温控热水器.docx
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温控热水器
淮海工学院
课程设计报告书
课程名称：
电子科学专业综合课程设计
题目：
高精度温控器设计
系（院）：
电子工程学院
学期：
2013-2014-1
专业班级：
电科101
姓名：
位浩然
学号：
031006125
评语：
成绩：
签名：
日期：
1设计目的，要求及指标
1.1课程设计题目
高精度温控器设计
1.2总体设计目的
本课程设计介绍了以STC单片机为核心的数字温度测量及自动控制系统的设计，该温度控制器可以实时显示测量和设定温度，实现对温度的自动控制。
1.3课程设计的要求
1、画出总体设计框图，说明各课题由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。
并以文字对设计框图原理作辅助说明。
2、设计各个功能模块的硬件电路图（或单元电路设计）、并说明其工作原理。
3、设计整个电路的电路图，加上原理说明。
调试、验证、完善系统总电路。
4、撰写报告说明书
1.4具体任务及指标
1.采集温度，并通过3位LED数码管显示当前温度。
2.设定温度，在25℃--95℃范围内能任意设定要求的温度值。
设定使用两个按键操作：
S2键加温度，S3键减温度，使用S1键控制设定温度与实时温度的显示切换。
3.恒温控制，温度控制在设定温度的上下2℃范围内。
2采取的方案
以STC单片机为核心的数字温度测量及自动控制系统的设计，该温度控制器可以实时显示测量和设定温度，实现对温度的自动控制。
3个数码管与3个按键为系统提供良好的操作交互界面。
单片机控制核心
方案的系统框如图2所示：
测量与设定温度显示
温度采集
测量与设定温度转换开关
加热杯
-
固态继电器
图2方案原理框图
3硬件单元电路的设计
3.1界面显示与操作
3.1.1消抖电路的设计
消抖电路如图3-1-1所示：
图3-1-1与非门构成的消抖电路
原理：
图中两个“与非”门构成一个RS触发器。
当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。
此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开抖动跳开B,只要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。
3.1.2界面显示
通过3位LED数码管显示当前温度，如图3-1-2所示：
图3-1-2界面显示电路
3.2温度采集
3.2.1传感器电路
使用热敏电阻感知温度，热敏电阻阻值随温度变化。
阻值直接反应所在的环境温度。
将感知温度的电阻作为电桥的一臂，如图3-2-1所示，热敏电阻为RT1，则输出的电压：
Vout=V2-V1=VCC／2-VCC×RT1／（RT1+R）。
由于测温范围为25℃到100℃，且25℃时对应的电阻为10K，则电桥上的其他桥臂也选10K。
图3-2-1传感器电路
3.2.2放大电路
传感器随温度而变化的阻值转换为电压信号后，电桥输出的差值经放大到合适的范围给单片机内部的AD转换，放大器选用LM358。
1.LM358芯片介绍
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
2.放大以及温度采集电路如图3-2-3所示：
图3-2-3温度采集电路
3.3固态继电器
本课题中将1L水的350W烧水杯作为温控对象，通过使用固态继电器控制烧水杯的通断达到水温控制的目的。
如果水温没有到达设定温度，则开启继电器使水杯加热；如果水温高于设定温度，则关闭继电器使其不加热，通过自然冷却降温。
3.3.1概述
固态继电器（SSR）是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。
3.3.2固态继电器组成
固态继电器的组成固态继电器的组成固态继电器的组成固态继电器的组成固态继电器有三部分组成：
输入电路，隔离（耦合）和输出电路。
3.3.3固态继电器的工作原理
固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固体继电器的触发信号源。
固体继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。
直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。
固体继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固体继电器的通断切换。
输出电路主要由输出器件（芯片）和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。
4软件程序
#include
