水温恒温控制系统-毕业论文

水温恒温控制系统-毕业论文 华南农业大学珠江学院 毕业论文(设计) 水温恒温控制系统 指导教师: 系: 信息工程系 年级专业: 09级自动化 提交日期: 2013年3月25日 答辩日期: 2013年5月19日 答辩委员会主席,签名,: 评阅人,签名,: 年 月 日 摘要 在工业生产的很多领域中～人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点～而且可以大幅度提高被控温度的技术指标～从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此～单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。 单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件～只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。因此～单片机广泛用于现代工业控制中。主要内容包括:键盘、LCD显示和报警系统～加热控制系统～散热控制系统～单片机MCS-51的开发以及系统应用软件开发等。作为控制系统中的一个典型实验设计～单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识～是对所学知识的一次综合测试。 关键词:单片机;温;DS18B20;AT89C51;LCD1602 I Abstract In many fields of industrial production, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactor and boiler temperature detection and control. Application of single-chip microcomputer in temperature control is not only easy to control, simple and flexible and other advantages, and can greatly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of products. Therefore, the problem of temperature control chip control problem is a industrial production often encounter. Chip microcomputer is a set of CPU, RAM, ROM, I/O port and interrupt system and other parts in one device, only need external source and crystal can realize the processing and control of digital information. Therefore, SCM is widely used in modern industrial control. The main contents include: keyboard, LCD display and alarm system, heating system, thermal control system, singlechip MCS-51 development and application software development. As a typical experimental design in control system, temperature control system using microcomputer principle, automatic control theory, analog electronic technology, digital control technology, the keyboard and display technology and many other aspects of knowledge, is a comprehensive test of the knowledge. Keywords: chip microcomputer; temperature; DS18B20;AT89C51;LCD1602 II 设计说明 水温恒温控制系统设计是在指导老师给出的任务书并在其指导下完成的。设计任务主要是以STC89C52系列单片机为核心,用DS18B20为传感器检测温度～LED和继电器构成的模拟加温系统～使用1602液晶屏实时显示温度和配合按键设置最高最低温度等。 该温室恒温电子系统设计有以下几点基本 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 : ,1,前期的构思和硬件电路的设计以及电子配件的选型和采购。 ,2,PCB设计与元件装配。 针对上述要求～经过考虑～我构思出具有自身特色的水温恒温控制系统主要内容为: ,1,单片机最小系统模块:整个控制系统都是依靠单片机完成。从功能和价位以及本题目要求来看～我们选择STC89C52RC芯片作为本系统的控制核心～同时可以实现控制、显示、键盘等功能～基础的外围电路构建较为简单以及成本较低廉～重点是完全能够满足整个水温恒温控制系统的配置要求。 ,2,温度采集模块:选择DS18B20这种使用较为普遍并且价格比较适中的温度传感器对室温亦或者是水温的温度指数进行采集～在89C52的控制下对温度的要求进行识别并在编写好的程序下进行温度自加减的一个算法运算后输出到继电器来响应对外围设置的控制 ,3,温度控制模块:用LED灯和蜂鸣器来直观的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出整个模拟系统的一个运作状态～ ,4,显示模块:显示模块采用带字库的1602～1602具有价格低廉市场运用成熟等特点并且自身带字库等优势作为了一个显示模块的不二选择～在单片机的对DS18B20采集到的数据进行处理后在1602能够清晰的看到控制目标的一个实时温度状况～并且能够做为一个控制输入的操作界面。 ,5,输入按键模块:通过外置的四个键盘来设置最高最低的温度来告诉系统对于控制目标的一个控制范围从而构建成一个完整的模拟水温恒温控制系统。 在做本设计的过程中～我查阅了很多的相关资料～其中主要的技术资料是各个芯片的资料～如:STC89C52RC单片机资料、DS18B20数据手册～1602数据手册以及使用文档等等。 关键词:单片机,液晶显示,软件,温度,模块 III 目录 1 绪论 ................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景 .................................................................................................................... 