水温控制系统毕业设计.docx

毕业生毕业设计学物名：学生学号：专业：计算机应用技术系别：指导教师：指导系部：水温控制系统专业：计微机系计算机应用班级：班姓名：指导教师：械：该系统由液晶屏显示模块，键盘控制模块，水温测控模块，维电器模块和报警模块组成。采用单片机EaSyARMi138进行池殳的实时采黑与控制，其中温度信号由“,线总战"数字化温度传感器DS18B20提供，温度的设定范围为IO9OC,最小区分度为0.02C.利刖维电器控制电热丝进行升降温,以达到实时控制温度的目的.该系统具备较高的测衣精度和控制精度.能纺准确地完成温度的升降控制.Abstract:Thesystemconsistsofliquidcrystaldisplay11xluIcAeytxrdmodule.Icmperaturvmeasurementandcontrolrxlulc,rclaymoduleandalannm(xiulc.Singlc-chipEasyARMI138Ibrrcal-(inacquisitionandcnlrolICmPCralUne.whichIempvralunesignalfromthebuslineIoprovidedigitaltemperatureSCnEOrDS18B20temperaturesettingrangeis40-90T.minimumdit'fercn(ialinis0.02vC.Usingof(herelaycontrolwireforelectrichealingandco<)ling.inordertoachievereal-timecontrolofIcmpcraturc.Thcsystemhashighprecisionandcontrolaccuracy,theabilityu>accuratelycompletecontrolofthetemperatureriseandfall.关键词：EasyARM1138.DS18B2O,水温实时控制Keywords:EasyARMi138¼DS18B20.thewaterIempvralurereal-limecontrolsystem1引言12j54iiE1ftvl*22.1 测量部分22.2 驱动控制部分22.3 温度加热部分33原理分析与硬件电路图33.1 .±.板的设I十与制作33.2 继电器43.3 IC电路图44软件设计与流程54.1 程序构图54.2 中断流程图64.3 程序65系统测试与误差分析Il5.1 测试结果Il5.2 误差分析Il毕业设计总结12参考文献121引W单片机自问世以来，性能不断提高和完善，同时又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片危机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所IE视。随若微控制器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,适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域，各个行业都得到了广泛的应用.单片机在很多的电子产品中用到温度检测和温度控制。随若温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制冷应运而生。在科研、生产和家庭中，常需要对某些系统进行温度的监测和控制。在工业生产中温度、压力、流量和液位是四种常用的物理量，其中温度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、煨烧、蒸储、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程,淑度控制在工业领域应用非常广泛，由r其具有影响因素多、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。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确定了。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，下面介绍如何用单片机实现系统温度的自动控制。用这种方法控温，使整个系统灵活、可靠;性高，系统达到热平衡较快，精度也比较高，融合了前面列举方法的优点，而且更加简堆方便。此方案电路简中并且可以满足题目中的各项要求的精度。基于单片机的水温自动控制系统是以单片机为核心来实现对水温度的控制，用户可以根据需求进行设苴。该水温控制系统实现了用液晶显示屏代替了数码管，使该设计更具人性化。采用比例控制方法，当设定温度突变EMO'C提裔到60"C）时，减小系统的调节时间和超调S1.该系统灵活性强,易手操作,可靠性而，将会有更广阔的开发前珏.2方案论证与设计本论文是设计一个水温控制系统，对象为1升净水，加热器为400瓦电热炉。要求能在40摄氏度至90摄氏度范用内设定控制水温，水温可以在一定位围内由人工设定，并能在环境湿度变化时实现自动调整，以保持设定温度基本不变,静态控制精度为02摄氏度.并具有较好的快速性与较小的超调.以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。