unsignedcharcodeLED1[]={~0x3F,~0x06,~0x5B,~0x4F,~0x66,~0x6D,~0x7D,~0x07,~0x7F,~0x6F,~0x3f};//共阳极0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0的段码
unsignedcharcodedispbit[]={0x8f,0x4f,0x2f};//1,2,3位数码管的位选
//温度从25℃到100℃，对应的阻值从10k到0.972k,差模电压从0V到2V
unsignedcharq=0,ADC_CHANNEL=0;
intDATA,T=25;//8位转换结果及设定温度T
sbitS1=P1^7;//设定与测量温度转换
sbitS2=P3^2;//温度增加
sbitS3=P3^3;//温度减小
sbitred=P1^6;//红灯显示加热状态
voiddelay（unsignedchari）//数码管动态显示的延时函数
{unsignedcharj;
for（i;i>0;i--）
for（j=200;j>0;j--）;
}
voidmain（）
{unsignedchara=0,i,R=0,n=0;
unsignedcharLEDOUT[3];
intJ=0,Z=0,E=0;//测量温度及中间变量与显示温度
P2M0=0xff;//P2口设为推挽输出
P0M0=0xe0;//P0口高3位推挽输出
P1M1=0x01;//P1口最低位高阻输入用于AD
P1M0=0x40;
P1ASF=0x01;//P1口最低位用于AD转换
TMOD=0x01;//定时器0工作于方式1
TH0=254;
TL0=152;//11.0592M时使得PWM脉冲频率为10HZ，则初值为X，11059200/【12*（65536-X）*256】=10
CMOD=0x84;//定时器0的溢出脉冲作为PCA的计数源
CCAP0H=CCAP0L=0xff;
PCA_PWM0=3;//设为最大，使其输出低，复位初始不加热
CCAPM0=0x42;//使PCA处于PWM模式
IT0=1;//外部中断0下降沿触发
IT1=1;//外部中断1下降沿触发
EA=1;//开总中断
ET0=1;//允许定时器0中断
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ADC_CHANNEL|ADC_START;//启动AD，最高速转换频道0
TR0=1;//开启定时器0
CR=1;//开启PCA计数
IAP_CONTR=0x83;//打开允许对EEPROM操作
IAP_ADDRH=0x00;//操作地址
IAP_ADDRL=0x00;
IAP_CMD=IAP_READ;//读数据命令
IAP_TRIG=IAP_TRIG0;//送触发命令5A
IAP_TRIG=IAP_TRIG1;//送触发命令A5
T=IAP_DATA;//取数据
IAP_CONTR=0x03;//关闭允许操作EEPROM
PCON=PCON&（~LVDF）;//清除掉电标志位
while
（1）
{
if（ADC_CONTR&0x10）//转换完成
{DATA=ADC_RES;
if（0<=DATA&&DATA<=16）//分6段非线性处理
J=25+7*（DATA-0）/16.0;
elseif（16J=32+7*（DATA-16）/21.0;
elseif（37J=39+14*（DATA-37）/37.0;
elseif（74J=53+13*（DATA-74）/26.0;
elseif（100J=66+24*（DATA-100）/28.0;
elseif（128J=90+12*（DATA-128）/13.0;//8位AD转换
//E=Z;
//Z=J;
//
//if（red==1）加热时只升不降
//{if（J//Z=E;}
//else
//{if（J>=E）不加热时只降不升
//Z=E;}
Z=Z+J;//30次数据相加
a++;
if（a==30）
{a=0;
Z=Z/30;//求平均值
E=Z;}
ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//清标志位
ADC_CONTR=ADC_CONTR|ADC_START;//下次转换开始
}
if（S1==0）//测量温度与设定温度切换
{
//LEDOUT[0]=LED1[DATA/100];//调试时显示转换值
//LEDOUT[1]=LED1[DATA%100/10];
//LEDOUT[2]=LED1[DATA%10];
if（T>=100）//设定温度超过100时锁定
{T=100;
LEDOUT[0]=LED1[1];}//达100度最高位显示1
elseLEDOUT[0]=LED1[0];
LEDOUT[1]=LED1[T/10];//显示设定温度
LEDOUT[2]=LED1[T%10];
}
if（!