1 1.2 国内外恒温控制技术发展现状及趋势 ...................................................................... 1 1.2.1 国外恒温控制的发展现状及趋势 .................................................................... 1 1.2.2 国内恒温控制的发展现状及趋势 .................................................................... 2 1.3 设计任务 .................................................................................................................... 2 1.3.1 设计目的 .......................................................................................................... 2 1.3.2 系统设计技术指标 ........................................................................................... 3 1.3.3 系统功能 .......................................................................................................... 3 2 总体设计 .......................................................................................................................... 4 2.1 系统框图 .................................................................................................................... 4 2.2 系统软件流程图 ........................................................................................................ 5 2.3 系统硬件连接图 ........................................................................................................ 6 3 详细设计 .......................................................................................................................... 7 3.1 硬件设计 .................................................................................................................... 7 3.1.1 最小系统设计................................................................................................... 7 3.1.2 STC89C51的各引脚功能说明.......................................................................... 8 3.1.3 晶振电路与复位电路的设计 ........................................................................... 8 3.1.4 温度采集模块................................................................................................... 9 3.2软件设计 ................................................................................................................................... 11 3.2.1主函数部分 ..................................................................................................... 11 3.2.2中断部分 ......................................................................................................... 11 ................... 12 3.2.3读温度子程序以及读温度命令转换子程序 ................................ 4 作品功能及调试情况 .................................................................................................. 14 4.1系统误差分析 ........................................................................................................... 14 4.2系统测试环境 ........................................................................................................... 14 IV 4.3测试方法 ................................................................................................................... 14 4.4继电器测试 ............................................................................................................... 14 4.5软件调试 ................................................................................................................... 