毕业设计智能电锅炉

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第1章绪论 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2国内外研究的现状 (2)

1.3使用单片机实现锅炉控制的优点 (2)

第2章锅炉控制系统的设计方案 (3)

2.1控制系统的设计指标 (3)

2.2控制系统的功能简介及系统框图 (3)

2.3研究方案及预期结果 (4)

2.3.1 系统硬件总体方案 (4)

2.3.2 软件总体方案 (4)

2.3.3 设计的研究进程 (5)

第3章锅炉控制系统的硬件电路设计 (7)

3.1单片机电路选择 (7)

3.1.1 AT89C52的特点与性能 (8)

3.1.2 AT89C52的引脚功能与编程 (8)

3.2锅炉储水温度采集及补偿电路 (13)

3.3室内供暖温度采集电路 (15)

3.4缺水保护电路 (15)

3.5漏电及水过热保护电路 (16)

3.6显示电路的设计 (17)

3.7键盘电路设计 (20)

3.8A/D转换电路 (20)

3.8.1 ADC0809转换器 (20)

3.8.2 各引脚功能说明 (20)

3.8.3 ADC0809工作过程描述 (21)

3.9AT89C52与AT24C01A的接口设计 (22)

3.10电源及继电器板 (22)

3.10.1 固态继电器概述及特点 (22)

3.10.2固态继电器主要参数与选用 (23)

3.11看门狗电路 (24)

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3.12蜂鸣电路设计 (27)

3.13压力检测电路 (28)

第4章炉控制系统的软件设计 (30)

4.1系统程序流程图 (30)

4.2主函数设计 (31)

4．3运行子函数 (31)

第5章结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

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第1章绪论

1.1 课题背景

目前我国的燃烧锅炉的数量众多,我国现有中、小型锅炉30多万台,每年耗媒量占我国原煤产量的四分之一,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。国家在第10到第11个五年计划的科技创新指南中,对光电一体化、资源与环境、新能源与高效节能的指导性课题中明确指出:需要自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置。要求节约率达到百分之5以上,装置投资的回收期在1年以内,采暖锅炉为3年以内。如小型链条式工业锅炉用的是新型测控装置。因此这个课题有现实的意义且市场的前景良好。

锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术,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,工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:

(1)直观而集中的显示锅炉各运行参数,能显示液位、压力、温度状态。

(2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位、压力、温度的上限、下限。

(3)提高锅炉的热效率,采用计算机控制后热效率可以比以前提高百分之5到百分之10,据统计,120吨的锅炉,全年平均负荷为百分之70左右,以平均热效率提高百分之5计算,全年节约800吨。

(4)锅炉系统中包含鼓风机、引风机和给水泵等大功率电动机,由于锅炉本身特性和选型的因素,这些风机大部分不会满负荷输出的,原有的方式采用阀门和挡板控制流量,浪费非常严重。通过对鼓风机、引风机和给水泵进行微机控制可以平均节电达到百分之30到百分之40左右。

(5)作为锅炉控制系统装置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减少劳动人员的劳动强度。采用计算机控制的锅炉系统有十分周到的安全机制,可以置多点的声光报警和自动连锁停炉,杜绝人为疏忽造成的重大事故。

综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制锅炉是很好的选择。

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目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。在上海,新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚,在生产过程中需要新型的测控装置与系统,因此在不断的努力研究与开发。上海的工程技术研究人员更着重的是生产实际研究,对理论、算法和成果的论文较少;深圳在研制新型的测控装置与系统领域也比较有成就,尽管与其他国家比较尚有差距,但是,深圳的高校、研究院所的最大的特点就是实际,与生产实际应用项目无关的问题基本不去考虑,主要考虑选取什么材料,测控什么物理量,优点是什么,与机器设备的通讯接口等等。

一些发达国家在单片机新型系统研究、制造和应用上,已积累了很多经验,奠定了基础,进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上,与其他发达国家相比还存在差距,但是我国的研究人员已经克服很多困难,并在不断的摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平,这是发展趋势。

1.3 使用单片机实现锅炉控制的优点

使用单片机实现锅炉液位控制具有较高的实用价值和稳定性好等特点。能更好地对锅炉进行自动化控制,测量温度时采取光电耦合器,实现光电隔离,避免了工作人员在现场进行检测操控,方便了人员对液位系统的控制,控制方便且系统稳定性能好；采用压力传感器对压力进行测控，可简化设计方案，系统性能也更稳定；单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现蒸汽与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供暖，维持稳定系统，保证安全经济运行。本文就是采用AT89C52单片机为核心芯片的一种锅炉控制系统，具有较高的实用价值和优越性。

