电子设计大赛水温控制系统报告讲解Word文档格式.docx
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直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，右边接两个5伏电源的滤波电容，并且接上电阻和绿色的LED组成5伏电源的工作指示电路。
方案二：
通过变压器，将220v的市电转换成5v左右的直流电。
由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。
2.温度检测电路的方案选择：
方案一：
用普通半导体温度传感器作为敏感元件，再结合电压放大器和AD转换器将感应到的温度数值转换为数字量存储在某一单元内。
但由于该方案所需元件较多，且电路较繁，调试起来较复杂，所以舍之不用。
方案二：
使用数字温度传感器DS18B20检测温度，内含AD转换器，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单，它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625℃以上精度，应用方便。
这样的电路主要工作量就集中到了单片机软件编程上，故我们选用该方案。
3.显示电路的方案选择：
方案：
使用数码管显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。
该方案程序简单，数码管为并联状态，方便测试。
4加热方案的选择：
使用电热炉进行加热，控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但考虑到电炉成本较高，且精度不好控制，故不选用。
固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。
通过控制固态继电器的开，断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统，我们选择用几个水泥电阻作为加热器，简单实用。
故我们使用方案二。
5控制方法选择方案：
采用普通的控制方法，即随着水温的变化调节温度，但局限性太小，由于水温变化快，且惯性大，不易控制精度，故采用普通控制方法显得力不从心。
通过继电器控制加热电路的通断，继电器由单片机控制，当温度高于设定温度时单片机控制继电器断开，停止加热，自动通断，所以我们选择方案二。
硬件电路设计
对题目进行深入的分析和思考，可以将整个系统分为以下几个部分：
单片机最小系统，测温电路，功率电路，继电器控制指示电路，显示电路，系统框图如下：
给单片机提供5v稳定电压
一．测温电路
测温电路是使用DS18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单。
它能够达到0.5
的固有分辨率，使用读取温度的暂存寄存器的方法还能达到0.0625
以上的精度。
DS18B20温度传感器只有三根外引线：
单线数据传输总线端口DQ，外供电源线VDD，共用地线GND。
外部供电方式（VDD接+5V，且数据传输总线接10k的上拉电阻，其接口电路如图2.1所示。
图2.1温度传感器接口
二．功率电路
本系统要控制水泥电阻加热，固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。
通过控制固态继电器的开、断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统。
三．控制.键盘.显示电路
这部分实际上是一个单片机最小系统的基本电路，选用STC89C52，足够满足系统的要求。
键盘用三个按键即可，通过按键分别实现所设定温度的复位、加减操作。
在显示方面选用数码管显示模块。
单片机的输出控制锁存器，锁存器一个控制数码管的选通，另一个控制数码管的显示.
四．部分整体硬件电路：
软件程序设计
1.程序流程
单片机控制程序如下：
#include<
reg52.h>
#include<
stdio.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitds=P2^2;
//温度传感器信号线
sbitdula=P2^6;
//数码管段选线
sbitwela=P2^7;
//数码管位选线
sbitbeep=P2^3;
//蜂鸣器
sbitjidianqia=P1^0;
uintyuzhi=0;
uinttemp;
floatf_temp;
uintwarn_l1;
uintwarn_l2;
uintwarn_h1;
uintwarn_h2;
uintwarn_h3;
sbitkey1=P3^4;
sbitkey2=P3^5;
sbitkey3=P3^6;
sbitkey4=P3^7;
unsignedcharcodetable[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0xbf,0x86,
0xdb,0xcf,0xe6,0xed,
0xfd,0x87,0xff,0xef};
//不带小数点的编码
voiddelay（uintz）//延时函数
{
uintx,y;
for（x=z;
x>
0;
x--）
for（y=110;
y>
y--）;
}
voiddsreset（void）//18B20复位，初始化函数
uinti;
ds=0;
i=103;
while（i>
0）i--;
ds=1;
i=4;
bittempreadbit（void）//读1位函数
bitdat;
i++;
//i++起延时作用
dat=ds;
i=8;
while（i>
return（dat）;
uchartempread（void）//读1个字节
uchari,j,dat;
dat=0;
for（i=1;
i<
=8;
i++）
{
j=tempreadbit（）;
dat=（j<
<
7）|（dat>
>
1）;
//读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里
}
return（dat）;
voidtempwritebyte（uchardat）//向18B20写一个字节数据
ucharj;
bittestb;
for（j=1;
j<
j++）
testb=dat&
0x01;
dat=dat>
1;
if（testb）//写1
i++;
else
//写0
voidtempchange（void）//DS18B20开始获取温度并转换
dsreset（）;
delay
（1）;
tempwritebyte（0xcc）;
//写跳过读ROM指令
tempwritebyte（0x44）;
//写温度转换指令
uintget_temp（）//读取寄存器中存储的温度数据
uchara,b;
tempwritebyte（0xbe）;
a=tempread（）;
//读低8位
b=tempread（）;
//读高8位
temp=b;
temp<
//两个字节组合为1个字
temp=temp|a;
f_temp=temp*0.0625;
//温度在寄存器中为12位分辨率位0.0625°
temp=f_temp*10+0.5;
//乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入
f_temp=f_temp+0.05;
returntemp;
//temp是整型
uintkeyscan（）
if（key1==0）
delay（3）;
if（key1==0）
{
yuzhi=60;
while（!