15 4.6软硬件调试 ............................................................................................................... 16 5 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ................................................................................................................................. 17 参考文献 ............................................................................................................................. 18 附录 ...................................................................................................................................... 20 1.1.1 V 1 绪 论 1.1 课题背景 温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A/D转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行A/D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，采用PID算法来控制PWM波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制。因此，本系统采用一种新型的可编程温度传感器(DS18B20)，不需复杂的信号处理电路和A/D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。在日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检测与控制的家用电器。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量，现以恒温水箱控制系统的设计进行介绍。 1.2 国内外恒温控制技术发展现状及趋势 随着计算机控制技术的发展，恒温控制己在工业生产领域中得到了广泛应用，并取得了巨大的经济和社会效益。在不同的领域内，由于控制环境、目标、成本等因素，需要针对具体情况来设计系统结构和功能，以取得最佳的控制效果。其中，恒温环境的自动化控制技术在工业生产、商业运营中是一个重要研究课题。 1.2.1 国外恒温控制的发展现状及趋势 自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外恒温控制系统发展迅速，并在智能化，自适应参数的自整定等方面取得了很大的科技成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器 1 仪表。 目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。虽然温度控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器及技术来讲，其总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。 1.2.2 国内恒温控制的发展现状及趋势 我国目前在恒温控制技术这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变的温度系统控制。在适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表领域内，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。因此，我国在恒温控制等控制仪表行业与国外还有着一定的差距。 从过程量的检测角度出发，温度是最常见的过程变量之一，它是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。而恒温控制技术在工业领域应用非常广泛，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。其温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管恒温控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。 随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了 [1]广泛应用。 1.3 设计任务 1.3.1 设计目的 设计一个恒温水箱自动调节控制系统，水箱内的水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调节，以保持与设定的温度基本不变。利用单片机AT89C51实现水温的智能控制，使水温能够在60?左右实现恒定温度调节，利用数字温度传感器读出水温，并在此基础上将水温调节到通过键盘设定的温度(其方式是加热或 2 降温)，并通过数码管显示器实现当前温度与设定温度的显示。 1.3.2 系统设计技术指标 设计一个温度反馈通道的控制系统，主要包括主电路和控制电路。控制电路又包括巡回检测、跟踪比较、PID调节、执行输出、加热装置等多个环节。以下为该恒温控制系统的技术指标: (1)预置时显示设定温度，达到定温度时显示实时温度，显示精确到1?。 (2)恒温箱温度可预置，在误差范围内恒温控制，温度控制误差??1?。 (3)加热状态由LED状态和蜂鸣器声响模拟。 (4)启动后有运行指示，系统默认最高报警温度30?，默认最低报警温度20?。 (5)有较强的抗干扰性能，对升降温过程的线性没有要求。 (6)具有相应的保护功能。 1.3.3 系统功能 (1)可以对温度进行自由设定，但必须在0,100?内，设定时可以实时显示出设定的温度值。 (2) 加热由1盏LED模拟加热来实现，如果温度不在60?时，根据设定的温度值与实际检测的温度值之差来采取不同的加热方式。 (3) 能够保持实时显示水温，可通过按键设置最高和最低报警温度参数。 3 2 总体设计 本章提出了对恒温控制的几种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，根据恒温水箱控制系统的控制要求及技术指标，结合这几种方案的性能特点，最后选定以单片机为主控制器，增量式的PID算法进行调整控制PWM波形产生的方案三作为本控制系统的总体方案。 2.1 系统框图 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20,用1602液晶显示器来实现温度显示，同时可以通过按键来设置最高最低温度，通过单片机的逻辑处理来控制外围的报警电路(蜂鸣器、电风扇以及加热器)来调节温室内的温度，使温度达到一个相对稳定的状态。 