本系统与PLC控制系统相比大大降低了使用成本,提高了控制运行速度。根据仿真模拟运行的结果表明,该系统能很好的克服“假水位”现象,将锅炉控制在给定要求的范围内,对压力不足和压力过大进行安全报警,稳定性能好,容易操作和控制,保证了生产的正常进行。

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第2章锅炉控制系统的设计方案

2.1 控制系统的设计指标

本设计要求设计一个以单片机为核心的温度闭环控制系统以及水位控制系统，具体的技术指标如下：

(1)恒温温度控制在0-100℃之间，连续可调，误差在±0.5℃之内。

(2)LED实时显示系统温度，用键盘输入设定的温度。

(3)水位过高或过低时报警提示。

(4)具有供暖、热水、定时启动等功能。

(5)漏电、超温、及报警功能。

(6)压力范围及误差：0～2.5MPa ；误差：≤0.02MPa。

本文需要完成以下工作：详细分析课题任务，设计键盘电路，单片机系统，显示电路，温度检测电路，水位检测电路，压力检测电路，报警电路，数模转换等系统。然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行仿真调试。

2.2 控制系统的功能简介及系统框图

整个控制系统主要由CPU主板继电器分板以及控制面板组成以及控制面板组成CPU。主板实现温度的采集、处理，水位的检测、电源的监视及报警电路等功能。继电器板用于完成功能的切换及显示功能。CPU主板如图2.1所示。

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图2.1 CPU主板硬件框图

传感器一般输出的为模拟量，需要通过A/D转换，转换为单片机能够接收的数字信号，若模拟信号太弱，还需经过运算放大器放大信号。键盘输入的是系统参数的上、下限极限值，若检测到的信号值出现不在此极限区间的情况，单片机就会驱动蜂鸣器产生报警，此时就需要执行机构控制室内环境相应的改变，使得环境参数重新回到理想区间。

2.3 研究方案及预期结果

本设计是采用单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,在用液位传感器测液位的同时,又用光电式隔离器和压力传感器对锅炉的温度和压力进行检测，CPU循环检测传感器输出状态,并用LED显示示液位高度,检测液位、温度和压力等数据,实施报警安全提示,当锅炉液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵。

2.3.1 系统硬件总体方案

系统的原理是通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过6位七段LED显示器显示出液位的四种状态及报警安全提示。用LED显示是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵,需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。本设计运用了多种传感器,在使用液位传感器测液位的同时,我还选用了光电式传感器和压电式传感器来对锅炉的温度和压力进行测量,因为我们所提到的锅炉常用于供暖,所以温度的检测很重要,至于选用压力传感器主要是出于安全考虑的,压力过大有可能对锅炉造成损害甚至造成爆炸,压力过低会导致锅炉控制系统无法正常运行。所以我在第三章着重介绍了这些传感器。

2.3.2 软件总体方案

水位检测是通过四对高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的I/O口，实时对锅炉里的水位进行检测。当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，开水阀控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意，加水电磁阀有可能出故障；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭加水电磁阀，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此位置时，控制系统会自动接通加水电磁阀，开水加水；第四个位置是水位下限

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本系统所使用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在充分的情况下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高1％都会产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修正运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用。

2.3.3 设计的研究进程

本设计三章对系统进行硬件分析,主要介绍了本设计所使用的核心芯片AT89C51,重要对其端口进行介绍,介绍其功能与用途,还介绍了温度传感器、数模转换ADC0809、执行设备、LED显示和报警装置,介绍了他们的原理、结构和电路连接。我着重介绍了本设计所使用的单片机和传感器,单片机是整个系统的核心部分，传感器的性能在整个系统中起着非常重要的作用,尤其对检测精确度起着重要的作用,在其中我重点介绍了温度传感器,光电式传感器和压电式传感器。第四章我介绍了整个系统的软件设计。

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第3章锅炉控制系统的硬件电路设计

3.1 单片机电路选择

图3.1 系统总框图

硬件元器件的选择，必须考虑到功能的实现、器件的适时性、价格和通用性等几个方面。在电路的设计中，在实现所要求功能的基础上，尽量使电路简单。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积庞大。单片机（微控制器）就是在这种情况下诞生的。微控制器，亦称单片机或者单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(1/0) 等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的结构与指令功能都是按照工业控制的要求设计的，在智能控制系统中，微控制器得到了广泛的应用。