key1）;
//等待按键释放
}
if（key2==0）
if（key2==0）
yuzhi++;
key2）;
if（key3==0）
if（key3==0）
yuzhi--;
key3）;
returnyuzhi;
////////////////////显示程序//////////////////////////
voiddisplay（ucharnum,uchardat）
uchari;
dula=0;
P0=table[dat];
dula=1;
wela=0;
i=0XFF;
i=i&
（~（（0X01）<
（num）））;
P0=i;
wela=1;
voiddis_temp（uintt）
i=t/100;
display（0,i）;
i=t%100/10;
display（1,i+10）;
i=t%100%10;
display（2,i）;
voidxianshi（uintyuzhi）
{
i=yuzhi/10;
display（4,i）;
i=yuzhi%10;
display（5,i）;
//////////////////////////////////////////////
voidwarn（uints,ucharled）//蜂鸣器报警声音,s控制音调
i=s;
beep=1;
while（i--）
dis_temp（get_temp（）+13）;
}
i=s;
voiddeal（uintt）
uintwarn_l2=（yuzhi*10-7）;
uintwarn_h1=（yuzhi*10+13）;
uintwarn_h2=（yuzhi*10+3）;
uintwarn_h3=（yuzhi*10-27）;
uintwarn_h4=（yuzhi*10+23）;
if（t<
=60）
if（（t>
warn_l2）&
&
（t<
=warn_h1））
P1=0XFE;
elseif（（t>
warn_h2）&
=warn_l2））
P1=0XFC;
warn_h3）&
=warn_h2））
{
P1=0xF8;
elseif（t<
=warn_h3）
P1=0xf0;
elseif（t>
warn_h4）
beep=0;
P1=0XFF;
i=40;
if（t>
61）
if（（t>
P1=0XF0;
P1=0xF0;
voidinit_com（void）
TMOD=0x20;
PCON=0x00;
SCON=0x50;
TH1=0xFd;
TL1=0xFd;
TR1=1;
voidcomm（char*parr）
do
SBUF=*parr++;
//发送数据
while（!
TI）;
//等待发送完成标志为1
TI=0;
//标志清零
}while（*parr）;
//保持循环直到字符为'
\0'
voidmain（）
ucharbuff[4],i;
init_com（）;
while
（1）
keyscan（）;
tempchange（）;
for（i=10;
i>
i--）
xianshi（yuzhi）;
deal（temp）;
sprintf（buff,"
%f"
f_temp）;
comm（buff）;
2.控制方法
在控制温度方面，我们经过反复的调试与修改源程序，不断改变水泥电阻的加热及断电时间比，使整个系统不断趋于题设要求。
测试结果及结果分析
一、静态温度测量
测量方式：
断开系统的加热装置，装入一定温度的水，保持环境温度和其他测量条件不变，利用标准的温度计测量水温，与系统给出的温度相比较。
由于在这种条件下，与测温速度相比，水温下降较慢，在测量中可认为是一个静态过程，因此可以测出系统的静态温度测量结果。
测量仪器：
DM6801热电偶式数字温度计。
测量结果：
如表4.1所示。
表4.1测量结果数据
标定温度/℃
57.1
58.7
60.1
61.9
63.4
65
测量温度/℃
57.3
59.4
60.5
62.4
63.9
65.4
误差/℃
0.2
0.7
0.4
0.5
二动态温控测量
接上系统的加热装置，装入500mL室温的水，设定控温温度。
记录调节时间、超调温度、稳态温度波动幅度等。
测量条件：
环境温度24.2℃。
如表4.2所示。
在此仅以数值的方式给出测量结果，略去升温曲线图。
调节时间按温度进入设定温度±
0.5℃范围时计算。
表4.2测量结果数据
设定温度/℃
60
70
静态误差/℃
0.3
0.6
三．温度从50℃到70℃的测试：
测试数据如下：
超调量
调节时间
稳态误差
0.5℃
10min
0.45
数码管显示温度与实测温度折线图：
四．结果分析
由以上测量可见，系统性能基本上可达到所要求的指标。
使用手册
接通电源后，加热装置默认为开启状态。
打开单片机电源开关，指示灯亮。
此时单片机上的数码管开始显示当时温度。
设定温度默认为60度。
单片机上一共有四个按键，从左到右分别为复位键、温度初始化键、温度控制温度+1键，温度控制温度-1键。
使用时只需调整到自己想要的温度即可。
当实际温度小于设定温度是，正常加热。
当实际温度接近设定温度是，通过继电器自身档位调节，可实现达到并维持设定温度的要求。
当实际温度大于设定温度是，蜂鸣器警报响起。
本加热装置可在误差允许范围内精确调节并维持水温。
需特别注意的是，由于装置采用220V电源加热，且实验中加热装置所达到的温度较高。
接通电源后，切忌触摸装置任何部位，谨防触电。
同时应避免水洒溅导致电路烧毁。
温馨提示，小心烫伤。
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