1602 微控制器 按键 液晶显示器微控制器 微控制器 报警电路 温度传感器 AT89S52 DS18B20 图1 总体设计方框图 4 2.2 系统软件流程图 初始化外部中断 LCD初始化显示 按键扫描， 设定最高最 NO 低报警温度 start_flag置start_flag==1? 位 YES 读取温度、液晶显示温度 正常显NO 温度是否大于最大值示温 或者低于最小值 度 YES 温度过高蜂鸣器报警，同时继电 器驱动风扇工作;温度过低蜂鸣 器报警，同时继电器控制加热器 加热 图2 系统软件流程图 系统程序设计流程为:首先单片机上电，对液晶和单片机外部中断进行初始化，然 后进入死循环判断start_flag的状态，为1则读取温度，液晶显示温度，同时判断温度是 否超过设定的最高最低温度，实现报警功能，start_flag为0，则进入按键扫描程序，进 行最高最低报警温度设置，当设置完成后，start_flag置位，进入读取温度循环。start_flag [2]默认状态为1，通过与外部中断0相连的按键能够使start_flag清零。 5 2.3 系统硬件连接图 图3 系统硬件连接图 6 3 详细设计 3.1 硬件设计 系统总体分为:中央控制芯片，显示电路、温度传感器、按键组成。 3.1.1 最小系统设计 CPU主控制模块采用STC89C51芯片，把数字温度传感器采集到的温度信号与原预先设定值进行比较，然后根据其差值通过PID调节整定，控制继电器的通断进行不同加热方式，能用键盘进行输入数据的处理以及温度信号的实时显示。此单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际水温温度直接进行数码管显示，还能用键盘输入设定值，并且内部 [3]含有4KB的EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。如图4所示。 图4 单片机最小系统 STC89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。STC89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU 7 和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C51是一种高效微控制器，STC89C51 [4]单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 3.1.2 STC89C51的各引脚功能说明 VCC:供电电压。 Vdd:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。RST:复位输入。 ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。当/EA端保持高电平时，从内部程序存储器开始读取。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 [5]XTAL2:来自反向振荡器的输出。 3.1.3 晶振电路与复位电路的设计 单片机内部带有时钟电路，只需要在片外通过XTAL1、XTAL2引脚接入定时控制单元(晶体振荡和电容)，即可构成一个稳定的自激振荡器。振荡器的工作频率一般在1.2~12MHz之间，当然在一般情况下频率越快越好，可以保证程序运行速度即保证了控制的实时性。一般采用石英晶振作定时控制元件，在不需要高精度参考时钟时，也可以用电感代替晶振，有时也可以引入外部时钟脉冲信号。接在晶振上的电容虽然没有严格要求，但电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。因此，通常选择在10~30pF左右，在此次设计时钟电路时，晶振频率选用(12MHz)，电容选用(20pF)，并且它们 8 [6]应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。 复位电路采用按键电平复位，它通过复位端经电阻与+5V电源实现，只要能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期就可实现复位，其时钟电路和复位电路如图5所示。 图5 时钟电路和复位电路图 3.1.4 温度采集模块 由于在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。而且一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在本设计中的温度测量系统中，采用美国Dallas半导体公司的DS18B20温度芯片对水箱内的水温进行采集温度数据，并且由于它抗干扰能力强，是解决这些问题的最有效方案。另外数字温度传感器(DS18B20)具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用 [7]中取得了良好的测温效果和广泛的应用。 3.1.4.1 DS18B20的特点 (1)独特的单线接口方式:与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯。 (2)在使用中不需要任何外围元件。 (3)可用数据线供电，电压范围:+3.0,+5.5 V。 (4)测温范围:-55 ,+125?。固有测温分辨率为0.5?。 (5)通过编程可实现9,12位的数字读数方式。 (6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。 9 (7)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 [8](8)负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 3.1.4.2 DS18B20的内部结构 主要由4部分组成:64位光刻R0M、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，DS18B20的内部结构图如图6所示。 图6.DS18B20内部结构图 3.1.4.3 DS18B20的内存结构 DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温和低温触发器TH，TL和结构寄存器。高速暂存RAM包含了9个连续字节(0,8)，前两个字节是测得的温度信息，字节0的内容是温度的低8位，字节1是温度的高8位，字节2是TH(温度上限报警)，字节3是TL(温度下限报警)，字节4是配置寄存器，用于确定输出分辨率9到12位。第5、6、7个字节是预留寄存器，用于内部计算。字节8是冗余检验字节，校验前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。DS18B20中的温度传感器对温度的测量结果用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转 [9]化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625?/LSB形式表达。 