2.1 测量部分方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热植电阻精度、重亚性、可旅性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器DS18B20,DS18B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数指示器件的温度信息经过旅线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从主机CPU到DSI8B2O仅需一条线（和地线）。DS1820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。温度敏感器件DS18B20的测量范用从-55C到+125C,增量值为05'C,可在IS（典型值）内把温度变换成数字。通过对比，DS18B20数字温度传感器能够满足我们对水温的精确控制，因此，本文采用方案二。2.2 驱动控制部分方案一：此方案采用89C51单片机实现，雎片机软件编程自由度大，可.用编程实现各种控制算法和迈软控制，但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样，对外围电路来说，比较豆杂，且软件实现也较麻烦。此外，51单片机需要用仿其器来实现软硬件调忒，较为繁琐。方案二：此方案采用EaSyARMl138单片机实现，该削片机具有强大的MCU内核，丰,富的外设资源，内嵌USB接口的下骏仿真器，外围电路设计简明，调试时无需任何连线和跳线，操作极为方便。并且该单片机内置四个32位Timer,2路I2C,支持100kbPS标准模式、40OkbPS快速模式，内置看门狗定时器（WatChDOgTilner）,确保芯片可靠运行。通过对比，EARMI138单片机克服了外围电路比较麻烦的缺陷，避免了仿真器的使用，而且功能多样化，踪合各方面因素，本文采用方案二。2. 3温度加热部分方案一：单纯控制加热器工作，利用单片机单纯控制加热器不利用对温度的控制，包括延迟时间，加热时间等等造成了实验精度低，不利于控制。方案二：采用闭环控制，如图1所示。图1闭环控制图实现闭环捽制的核心是利用PID算法中的比例调节,比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。具体用-实例进行说明，设P（当前）为当前温度下的功率，Po为电热炉功率，M'J：I标（当前180Ct标一t当前=18.OCP=P0P=（I标一t）8l0m（270-i目标）ms*100%*P（通过对比，方案二实验精度高H.利于控制，因此采用方案二。3原理分析与硬件电路图3. 1主板的设计与制作系统主板硬件采用以EHSyRRMu38单片机为核心，配以12M赫兹晶振.更位电路，液晶屏显示接口通过单片机的PF口实现。所有元件设计成主板，将此主板作为单片机最小系统。EasyARMl138是美国ARM公司推出的一种新型单片多位芯片，本文之所以采用这款芯片，是因为其具有精度高、抗干扰能力强、成本低'工作温度宽、噪声低、功耗低等特点。3.2 维电器本系统中，固态继电器电路图，如下图2所示。图2固态继电器电路图3.3 PCftfflFC是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方便简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在生从通信中,可以有多个FC总线器件同时接到PC总线上，所有PC兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象，使它们可以经由FC总线互相直接通信。2c电路图,如卜图3所示。4软件设计与流程图4程序结构图4.2中断流程图当系统发生中断时,通过PID计算后，由维电器进行控制，以达到较为满融的控制结果。中断流程图，如图5所示.图椒块流程图4.3WT整个系统实现功能的程序，具体如卜.，本程序实现的功镇较全面，比如:相比以前的控制温度函数解决了显示不了百位，不能直接显示负号等。#include<reg52.h>#includc<absacc.h>#inchidc<intrins.h>#include<math.h>#dcflncuintunsignedint#dcfincucharunsignedcharucharcodetableI=0x3f.0x06.0x5b.0x4f.0x66.0x6d.0x7d.0x07,0x7f.0x6f.0x40:voiddisplay(uchar,uchar.uchar,uchar);voiddelayCd(Uinlz);VOidinitjed();ucharwei_3.v.wei_4,wei_5.wei_6,FWDJlag;intshuju,a;得到向温度值uchartemp2=0.0以存放DS18B20的温度寄存器值uintvalue=0;/数据线被控开关/温度加温度减sbitDQ=PI0;sbitkcy=Pll;sbilkeyl=P34:sbitke>,2=P35:SbitdI=Pl“2;sbitWCI=PlA4：sbilwc2=P15;sbitwe3=Pl6;Sbilwc4=Pi7;voidow-rcscl(void);voidtmstart(void);voidRcad-Tcmpcraturc(void);voidwrite-byte(char);uintread_byte(void);voiddclay_l8B20(uint);/*：£函数*/voidmain)initjed(/初始化子程序Imstart();/!8b20初始化delay_I8B2(X5O);*等待转换结束*/WhiHl)Reac1.TemperatureO;delay_18B20(50);tms(art();delay_18B2O(5O):*等待转换结束*if(FWD=T)当温度为正值时if(shuju>a+5)key=。