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水温控制系统.doc

水温控制系统

失去你感情慢慢觉醒
2019-01-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水温控制系统doc》,可适用于工程科技领域

水温控制系统学生姓名:设计时间:目 录摘要:引言一总体方案设计总体方案论证硬件方案论证软件方案论证方案确定二系统硬件设计系统硬件框图按键显示电路温度采集控制电路三系统软件设计按键检测程序温度检测程序温度控制程序液晶显示程序四系统参数计算温度采集参数硬件控制参数软件控制参数五系统调试单片机系统调试软件调试六总结参考文献附录摘 要本系统以ATC单片机为核心主要包括使用单总线温度转换芯片DSB传感器实时温度采集按键操作单片机控制水温控制液晶显示等部分。本系统通过DSB温度传感器对水温进行采样将采得的数字温度送给单片机单片机对温度通过PID算法与PWM脉宽调制相结合的技术实现精确控制温度的目的。在通过控制双向可控硅改变可控硅的导通和闭合从而控制电热丝的加热或制冷片的降温达到控制水温的目的。本系统还由按键显示和温度控制模块组成通过模块间的通信完成温度的设定实现实温的显示水温的升降等功能。具有电路结构简单系统可靠性强操作简单方便等特点。引 言温度控制系统可以说是无所不在热水器系统、空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备均需要提供温度控制功能。及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节。对于不同控制系统其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围系统或许会停止运行或遭受破坏所以我们必须能实时获取水温变化。对于超过适宜范围的温度能够报警。同时我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法自从年Intel公司推出第一批单片机以来年代单片机技术进入快速发展时期近年来随着大规模集成电路的发展单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制它的应用领域遍及各行各业大到航天飞机小至日常生活中的冰箱、彩电单片机都可以大显其能。以单片机为核心的水温控制系统也应运而生。传统的温度采集电路相当复杂需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量并且这种方式不仅电路复杂元器件个数多而且线性度和准确度都不理想抗干扰能力弱。现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高而且比传统的温度传感器有更好的线性表现最重要的一点是使用起来方便。下面就让我们一起去探讨研究一种以单片机为核心基于温度传感器的水温控制系统。一 方案设计 方案论证由于单片机的应用越来越广泛因此我们一开始就决定以现在比较流行的STC系列或AT系列单片机为控制核心。最先注意的是STC系列单片机因为我们有关于STC系列单片机的开发板方便我们进行程序的读写和调试我们就选择了STCC单片机。但是在后来的编程中注意到单片机的中端和FLASHROM可能不够用最后我们选择了STCC单片机。STCC单片机是一种带K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压高性能的微处理器拥有路外部中端个中断源个位定时器计数器等基本上能满足我们的一切要求。温度的采集与检测在系统中起到非常重要的作用常规的温度采集我们选择铜热电阻作为温度传感器将温度的变化转化为电压的变化经过放大后送往AD转换器转化为数字量以进行处理。本方案温度采集容易受外部环境影响并且硬件电路比较复杂但测温的精度可达到℃。另一种方案采用DSB数字温度传感器对水温进行采样无需进行AD转换。将采集的值直接送入单片机进行处理。DSB测温范围-℃~℃固有测温分辨率℃支持多点组网功能多个DSB可以并联在唯一的三线上最多只能并联个实现多点测温。但较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿由于DSB与微处理器间采用串行数据传送。因此在对DSB进行读写编程时必须严格的保证读写时序否则将无法读取测温结果。在DSB有关资料中均未提及Wire上所挂DSB数量问题容易使人误认为可以挂任意多个DSB在实际应用中并非如此。当Wire上所挂DSB超过个时就需要考虑微处理器的总线驱动问题这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。并且连接DSB的总线电缆是有长度限制的。但经过多次实际情况研究和对软件的考虑最后决定采用DSB进行温度采集。控制电路相对来说是比较难以决定的部分一种是采用继电器一种是采用可控硅。由于我们自身兴趣的问题我们最先选择的是可控硅继电器以前在做产品时用过但可控硅从我们开始学它到现在可控硅给我们的感觉就是很神秘我们迫不及待的想揭开它神秘的面纱!可控硅的优点是无触点开断无涌流开端速度快可以控制过零开断。缺点是成本高控制相对复杂容量小功耗大发热严重。继电器的优点是技术成熟可靠触点容量相对较大成本低几乎零功耗发热量小。缺点是开断时会产生涌流由于反应稍慢无法用于很精细开断控制电路中如移向调压等并且寿命不长。最后经过多次探讨多次试验我们决定用可控硅和继电器相结合的方法用可控硅控制电热丝的作用用继电器控制制冷片的作用。由于我们功能的要求我们按键部分选择两个独立按键并且拥有第二功能。