水溫控制系統(tǒng)

1、水溫控制系統(tǒng)同學(xué)姓名：設(shè)計(jì)時(shí)間：目 錄摘要：引言一 總體方案設(shè)計(jì)1 總體方案論證2 硬件方案論證3 軟件方案論證4 方案確定二 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)硬件框圖2 按鍵顯示電路3 溫度采集把握電路三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1 按鍵檢測(cè)程序2 溫度檢測(cè)程序3 溫度把握程序4 液晶顯示程序四 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算1 溫度采集參數(shù)2 硬件把握參數(shù)3 軟件把握參數(shù)五 系統(tǒng)調(diào)試1 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試2 軟件調(diào)試六 總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄摘 要 本系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心，主要包括使用單總線溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20傳感器實(shí)時(shí)溫度采集，按鍵操作，單片機(jī)把握，水溫把握，液晶顯示等部分。本系統(tǒng)通過DS18B20溫度傳感器對(duì)水溫進(jìn)行采

2、樣，將采得的數(shù)字溫度送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)溫度通過PID算法與PWM脈寬調(diào)制相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確把握溫度的目的。在通過把握雙向可控硅，轉(zhuǎn)變可控硅的導(dǎo)通和閉合從而把握電熱絲的加熱或制冷片的降溫達(dá)到把握水溫的目的。本系統(tǒng)還由按鍵顯示和溫度把握模塊組成，通過模塊間的通信完成溫度的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)實(shí)溫的顯示，水溫的升降等功能。具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)牢靠性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)潔便利等特點(diǎn)。引 言溫度把握系統(tǒng)可以說是無(wú)所不在，熱水器系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、冰箱、電飯煲、電風(fēng)扇等家電產(chǎn)品以至手持式高速高效的計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備，均需要供應(yīng)溫度把握功能。準(zhǔn)時(shí)精確地得到溫度信息并對(duì)其進(jìn)行適時(shí)的把握,在很多工業(yè)場(chǎng)合中都是重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于不同把

3、握系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個(gè)范圍。超過這個(gè)范圍，系統(tǒng)或許會(huì)停止運(yùn)行或患病破壞，所以我們必需能實(shí)時(shí)獵取水溫變化。對(duì)于，超過適宜范圍的溫度能夠報(bào)警。同時(shí)，我們也期望在適宜溫度范圍內(nèi)可以由檢測(cè)人員依據(jù)實(shí)際狀況加以轉(zhuǎn)變。單片機(jī)對(duì)對(duì)溫度的把握是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的把握方法.自從1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)，80年月單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速進(jìn)展時(shí)期，近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的進(jìn)展，單片機(jī)連續(xù)朝快速、高性能方向進(jìn)展。單片機(jī)主要用于把握，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。以單片機(jī)為核心的水溫把握系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的溫度采集電路相當(dāng)簡(jiǎn)單

4、，需要經(jīng)過溫度采集、信號(hào)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等一系列工作才能得到溫度的數(shù)字量，并且這種方式不僅電路簡(jiǎn)單，元器件個(gè)數(shù)多，而且線性度和精確度都不抱負(fù)，抗干擾力量弱?，F(xiàn)在常用的溫度傳感器芯片不但功率消耗低、精確率高，而且比傳統(tǒng)的溫度傳感器有更好的線性表現(xiàn)，最重要的一點(diǎn)是使用起來(lái)便利。下面就讓我們一起去探討爭(zhēng)辯一種以單片機(jī)為核心，基于溫度傳感器的水溫把握系統(tǒng)。一 方案設(shè)計(jì)1 方案論證由于單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此我們一開頭就打算以現(xiàn)在比較流行的STC系列或AT 系列單片機(jī)為把握核心。最先留意的是STC系列單片機(jī)，由于我們有關(guān)于STC系列單片機(jī)的開發(fā)板，便利我們進(jìn)行程序的讀寫和調(diào)試，我們就選擇了STC