；if(shujKa-5)key=1;if(FWD=l)当温度为负值时if(abs（八）>a)(if(shuju>abs（八）+5)key=I;if(shuju<abs(a>-5)key=O;elsekey=I：display<wei_3.wei_4.wei_5.wei_6);voidexter(X)interrupt2flag=!flag;whilc(l);/*延时函数*/voiddelay-led(uintz)uintx,y;for(x=z；x>0；x-)Iorty=IIO:y>O:y-);*lcd初始化函数*/voidinit-led(key=I;FWD=O;a=40;EA=1；/开总中断EXI=I:开中断1ITl=I;选择中断方式为下降沿触发/*显示函数*/voiddisplay(ucharwei_3.ucharwei_4.ucharwei_5.ucharWei_6)wei_3=shuju/1000%100%10:wei-4=shuju100%1000¾100%10;wei5=shuju10%10000%1000%100%10:wei_6=shuju/l%10000W10000%1000%100%10;if(FWD=I)/wei-3=10;PO=tablcwc1.3;wel=0:dclay_led(5)：wel=l;PO=tablc(wci.4;we2=0;dclayjed(5);wc2=l;PO=tablc(wci_5+0x80:wc3=0:delay_led；we3=l:PO=IabIaWCi_6we4=0:delay_led(5);we4=l;voiddelay_18B2(Xuiniseconds)延时lbr(;SeCOndS>0;seconds-);voidow-rcscl(void)UCharpresence;DQ=O:delay_18B20(44);DQ=I;delay_I8B2O(3);presence=IX)dclay_18B20(l2);uintread-byte(void)uchari;for(i=8i>0i-)valuc>>=l;DQ=O;_nop_()；_nop_()；_nop_()；_nop_()；DQ=I;if(DQ)ValUd=OX8(上delay_18B20(4):rctum(value);voidwritc-bytc(charVaI)UChariJ;fbr(i=8i>0i-)DQ=O;j+；DQ=Val&0x01：dclay_18B20(8):DQ=I:j+；val>>=l;I=读取温度=4voidRCa1.TCmPCratUrC(VOid)intk.i;inttemple;ow-reset();k+;writc-by(c(OxCC);k+;vite-byie(OxBE);k+;k+;tcmpO=rcadbytc();tempiIl=read_byte();i=ten11;i<<=8;i=iltempO;if(11ag=l)dl=O;if(kcyl=O)dclay.lcd(5);if(kcyl=O)Ia=a+10:whilc(!kcyl);if(kcy2=0)delayed；/读取低字节读取高字节如果按下设置镀如果加温键被按下消抖，再次判断I1步长为1度判断键盘松开/如果减温鞋被按F再次判断，消抖if(kcy2=0)a=a-10;Whne(!key2);i=a*1610;/显示当前设置的温度elsedl=l:if(i>6348)temple=65536-i:/如果为负温则去除其补码FWD=I:elsetenle=i;FWD=O:shuju=temple10/16;5系统测试与误差分析5.1滞试结果测试方式：采用加热方式.通过读取液晶屏数据和实际测量值。灯亮表示加热，灯灭表示加热停止。对本系统测试的结果，如表1所示。表1系线测试结果图组号123456目标温度CC)405060708090实际温度39.5049.6359.71"68.79'78.8588.32CC)40.1250.3460.3270.6381.2192.87误差CC)0.500.370.321.211.212.875.2谀差分析通过测量结果可知，系统基本上达到了所要求的指标.但是.外界环境温度的变化，加热系统本身的物理性质以及控制算法都公时温度的控制产生影响，有待进一步地改进和提高。毕业设计总结：在整个毕业论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认直听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半.学习是短暂的，影响却是长远的。通过学习让我体会了团队合作的益处，在团队中一起发现问题、讨论问题.共同进步、共同提忌。论文的顺利完成，首先我要感谢我的指导老师郝静老师以及周围同学朋友的帮助，感谢他们提出宝贵的意见和建议。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是您们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基研1。口李朝有，单片机原理及接口技术（筒明修订版），杭州：北京航空航天大学出版社，19982李广弟，单片机基础MJ,北京：北京航空航天大学出版社，19943周石，数字电了技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，19894廖常初，现场总线概述J.电工技术，1999