3.1.4.4 温度传感器DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55?所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 10 -55? 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度,由于它内部的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温 [10]度值。 3.2软件设计 系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。 3.2.1主函数部分 该函数首先初始化外部中断0和液晶，液晶初始化显示，然后判断启动按键是否按下，如果按下则进入设置最高最低报警温度子程序。如果没有按下，则屏蔽设置按键， [11]显示温度并做出判断，判断进行报警操作。如图7所示。 开始 初始化 NO 按键扫描，设置最高 start_flag==1? 最低报警温度 图7 主函数流程图 3.2.2中断部分 中断程序只清零start_flag，然后程序通过start_flag进入设置最高最低报警温度程序。 11 3.2.3读温度子程序以及读温度命令转换子程序 出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校 [12]验有错时不进行温度数据的改写。其流程如图8所示。 发DS18B20复位命令 N CRC 校验正确, Y 读取操作，CRC校验 N 9字节完, Y 图8 读DS18B20流程图 [13]温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。其流程如图9所示。 12 发DS18B20复位命令 发跳过ROM命令 发温度转换开始命令 结束 图9 温度转换命令子程序流程图 13 4 作品功能及调试情况 4.1系统误差分析 本系统的主要误差来源于以下几个方面: (1)固态继电器SSR引起的误差。SSR是半导体继电器，当有交流负载时有漏电流。随着对电炉的加热，环境温度升高，流经SSR的电流将减小，交流电源线上的负载 [14]可能增加许多干扰信号，这些干扰信号有可能使SSR误导通。 (2)由于实验所用测量工具(如温度计)本身精度以及所带来的视觉误差，加上温 [15]度变化惯性较大，动态测量时准确控制测量精度略有难度。 4.2系统测试环境 (1)环境温度28摄氏度;(2)测试仪器: 数字万用表;(3)数字温度计0-100?。 4.3测试方法 (1)在水箱中存放1L净水，放置在1KW的电炉上，打开控制电源，系统工程进入准备工作状态; (2)用温度计标定测温系统，分别使水温稳定在40?、50?、60?、70?、80?、90?，观察系统测量温度值与实际温度值，校准系统使测量误差在1?以内。 (3)动态测试:设定温度为60?，系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据 观察超调量、调节时间和稳态误差;系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰能力。设定温度为90?系统由低温开始进入升温状态。 [16](4)检验系统的显示、恒温控制、设定等功能。 4.4继电器测试 (1)测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为“0”;而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。 (2)测线圈电阻可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。 14 (3)测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，当继电器一闭合导通时，立即记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。 (4)测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当继电器一进入断开状态时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10,50,，如果释放电压太小(小于1/10的吸合电压)，则不能正常使用了，这样会 [17]对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。 4.5软件调试 软件调试的测试平台:Proteus 仿真软件，系统软件采用KEIL语言编写。 系统的软件设计采用C语言编写，从单片机的初始化开始编写然后对各个模块的子函数进行编写和调用，编写好后首先进行对温度采集部分的调试，温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的 [18]改写。DS18B20读取温度值的程序如下: ReadTemperature(void) //向DS18B20读温度值 { Init_DS18B20(); //初始化 WriteOneChar(0xcc); //跳过读序列号的操作 WriteOneChar(0x44); //启动温度转换 delay(125); //转换需要一点时间，延时 Init_DS18B20(); //初始化 WriteOneChar(0xcc); //跳过读序列号的操作 WriteOneChar(0xbe); //读温度寄存器(头两个值分别为温度的低位和高位) tempL=ReadOneChar(); //读出温度的低位LSB tempH=ReadOneChar(); //读出温度的高位MSB //温度转换，把高低位做相应的运算转化为实际温度 temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625; delay(200); return(temperature); } 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令.其流程如图10所示。 15 发DS18B20复位命令 发跳过ROM命令 发温度转换开始命令 结束 图10 温度转换命令子程序流程图 4.6软硬件调试 作品功能:系统上电后，液晶默认最高报警温度30度，默认最低报警温度20度，显示当前的温度值。按一下启动设置按钮后，系统进入设置最高最低温度状态，先设置最高温度，通过加减按键来设置最高报警温度，按一下确定键后，切换为设置最低温度，通过加减设置最低报警温度。最后，再按一下确定按键，使系统进入显示温度界面。经过几次小的修改，系统终于正常的实现了功能。 16 5 总 结 本次设计的水温恒温控制系统，是基于单片机为控制中心的恒温系统，利用温度传感变送器，将采样到的温度信号输入到单片机中，再由单片机作为核心控制器，根据测量温度与设定温度生成控制信号，控制固态继电器的通电与断电。整个系统结构紧凑、所用芯片少、、响应速度快，体积小，成本低。系统在硬件上采用以单片机为中心的结构，充分利用单片机片上及扩展的硬件资源，在满足技术要求的前提下最大限度地减小硬件系统的体积，并具备一定的扩展升级能力。