S1）//设定温度
{if（37{EX0=1;//设定时中断有效
EX1=1;
}
elseif（T<=37）//低于37度只升不降
{EX0=1;
EX1=0;
}
else{EX0=0;//高于95度只降不升
EX1=1;
}
}
else{EX0=0;//处于显示测量温度时使按键无效
EX1=0;
q=0;
IE0=0;
IE1=0;
}
if（q）//开始存储设定温度
{IAP_CONTR=0x83;
IAP_ADDRH=0x00;
IAP_ADDRL=0x00;
IAP_CMD=IAP_ERASE;//写之前擦出大约21ms
IAP_TRIG=IAP_TRIG0;
IAP_TRIG=IAP_TRIG1;
IAP_DATA=T;
IAP_CMD=IAP_PROGRAM;//编程写入大约55us
IAP_TRIG=IAP_TRIG0;
IAP_TRIG=IAP_TRIG1;
IAP_CONTR=0x03;
IAP_CMD=0x00;
IAP_TRIG=0x00;
IAP_ADDRH=0xff;
IAP_ADDRL=0xff;
q=0;}
if（R==0）
{if（E<100）//设定先烧开再保温
{CCAP0H=CCAP0L=0x00;//由于本次水壶加热较慢，程序中加热时一律处于全加热模式，不使用PWM，可通过改变CCAP0H的值改变加热模式
PCA_PWM0=0;
red=1;}
else{R=1;
CCAP0H=CCAP0L=0xff;
PCA_PWM0=3;
red=0;
}
}
else
{if（n==0）
{if（T-E>1）//低于2度时加热
{CCAP0H=CCAP0L=0x00;//保温控制
PCA_PWM0=0;
red=1;
n=1;}
}
}
}
for（i=0;i<3;i++）//动态显示
{P2=LEDOUT[i];
P0=dispbit[i];
delay（100）;}
}
}
voidEX0_ISR（）interrupt0//外部0中断
{T++;
q=1;
}
voidT0_ISR（）interrupt1//定时器0中断
{TH0=254;
TL0=152;}
voidEX1_ISR（）interrupt2//外部1中断
{T--;
q=1;}
5总电路图如图5-1所示：
图5-1
6pcb图如图6-1所示：
图6-1图6-2
7课程设计总结与体会
这次课程设计我们研究的是电热水壶的高精度温控系统，这与我们的生活息息相关，做起来别有一番乐趣，同时也让我受益匪浅，我们每四个人分成一组，共同完成这次课程设计。
首先，先确定此次设计所需的元器件与工具，然后列出清单，网上购买我们所需要的元器件，电阻，电容，二极管，数码管，芯片，pcb板等元器件，然后开始研究电路图，确定线路的连接与器件分布，在一起进行电路的焊接，通过这次试验，焊接的水平也得到了显著的提升之后，与电热水壶的连接时出现了问题，数码管并没有亮，我们意识到是电路焊接中出现了问题，然后一起查询电路，最终解决了这个问题，后来通过程序的修改，也使其实现了温度控制的功能。
总而言之，这次课程设计让我受益匪浅，学习到了许多知识，与同学们一起做试验的感觉是愉悦的，以后可能再也没有这样的机会了，所以说，这次课程设计是令人终生难忘的一次经历。
8参考资料
1.电子技术课程设计指导，彭介华主编，北京：
高等教育出版社，1997
2.电子线路设计与应用，臧春华等编，高等教育出版社，2004
3.《中国集成电路大全》编写委员会编写，北京：
国防工业出版社，1985
4.单片机实验与综合训练，王宗和主编，高等教育出版社，2005
5.清华大学梁恩主、梁恩维编《Protel99SE电路设计与仿真应用》
6.新型电子电路应用实例，何希才编著科学技术出版社2005年8月第一版
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