单片机目前己被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。市场上比较流行的单片机种类主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列单片机，Motorola公司的M6800系列单片机，Intel 公司的MCS96系列单片机,Microchip公司的PIC系列单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的选择也提供了很大的余地。本设计选用AT89C52单片机，它是一种低功耗、低价格，高性能8位微处理器。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.1.1 AT89C52的特点与性能

AT89C52 是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51 指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

1)AT89C52系列单片机主要性能参数如下：

2)与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

3)8k字节可重擦写Flash闪速存储器

4)1000次擦写周期

5)全静态操作：0Hz-24MHz

6)三级加密程序存储器

7)256字节内部RAM

8)32个可编程I/O口线

9)3个16位定时/计数器

10)8个中断源

11)可编程串行UART通道

12)低功耗空闲和掉电模式。

AT89C52 提供以下标准功能：

8k字节Flash 闪速存储器，256字节内部RAM，32 个I/O 口线，3 个16 位定时/计数器，一个6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

3.1.2 AT89C52的引脚功能与编程

引脚功能说明如图3.2：

1)Vcc：电源电压

2)GND：地

3)P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活

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在Flash 编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，

图3.2 AT89C52单片机封装图

4)P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入

表1

Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8位地址。

5)P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I IL)。

在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR 指令）时，P2口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI 指令）时，P2口输出P2 锁存器的内容。

Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

6)P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级

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P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示：

表2 引脚P3口的第二功能

此外，P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

7)RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

8)ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。

9)PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

10)EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H —FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电

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11)XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

12)XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

AT89C52的存储器

(1)中断寄存器：

AT89C52有6个中断源，2个中断优先级，IE寄存器控制各中断位，IP寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级。

(2)数据存储器：

AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128 字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。

例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2 口）地址单元。

MOV 0A0H，#data

间接寻址指令访问高128 字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0 的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。

MOV @R0，#data

堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128 位数据RAM 亦可作为堆栈区使用。

(3)定时器0和定时器1：

AT89C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT89C51的相同。

(4)定时器2：

定时器2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2 位选择。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。

(5)波特率发生器：

当T2CON中的TCLK 和RCLK 置位时，定时/计数器2 作为波特率发生器使用。如果定时/计数器2 作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1 用于其它功能。若RCLK 和TCLK 置位，则定时器2工作于波特率发生器方式。

波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，TH2 翻转使定

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(6)中断：

AT89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE 的置位或清0 来控制每一个中断的允许或禁止。IE 也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。定时器2 的中断是由T2CON 中的TF2 和EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2 或EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0 和定时器1 的标志位TF0 和TF1 在定时器溢出那个机器周期的S5P2 状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2 的标志位TF2 在定时器溢出的那个机器周期的S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。

Flash存储器的编程：AT89C52单片机内部有8k字节的Flash PEROM，这个Flash存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。编程接口可接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程器兼容。AT89C52单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息，见表3。

AT89C52的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。

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图3.3 AT89C52编程电路

(7)程程序序校验：如果加密位LB1、LB2没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据，采用如图3.3的电路。加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证。

(8)编程方法：

1)在地址线上加上要编程单元的地址信号。

2)在数据线上加上要写入的数据字节。

3)激活相应的控制信号。

4)在高电压编程方式时，将EA/Vpp端加上+12V编程电压。

5)每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个

ALE/PROG编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。

重复1—5步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编

程结束。

Ready/Busy：字节编程的进度可通过“RDY/BSY输出信号监测，编程期间，ALE变为高电平“H”后，P3.4（RDY/BSY）端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程完成后，P3.4变为高电平表示准备就绪状态。

芯片擦除：利用控制信号的正确组合并保持ALE/PROG引脚10mS的低电平脉冲宽度即可将PEROM阵列（4k字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需再编程之前进行。

3.2 锅炉储水温度采集及补偿电路

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为了达到测量高精度的要求,选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性(重复性优于0．1℃,其良好的非线形可以保证优于0．1℃ 的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以达到0.1℃测量精度.)超低温漂移高精度运算放大器将温度一电压信号进行放大,便于A／D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。

AD590是电流型的集成温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：

(1)流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

=1mA/K（3-1）

如（3-1）式中：r I-流过器件（AD590）的电流，单位mA ; T-热力学温度，单位K。

(2)AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

(3)AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V～6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

(4)输出电阻为710MW。

(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。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，广泛应用于不同的温度控制场合。