5、89C51單片機(jī)。但是在后來(lái)的編程中留意到51單片機(jī)的中端和FLASH ROM可能不夠用最終我們選擇了STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能的微處理器，擁有4路外部中端，6個(gè)中斷源，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，基本上能滿足我們的一切要求。溫度的采集與檢測(cè)在系統(tǒng)中起到格外重要的作用，常規(guī)的溫度采集我們選擇銅熱電阻作為溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，經(jīng)過放大后送往A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以進(jìn)行處理。本方案溫度采集簡(jiǎn)潔受外部環(huán)境影響并且硬件電路比較簡(jiǎn)單，但測(cè)溫的精度可達(dá)到0.1。另一種方案接受DS18B20數(shù)字溫度傳感器對(duì)水

6、溫進(jìn)行采樣，無(wú)需進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。將采集的值直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理。DS18B20測(cè)溫范圍 55+125，固有測(cè)溫辨別率0.5，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。但較小的硬件開銷需要相對(duì)簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20 與微處理器間接受串行數(shù)據(jù)傳送。因此， 在對(duì)DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必需嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在DS18B20 有關(guān)資料中均未提及1Wire上所掛DS18B20數(shù)量問題，簡(jiǎn)潔使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)1Wire上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要考慮微

7、處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以留意。并且連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。但經(jīng)過多次實(shí)際狀況爭(zhēng)辯和對(duì)軟件的考慮最終打算接受DS18B20進(jìn)行溫度采集。把握電路相對(duì)來(lái)說是比較難以打算的部分，一種是接受繼電器，一種是接受可控硅。由于我們自身愛好的問題我們最先選擇的是可控硅，繼電器以前在做產(chǎn)品時(shí)用過，但可控硅從我們開頭學(xué)它到現(xiàn)在可控硅給我們的感覺就是很奇特，我們迫不及待的想揭開它奇特的面紗！可控硅的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)觸點(diǎn)，開斷無(wú)涌流，開端速度快，可以把握過零開斷。缺點(diǎn)是成本高，把握相對(duì)簡(jiǎn)單，容量小，功耗大，發(fā)熱嚴(yán)峻。繼電器的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟牢靠，觸點(diǎn)容量相對(duì)較大，成本低，幾

8、乎零功耗，發(fā)熱量小。缺點(diǎn)是開斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生涌流，由于反應(yīng)稍慢，無(wú)法用于很精細(xì)開斷把握電路中，如移向調(diào)壓等，并且壽命不長(zhǎng)。最終經(jīng)過多次探討多次試驗(yàn)我們打算用可控硅和繼電器相結(jié)合的方法，用可控硅把握電熱絲的作用，用繼電器把握制冷片的作用。由于我們功能的要求我們按鍵部分選擇兩個(gè)獨(dú)立按鍵，并且擁有其次功能。而顯示部分依據(jù)功能的要求我們直接使用了1602液晶顯示屏，能滿足我們產(chǎn)品的要求。2 方案確定 最終我們選擇以STC89C52單片機(jī)為核心，以DS18B20溫度傳感器采集實(shí)際數(shù)字溫度反饋到單片機(jī)，通過單片機(jī)顯示到液晶顯示屏上。再通過兩個(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)增加按鍵一個(gè)按鍵來(lái)預(yù)設(shè)溫度，當(dāng)預(yù)設(shè)溫度大于或小于實(shí)際溫度

9、時(shí)，單片機(jī)通過PID算法和PWM脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)加熱絲的加熱或制冷片的制冷，并且液晶顯示屏上會(huì)顯示預(yù)設(shè)溫度和加熱或制冷。二 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)方案框圖圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖2 單片機(jī)電路單片機(jī)電路圖接受6MHZ晶振，按鍵復(fù)位。電路圖如下：圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3 按鍵顯示電路 該電路接受兩個(gè)獨(dú)立按鍵，分別接在單片機(jī)的P3.0，P3.1口。液晶顯示接受1602液晶顯示屏，單片機(jī)P0端口作為數(shù)據(jù)輸入端口，P2.0,P2.1，P2.2作為1602的把握端口。電路圖如下：圖2-3 按鍵顯示電路4 溫度采集把握電路 該電路接受DS18B20溫度傳感器直接與單片機(jī)P3.7端口相連。P2.0端口通過光耦與