在键盘、显示电路上都采用了串行方式，从而减小了单片机口线的使用，也使使用口线小的单片机成为可能，减小了成本开支。虽然在主电源电路未采用流行的开关稳压电源，但也经济实惠，性能稳定。 在软件上，本系统实现了传感器自动识别、故障自动诊断、高级功能，极大地方便了用户使用，为了全面达到技术要求，设计过程中对软硬件作了大量优化设计。重复性以及可靠性均达到了设计指标。在程序的编写过程中特别注意了人机的交互性及各种功能的实现，如键盘控制管理程序都是经过深思熟虑而精心设计，使系统的操作界面更容易让人理解，同时使用键盘输入控制温度，虽然一定程度上增加了程序的复杂性，但同时也使系统的温度更容易设定。 当然,系统同时也存在几处缺点，纯属的模拟系统而导致没有使用PID算法让系统更趋近与现实和让系统的控制精度更高采用了89C51，一方面系统更紧凑但同时系统的可扩展性有所降低。因此，基于PID算法的恒温控制系统能够满足一般温度控制系统的要求，其有着控制精度高、算法简单、成本低的优点，有着很大的市场前景。当然，如果在其中加入更高级的算法，如模糊PID等，再将压力等参数考虑到系统中，且控制范围控大到其它的领域中去，其将有着不可估量的应用前景。 17 参考文献 [1] 吴炳胜,王桂梅.80C51单片机原理与应用[M].北京:冶金工业出版社,2001:3-4. [2] 张俊谟.单片机中级教程原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000:6. [3] 李银华.电子线路设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社.2005:6. [4] 郁有文,程继红.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学,2003. [5] 姚富安.电子电路设计实践[M].济南:山东科学技术出版社,2001. 基于模糊自整定PID的温度系统研究[J].电子质量.2003:5:32-33. [6] 武卫华. [7] 汪孝国,王婉丽.高精度PID温度控制器[J].电子与自动化.2000:5:13-15. [8] 催东剑.多点恒温自动控制系统设计[J].电工技术.2003:7:59-60. [9] 康华光.电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社,1998. [10] 沈永福,邓方林.智能PID控制综述[J].工业仪表与自动化装置.2002:6. [11] 耿长清.单片机应用技术[M].北京:化学工业出版社.2002:7. [12] 夏红,赏星耀. PID参数自整定方法综述[J].浙江科技学院学报.2003:15(4):1. [13] 赵晶.PROTEL高级应用[M].人发邮电出版社,2002:224-226. [14] 陈富安.单片机与可编程应用技术[M].北京:电子工业出版社,2003:8. [15] 戴永.微机控制技术[M].湖南:湖南大学出版社,2004:8. [16] 朱卫华,洪镇南.热处理炉群的温控系统设计[J].电工技术.2003:4. [17] 邓生明.中温箱式电阻炉微机控制系统设计[J].机电工程技术.2004:10:39-40. [18] Schieferdecker J.Infrared thermopile sensors with high sensitivity and very low temperature coefficient[J].Sensors & Actuators A.1995:8. 18 致 谢 这次毕业结束在即，在此感谢华南农业大学珠江学院给我们提供了一个锻炼的机会，给我们提供场所和设备。感谢老师们不辞辛苦给我们提供解决问题的思路和方向。在此次毕业设计中我也得到了很好的锻炼，不单在硬件软件方面的能力，而且在独立思考，解决问题，探索解决问题的方向方面的能力得到了提高。 19 附 录 /*****************************main.c***************************/ #include //标准输入输出 #include #include "lcd1602.h" #include "ds18b20.h" #include "key.h" #include "judge.h" unsigned char start_flag=1; /******************************************************************/ /* 主函数 */ /******************************************************************/ void main(void) { EA=1; //全局中断开 EX0=1; //外部中断0开 IT0=0; //电平触发 start_disp(); while(1) { while(start_flag) { temp = ReadTemperature(); display(); judge(); } while(!start_flag) { P3=0XFF; key(); } } } void ISR_Key(void) interrupt 0 using 1 { start_flag=0; } /******************************************************************/ /* 初始化 */ /******************************************************************/ void Init_DS18B20(void) { unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ复位 20 delay(8); //稍做延时 DQ = 0; //单片机将DQ拉低 delay(80); //精确延时 大于 480us DQ = 1; //拉高总线 delay(10); x=DQ; //稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay(5); } /******************************************************************/ /* 读取温度 */ /******************************************************************/ unsigned int ReadTemperature(void) { unsigned char a=0; unsigned int b=0; unsigned int t=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 delay(200); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等(共可读9个寄存器) 前两个就是温度 a=ReadOneChar(); //低位 b=ReadOneChar(); //高位 b<<=8; t=a+b; return(t); } } 21