考虑到本系统的测温范围（0~100摄氏度）的特点，故选用AD590作为测温元件。在实际应用中获得了良好的效果。AD590测量的是开氏温度，需要补偿城摄氏温度，且有传感器过来的电压信号较弱，需要放大后送入AD590温度补偿电路如图3.4所示。

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VCC

图3.4 AD590温度补偿电路

图中，AD590输出的电流信号经1R（本系统取值为1R=10K）转换成了10 mV/℃的电压输出信号，1A

R，

W，

R等构成了温度补偿电路，调节

W 使0℃时的电压输出0V=0，8

U构成了放大电路其当打倍数为()

R W

根据测量温度范围不同，调节电位器2

W得到不同的放大倍数以防止放大器饱和。

3.3 室内供暖温度采集电路

图3.5 温度采集电路

如图 3.5，室内温度采集电路原理如锅炉才睡温度补偿电路相似。都是一AD590作为温度采集元件对室温进行采集，有调零放大的作用，再通过数模转换器ADC0809进行温度电流信号转换，从而达到采集温度，调控水温的效果。其中放大器有把信号争强和调节电流正反向的作用，都可以达到系统所要求的精度，从而实现对室内温度的控制。

3.4 缺水保护电路

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缺水保护电路原理图如图3.6所示，当锅炉缺水时，若不及时切断电源就会损坏加热器甚至发生事故，系统设置了缺水自动保护电路，当不缺水时，达林顿管G1导通，则使得光电藕合器的输出高电平，74LS06A输出为低电平，系统正常工作，当锅炉缺水时，即水位低于A点，水位传感器的A,B俩点断开，达林顿管不通，光耦断开，74LS06A输出高电平，此高电平信号去继电器板以断开SSR的电源，保证了人身安全，当发生漏电时，产生的高电平信号同时还进行了声光报警以通知用户采取紧急措施。

图3.6缺水保护电路

3.5 漏电及水过热保护电路

图3.7 漏电及过水位保护电路

漏电及过水位保护电路如图3.7所示，加热器是否漏电直接关系到用户的人身安全问题，本系统采用了双重保护。一是直接在加热器的主电路中串接漏电断路器。二是在控制电路中设计了漏电保护电路，当有漏电发生时，通过电位

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊器W1，运放TL084输出电压信号，若此电压信号大于负端的电压参考值时，比较器LM393输出高电平信号，此高电平信号直接连向继电器板，通过中间继电器切断SSR的+5V电源，从而使加热信号与220V交流电源断开，本系统能够保护只要漏电流ID>10mA时，即可迅速切断主电路，从而保证了人身安全，当发生漏电时，产生的高电平信号同时还进行声光报警以通知用户采取紧急措施。

为了保证锅炉中的水不至于沸腾，本系统限定水温不应大于100摄氏度。当微机系统检测到水温高于100摄氏度时，马上发出一高电平到74LS32的输入端，通过中间继电器立即切断加热器电源，同时进行声光报警，带用户排除故障后，人工按动复位键使系统重新投入正常的运行状态。设计系统正常工作时，水不会过热。

3.6 显示电路的设计

图3.8 显示电路

74HC595不仅可以用来驱动发光二极管,而且能够用来驱动LED显示器。在

I/O口较为紧张的情况下,对产品的体积要求不高,并且希望降低成本时,采用这种方案较为理想。74HC595芯片是一种串入并出的芯片,在电子显示屏制作当中有广泛的应用。

LED数码管简介

发光二极管LED是能将电信号转换成光信号的发光器件，7段LED数码管则是在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成的“8”字型，分别引出它们的电极，点亮相应的笔段来显示出0-9的数字。

LED数码管的结构与特性

LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解这些特性，对编程是很重要的，不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊也是不同的。共阴和共阳极数码管的外形及内部电路如图3.9所示，它们的发光原理是一样的，只是电源极性不同。

将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，若把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。

图3.9 数码管外形和内部电路

LED数码管的主要特点如下：

(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容；

(2)发光响应时间极短(<0.1μs)，高频特性好，单色性好，亮度高；

(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好；

(4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时，成本低。

(5)LED数码管被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。

LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管用电电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。

74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHCP的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（DS），和一个串行输出（Q7’），和一个异步的低电平复位（MR），存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

Arduino采用的ATmega168芯片带12个数字I/O管脚，其中每个都可以对一个数字量进行控制，从而实现类似于点亮一个发光二极管这样的功能。在实际的工程应用里，有时我们可能会遇到需要对更多的数字量进行控制的场合，比如同时控制16个发光二极管，这时Arduino自带的数字I/O管脚就不够用了，必须

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