10、可控硅相連起到愛護(hù)可控硅防止干擾的作用，可控硅在和電熱絲相連把握電熱絲的工作。P2.1端口通過三極管驅(qū)動(dòng)與繼電器相連，繼電器與制冷片相連，用繼電器來(lái)把握制冷片的工作。電路圖如下：圖2-4 溫度采集把握電路三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)程序框圖 3-1 總程序框圖2 按鍵檢測(cè)處理程序2.1 按鍵檢測(cè)流程圖圖3-2 按鍵檢測(cè)流程圖2.2 按鍵處理流程圖圖3-3 按鍵處理流程圖3 溫度檢測(cè)把握程序3.1 溫度檢測(cè)流程圖圖3-4 溫度檢測(cè)流程圖3.2 溫度把握流程圖圖3-5 溫度把握流程圖4 液晶顯示程序四 系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試 五 系統(tǒng)調(diào)試1 硬件調(diào)試 在硬件調(diào)試過程中由于最先完成的是1602液晶顯示模塊，我們最

11、先調(diào)試的是液晶顯示模塊。一個(gè)人焊接電路，焊接完成后由一個(gè)人在從新檢查電路。在檢查電路中檢查出有漏接的地方，并且在液晶屏上不能顯示出溫度，經(jīng)過再次檢查電路發(fā)覺有元器件管腳接錯(cuò)的并且顯示屏的辨別率沒調(diào)清楚，經(jīng)過幾次調(diào)試和修改最終完成了該模塊。隨后調(diào)試的是按鍵，把握加熱模塊，按鍵的調(diào)試沒消滅什么問題，但在把握加熱時(shí)可控硅始終不能夠?qū)?，?jīng)過反復(fù)檢測(cè)電路并沒有發(fā)覺什么錯(cuò)誤，開頭對(duì)各個(gè)元器件和電路原理進(jìn)行檢測(cè)，最終發(fā)覺是我們用的可控硅是單向可控硅并不是雙向可控硅，因此我們必需對(duì)可控硅的電源進(jìn)行整流是電源能過零點(diǎn)并且消退負(fù)電壓，使可控硅導(dǎo)通后可以截止。在檢測(cè)DS18B20的上拉電阻是否接好，另外要留意的是

12、，由單片機(jī)輸出的把握信號(hào)比較小，需要進(jìn)行放大才能驅(qū)動(dòng)繼電器工作，否則就不能實(shí)現(xiàn)降溫過程，通常選用8050三極管來(lái)進(jìn)行放大。還有220V溝通電接頭和加熱絲接頭必需接正確，否則導(dǎo)致電路燒壞。都檢測(cè)后沒問題后電路應(yīng)當(dāng)不會(huì)在出錯(cuò)。2 軟件調(diào)試 硬件電路檢查沒有問題后但還還是實(shí)現(xiàn)不了設(shè)計(jì)要求，可能是我們軟件編程的問題，我們首先檢查了初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及可控硅，繼電器把握程序，對(duì)這些分段程序，我們首先留意的各程序間的聯(lián)系，調(diào)用關(guān)系，以及1602和18B20的內(nèi)部時(shí)序。在檢查中發(fā)覺1602的時(shí)序有錯(cuò)誤，1602的復(fù)位時(shí)序消滅了錯(cuò)誤，18B20的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的等待時(shí)序消滅錯(cuò)誤，經(jīng)過我們的