而显示部分根据功能的要求我们直接使用了液晶显示屏能满足我们产品的要求。 方案确定最终我们选择以STCC单片机为核心以DSB温度传感器采集实际数字温度反馈到单片机通过单片机显示到液晶显示屏上。再通过两个独立按键一个增加按键一个按键来预设温度当预设温度大于或小于实际温度时单片机通过PID算法和PWM脉宽调制实现加热丝的加热或制冷片的制冷并且液晶显示屏上会显示预设温度和加热或制冷。二 系统硬件设计 系统方案框图图 总体设计框图 单片机电路单片机电路图采用MHZ晶振按键复位。电路图如下:图 单片机最小系统图 按键显示电路该电路采用两个独立按键分别接在单片机的PP口。液晶显示采用液晶显示屏单片机P端口作为数据输入端口P,PP作为的控制端口。电路图如下:图 按键显示电路 温度采集控制电路该电路采用DSB温度传感器直接与单片机P端口相连。P端口通过光耦与可控硅相连起到保护可控硅防止干扰的作用可控硅在和电热丝相连控制电热丝的工作。P端口通过三极管驱动与继电器相连继电器与制冷片相连用继电器来控制制冷片的工作。电路图如下:图 温度采集控制电路三 系统软件设计 系统程序框图 总程序框图 按键检测处理程序 按键检测流程图图 按键检测流程图 按键处理流程图图 按键处理流程图温度检测控制程序 温度检测流程图图 温度检测流程图 温度控制流程图图 温度控制流程图 液晶显示程序四 系统参数测试五 系统调试 硬件调试在硬件调试过程中由于最先完成的是液晶显示模块我们最先调试的是液晶显示模块。一个人焊接电路焊接完成后由一个人在从新检查电路。在检查电路中检查出有漏接的地方并且在液晶屏上不能显示出温度经过再次检查电路发现有元器件管脚接错的并且显示屏的分辨率没调清楚经过几次调试和修改最终完成了该模块。随后调试的是按键控制加热模块按键的调试没出现什么问题但在控制加热时可控硅一直不能够导通经过反复检测电路并没有发现什么错误开始对各个元器件和电路原理进行检测最后发现是我们用的可控硅是单向可控硅并不是双向可控硅因此我们必须对可控硅的电源进行整流是电源能过零点并且消除负电压使可控硅导通后可以截止。在检测DSB的上拉电阻是否接好另外要注意的是由单片机输出的控制信号比较小需要进行放大才能驱动继电器工作否则就不能实现降温过程通常选用三极管来进行放大。还有V交流电接头和加热丝接头必须接正确否则导致电路烧坏。都检测后没问题后电路应该不会在出错。 软件调试硬件电路检查没有问题后但还还是实现不了设计要求可能是我们软件编程的问题我们首先检查了初始化程序然后是读温度程序显示程序以及可控硅继电器控制程序对这些分段程序我们首先注意的各程序间的联系调用关系以及和B的内部时序。在检查中发现的时序有错误的复位时序出现了错误B的温度转换时的等待时序出现错误经过我们的修改使程序正常运行。发现没问题后我们检查源程序生成的代码是否烧入到单片机中如果这一过程出错那不能实现设计要求也是情理之中的。最后最重要的硬件与软件调试相结合先见检测内部程序的端口是否与硬件电路的接口一致。在我们仔细检查各个程序的模块设计和硬件电路之间的联系最后发现温度传感器的程序端口和硬件端口不一致。可控硅之所以不导通是因为我们硬件和软件对电平的要求不一致外部硬件电路的电平不能达到单片机的电平最后经过修改电路完成了整个系统的调试。六 总结段腾龙总结这次模拟全国电子设计竞赛我主要是负责硬件的设计焊接及调试的工作考虑到加热器和制冷器的余温当达到设定温度之后可能会再使水温升高或降低为了使系统保持一定的精确度我们必须考虑到器件余温的影响。经过反复的讨论研究我们一致决定加热和制冷都采用PWM控制这样不仅能使水温控制达到一定的精确度而且也能对提高加热制冷的速度。当温差大时PWM波的就会变大温差小时就将占空比降低从而精确快速的控制水温。由于水的密度会随着温度的不同而变化而加热棒制冷器又不是均匀分布在水中为了使温度测试更准确必须水的密度相同因此在水中加入了一个搅拌器这样就会使水在温度密度上完全成为了一个整体。电路设计中为了精确控制加热而加热器又是一个大功率器件因此必须用弱电控制强电我们首先向到时继电器然而继电器的工作频率又有一定的限制最后商讨决定用晶闸管来控制加热用继电器控制制冷。在仅知晶闸管理论的情况下我们尝试着将它应用到实际设计之中晶闸管的首次应用确实有不少的困难与挫折电路仿真和实际的应用差别太大经过将近一天调试终于调试成功。本次设计中我们三人的合作不是太默契首先硬件设计和软件设计不太符合导致软硬件结合的时候没有实现功能经过调试最终实现功能但是却浪费了不少时间。这次虽是模拟竞赛但是我们学到的还真不少在以后的过程中我们先要好好沟通之后再开始工作我们是一个团队只有沟通好才能工作好。刘富强总结分组后作为我们第一次一起做一个产品确实遇到许多问题之间的配合缺少默契讨论时总是会有一些分歧组员间配合少缺少必要的交流沟通。首先是感觉自己的工作做得不到位在软件和硬件之间没有起到很好的协调作用。在要做的产品方案没有完全确定就让开始做导致做硬件时出现很多问题也使最后的软件和硬件的调试中出现很多问题浪费了大量的时间。同时也意识到自己还存在许多不足许多知识点不是忘记就是感觉很模糊以至于在做产品时自己不得不去花时间去看一些以前学过的东西既浪费了自己的时间也不没能很好的帮助团队。在这深深的做自我检讨并承诺在以后的培训中一定会更加努力克服自己的不足。在这次产品中自己也学到了很多东西首先自己通过这个产品学到了很多硬件和软件的知识充实了自己同时也意识到了自己的不足能让自己在以后的培训中更加努力。也意识到对于一个产品是否能顺利完成任务实现设计要求在工作中必须意识到自己一个团队中并且在工作过程中必须认真耐心不能有一点马虎否则遗漏一个小的问题就会导致整个设计的失败。

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