水溫控制系統

1、水溫控制系統同學姓名：設計時間：目 錄摘要：引言一 總體方案設計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 系統硬件設計1 系統硬件框圖2 按鍵顯示電路3 溫度采集把握電路三 系統軟件設計1 按鍵檢測程序2 溫度檢測程序3 溫度把握程序4 液晶顯示程序四 系統參數計算1 溫度采集參數2 硬件把握參數3 軟件把握參數五 系統調試1 單片機系統調試2 軟件調試六 總結參考文獻附錄摘 要 本系統以AT89C52單片機為核心，主要包括使用單總線溫度轉換芯片DS18B20傳感器實時溫度采集，按鍵操作，單片機把握，水溫把握，液晶顯示等部分。本系統通過DS18B20溫度傳感器對水溫進行采

2、樣，將采得的數字溫度送給單片機，單片機對溫度通過PID算法與PWM脈寬調制相結合的技術實現精確把握溫度的目的。在通過把握雙向可控硅，轉變可控硅的導通和閉合從而把握電熱絲的加熱或制冷片的降溫達到把握水溫的目的。本系統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定，實現實溫的顯示，水溫的升降等功能。具有電路結構簡潔，系統牢靠性強，操作簡潔便利等特點。引 言溫度把握系統可以說是無所不在，熱水器系統、空調系統、冰箱、電飯煲、電風扇等家電產品以至手持式高速高效的計算機和電子設備，均需要供應溫度把握功能。準時精確地得到溫度信息并對其進行適時的把握,在很多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié)。對于不同把

3、握系統，其適宜的水質溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統或許會停止運行或患病破壞，所以我們必需能實時獵取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也期望在適宜溫度范圍內可以由檢測人員依據實際狀況加以轉變。單片機對對溫度的把握是工業(yè)生產中經常使用的把握方法.自從1976年Intel公司推出第一批單片機以來，80年月單片機技術進入快速進展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的進展，單片機連續(xù)朝快速、高性能方向進展。單片機主要用于把握，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。以單片機為核心的水溫把握系統也應運而生。傳統的溫度采集電路相當簡單

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

5、89C51單片機。但是在后來的編程中留意到51單片機的中端和FLASH ROM可能不夠用最終我們選擇了STC89C52單片機。STC89C52單片機是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能的微處理器，擁有4路外部中端，6個中斷源，3個16位定時器/計數器等，基本上能滿足我們的一切要求。溫度的采集與檢測在系統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，將溫度的變化轉化為電壓的變化，經過放大后送往A/D轉換器轉化為數字量以進行處理。本方案溫度采集簡潔受外部環(huán)境影響并且硬件電路比較簡單，但測溫的精度可達到0.1。另一種方案接受DS18B20數字溫度傳感器對水

6、溫進行采樣，無需進行AD轉換。將采集的值直接送入單片機進行處理。DS18B20測溫范圍 55+125，固有測溫辨別率0.5，支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫。但較小的硬件開銷需要相對簡單的軟件進行補償，由于DS18B20 與微處理器間接受串行數據傳送。因此， 在對DS18B20 進行讀寫編程時，必需嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在DS18B20 有關資料中均未提及1Wire上所掛DS18B20數量問題，簡潔使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當1Wire上所掛DS18B20超過8個時，就需要考慮微

7、處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以留意。并且連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。但經過多次實際狀況爭辯和對軟件的考慮最終打算接受DS18B20進行溫度采集。把握電路相對來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，繼電器以前在做產品時用過，但可控硅從我們開頭學它到現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)點是無觸點，開斷無涌流，開端速度快，可以把握過零開斷。缺點是成本高，把握相對簡單，容量小，功耗大，發(fā)熱嚴峻。繼電器的優(yōu)點是技術成熟牢靠，觸點容量相對較大，成本低，幾

8、乎零功耗，發(fā)熱量小。缺點是開斷時會產生涌流，由于反應稍慢，無法用于很精細開斷把握電路中，如移向調壓等，并且壽命不長。最終經過多次探討多次試驗我們打算用可控硅和繼電器相結合的方法，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獨立按鍵，并且擁有其次功能。而顯示部分依據功能的要求我們直接使用了1602液晶顯示屏，能滿足我們產品的要求。2 方案確定 最終我們選擇以STC89C52單片機為核心，以DS18B20溫度傳感器采集實際數字溫度反饋到單片機，通過單片機顯示到液晶顯示屏上。再通過兩個獨立按鍵，一個增加按鍵一個按鍵來預設溫度，當預設溫度大于或小于實際溫度

