无法自

45、动恢复时，用来对系统进行复位的。指示灯1、2：指示灯1亮时LED显示室内温度，指示灯2亮时LED显示锅炉供水温度。指示灯5：当系统出与正常运行状态时，该指示灯亮，处于锁定状态时，指示灯灭。指示灯6：报警指示灯，当供水温度超过设定的报警温度时该灯亮。指示灯7：报警显示灯，水箱水位低于设定的安全值时，该灯亮。指示灯8：当固态继电器输出1时，该指示灯亮，输出0时，指示灯灭。图3.9 按键控制及显示3.10 电路抗干扰所谓单片机的可靠性，通常是指系统在规定的条件下以及规定的时间内完成规定任务的能力。由于单片机系统的工作环境较为复杂，在工作过程中可能受到各种因素的干扰因此在设计系统时，有必要针对系统工作环境的特点采取有效的措施，进行相应的设计，以提高其工作的可靠性。影响系统的可靠性的内部因素主要有：元器件的性能与