13、修改使程序正常運(yùn)行。發(fā)覺沒問題后我們檢查源程序生成的代碼是否燒入到單片機(jī)中，假如這一過程出錯(cuò)，那不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求也是情理之中的。最終最重要的硬件與軟件調(diào)試相結(jié)合，先見檢測(cè)內(nèi)部程序的端口是否與硬件電路的接口全都。在我們認(rèn)真檢查各個(gè)程序的模塊設(shè)計(jì)和硬件電路之間的聯(lián)系，最終發(fā)覺溫度傳感器的程序端口和硬件端口不全都?？煽毓柚圆粚?dǎo)通是由于我們硬件和軟件對(duì)電平的要求不全都，外部硬件電路的電平不能達(dá)到單片機(jī)的電平，最終經(jīng)過修改電路完成了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。歡迎下載六 總結(jié)段騰龍總結(jié)這次模擬全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽我主要是負(fù)責(zé)硬件的設(shè)計(jì)焊接及調(diào)試的工作，考慮到加熱器和制冷器的余溫當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度之后可能會(huì)再使水溫上升或

14、降低，為了使系統(tǒng)保持肯定的精確度我們必需考慮到器件余溫的影響。經(jīng)過反復(fù)的爭(zhēng)辯爭(zhēng)辯，我們?nèi)即蛩慵訜岷椭评涠冀邮躊WM把握，這樣不僅能使水溫把握達(dá)到肯定的精確度而且也能對(duì)提高加熱制冷的速度。當(dāng)溫差大時(shí)PWM波的就會(huì)變大溫差小時(shí)就將占空比降低從而精確快速的把握水溫。由于水的密度會(huì)隨著溫度的不同而變化，而加熱棒制冷器又不是均勻分布在水中，為了使溫度測(cè)試更精確必需水的密度相同因此在水中加入了一個(gè)攪拌器這樣就會(huì)使水在溫度密度上完全成為了一個(gè)整體。電路設(shè)計(jì)中為了精確把握加熱而加熱器又是一個(gè)大功率器件因此必需用弱電把握強(qiáng)電，我們首先向到時(shí)繼電器，然而繼電器的工作頻率又有肯定的限制最終商討打算用晶閘管來(lái)把握加

15、熱，用繼電器把握制冷。在僅知晶閘管理論的狀況下我們嘗試著將它應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)之中，晶閘管的首次應(yīng)用的確有不少的困難與挫折，電路仿真和實(shí)際的應(yīng)用差別太大，經(jīng)過將近一天調(diào)試最終調(diào)試成功。本次設(shè)計(jì)中我們?nèi)说暮献鞑皇翘酰紫扔布O(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)不太符合，導(dǎo)致軟硬件結(jié)合的時(shí)候沒有實(shí)現(xiàn)功能，經(jīng)過調(diào)試最終實(shí)現(xiàn)功能，但是卻鋪張了不少時(shí)間。這次雖是模擬競(jìng)賽但是我們學(xué)到的還真不少，在以后的過程中我們先要好好溝通之后再開頭工作，我們是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，只有溝通好才能工作好。劉富強(qiáng)總結(jié)分組后作為我們第一次一起做一個(gè)產(chǎn)品的確遇到很多問題，之間的協(xié)作缺少默契，爭(zhēng)辯時(shí)總是會(huì)有一些分歧，組員間協(xié)作少，缺少必要的溝通溝通。首先是感覺自己的工作做得不到位，在軟件和硬件之間沒有起到很好的協(xié)調(diào)作用。在要做的產(chǎn)品方案沒有完全確定就讓開頭做，導(dǎo)致做硬件時(shí)消滅很多問題，也使最終的軟件和硬件的調(diào)試中消滅很多問題，鋪張了大量的時(shí)間。同時(shí)也意識(shí)到自己還存在很多不足，很多學(xué)問點(diǎn)不是遺忘就是感覺很模糊，以至于在做產(chǎn)品時(shí)