9、時，單片機通過PID算法和PWM脈寬調制實現加熱絲的加熱或制冷片的制冷，并且液晶顯示屏上會顯示預設溫度和加熱或制冷。二 系統硬件設計1 系統方案框圖圖2-1 總體設計框圖2 單片機電路單片機電路圖接受6MHZ晶振，按鍵復位。電路圖如下：圖2-2 單片機最小系統圖3 按鍵顯示電路 該電路接受兩個獨立按鍵，分別接在單片機的P3.0，P3.1口。液晶顯示接受1602液晶顯示屏，單片機P0端口作為數據輸入端口，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端口通過三極管驅動與繼電器相連，繼電器與制冷片相連，用繼電器來把握制冷片的工作。電路圖如下：圖2-4 溫度采集把握電路三 系統軟件設計1 系統程序框圖 3-1 總程序框圖2 按鍵檢測處理程序2.1 按鍵檢測流程圖圖3-2 按鍵檢測流程圖2.2 按鍵處理流程圖圖3-3 按鍵處理流程圖3 溫度檢測把握程序3.1 溫度檢測流程圖圖3-4 溫度檢測流程圖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 系統參數測試 五 系統調試1 硬件調試 在硬件調試過程中由于最先完成的是1602液晶顯示模塊，我們最

11、先調試的是液晶顯示模塊。一個人焊接電路，焊接完成后由一個人在從新檢查電路。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，經過再次檢查電路發(fā)覺有元器件管腳接錯的并且顯示屏的辨別率沒調清楚，經過幾次調試和修改最終完成了該模塊。隨后調試的是按鍵，把握加熱模塊，按鍵的調試沒消滅什么問題，但在把握加熱時可控硅始終不能夠導通，經過反復檢測電路并沒有發(fā)覺什么錯誤，開頭對各個元器件和電路原理進行檢測，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，因此我們必需對可控硅的電源進行整流是電源能過零點并且消退負電壓，使可控硅導通后可以截止。在檢測DS18B20的上拉電阻是否接好，另外要留意的是

12、，由單片機輸出的把握信號比較小，需要進行放大才能驅動繼電器工作，否則就不能實現降溫過程，通常選用8050三極管來進行放大。還有220V溝通電接頭和加熱絲接頭必需接正確，否則導致電路燒壞。都檢測后沒問題后電路應當不會在出錯。2 軟件調試 硬件電路檢查沒有問題后但還還是實現不了設計要求，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，對這些分段程序，我們首先留意的各程序間的聯系，調用關系，以及1602和18B20的內部時序。在檢查中發(fā)覺1602的時序有錯誤，1602的復位時序消滅了錯誤，18B20的溫度轉換時的等待時序消滅錯誤，經過我們的

13、修改使程序正常運行。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中，假如這一過程出錯，那不能實現設計要求也是情理之中的。最終最重要的硬件與軟件調試相結合，先見檢測內部程序的端口是否與硬件電路的接口全都。在我們認真檢查各個程序的模塊設計和硬件電路之間的聯系，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ㄊ怯捎谖覀冇布蛙浖﹄娖降囊蟛蝗?，外部硬件電路的電平不能達到單片機的電平，最終經過修改電路完成了整個系統的調試。歡迎下載六 總結段騰龍總結這次模擬全國電子設計競賽我主要是負責硬件的設計焊接及調試的工作，考慮到加熱器和制冷器的余溫當達到設定溫度之后可能會再使水溫上升或

14、降低，為了使系統保持肯定的精確度我們必需考慮到器件余溫的影響。經過反復的爭辯爭辯，我們全都打算加熱和制冷都接受PWM把握，這樣不僅能使水溫把握達到肯定的精確度而且也能對提高加熱制冷的速度。當溫差大時PWM波的就會變大溫差小時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，為了使溫度測試更精確必需水的密度相同因此在水中加入了一個攪拌器這樣就會使水在溫度密度上完全成為了一個整體。電路設計中為了精確把握加熱而加熱器又是一個大功率器件因此必需用弱電把握強電，我們首先向到時繼電器，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用到實際設計之中，晶閘管的首次應用的確有不少的困難與挫折，電路仿真和實際的應用差別太大，經過將近一天調試最終調試成功。本次設計中我們三人的合作不是太默契，首先硬件設計和軟件設計不太符合，導致軟硬件結合的時候沒有實現功能，經過調試最終實現功能，但是卻鋪張了不少時間。這次雖是模擬競賽但是我們學到的還真不少，在以后的過程中我們先要好好溝通之后再開頭工作，我們是一個團隊，只有溝通好才能工作好。劉富強總結分組后作為我們第一次一起做一個產品的確遇到很多問題，之間的協作缺少默契，爭辯時總是會有一些分歧，組員間協作少，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調作用。在要做的產品方案沒有完全確定就讓開頭做，導致做硬件時消滅很多問題，也使最終的軟件和硬件的調試中消滅很多問題，鋪張了大量的時間。同時也意識到自己還存在很多不足，很多學問點不是遺忘就是感覺很模糊，以至于在做產品時